CN101643869B - 高强度汽车铝合金轮辋 - Google Patents
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Abstract
一种高强度汽车铝合金轮辋，涉及一种匹配于大型车辆的汽车轮辋，它由高强度铝合金材料制成，该高强度铝合金材料的主要化学元素及其质量百分比含量为：Si0.4～0.8％，Mg0.8～1.2％，Ti0.16～0.22％，Zn0.2～0.3％，Fe0.6～0.8％，Cu0.15～0.4％，Cr0.04～0.35％，Mn0.1～0.2％，Sb0.02～0.03％，Sr0.02～0.03％，其余为Al。本发明的抗拉强度高，比现有的由6061-T6生产的铝合金轮辋的抗拉强度提高10％，它既具有良好的机械性能，且在细化组织的同时，增加了合金的可旋性能，具有使用范围广、生产成本低，易于推广使用的优点。
Description
【技术领域】：
本发明涉及一种汽车轮辋，特别是一种匹配于大型车辆的高强度汽车铝合金轮辋。
【背景技术】：
轮辋是车轮中固定、安装轮胎的部件，属于汽车保安件，轮辋结构有两件式、三件式、四件式、五件式等，最常用的是两件式和三件式。轮辋按其制造材料的不同可分为钢制轮辋和铝合金轮辋，目前国内外一般采用的是钢制轮辋，这些钢制轮辋通过型钢加工或板材滚压的方式制造而成，其主要采用的材料牌号是12LW-GB11262-89、BG380CL等，其中12LW-GB11262-89材料的抗拉强度σb为355～470MPa、延伸率为＞30％。而铝合金轮辋与钢制轮辋相比，在轻量化、散热性、吸能性、可塑性等方面具有绝对优势；但是，现有的铝合金轮辋主要是由牌号为6061-T6(旧牌号为LD30)的中等强度铝合金材料锻造旋压而成，该牌号生产的铝合金轮辋产品经过固溶强化及时效处理后，抗拉强度σb为295MPa左右，只达到钢制轮辋抗拉强度下限的83％左右，与钢制轮辋相比，其强度还有一定差距。由于轮辋的强度低会导致轮辋比较易于变形，因此，现有铝合金轮辋的使用范围比较窄，只适于在中、小型汽车中使用，难以在大型汽车中推广使用，因而它在扩大使用范围方面还存在局限性。
【发明内容】：
本发明要解决的技术问题是：提供一种高强度的汽车铝合金轮辋，以解决现有铝合金轮辋所存在的强度低、使用范围窄的问题。
解决上述技术问题的技术方案是：一种高强度汽车铝合金轮辋，它由高强度铝合金材料制造而成，该高强度铝合金材料是在6061-T6材料基础上增加Ti的含量以及添加Sb、Sr合金元素所得，该高强度铝合金材料的主要化学元素及其质量百分比含量为：Si 0.4～0.8％，Mg 0.8～1.2％，Ti 0.20～0.22％，Zn 0.2～0.3％，Fe 0.6～0.8％，Cu 0.15～0.4％，Cr 0.04～0.35％，Mn 0.1～0.2％，Sb 0.02～0.03％，Sr 0.02～0.03％，其余为Al。
本发明的进一步技术方案是：所述高强度铝合金材料的主要化学元素及其质量百分比含量为：Si 0.6～0.7％，Mg 1.0～1.1％，Ti 0.2％，Zn 0.23～0.26％，Fe 0.7～0.8％，Cu 0.25～0.3％，Cr 0.15～0.25％，Mn 0.15～0.18％， Sb 0.025～0.03％，Sr0.025～0.03％，其余为Al。
本发明所采用的高强度铝合金材料中各化学元素的作用和机理如下：
Si：Si能改善合金的铸造性能，在铝合金熔炼温度下形成液溶体，室温下固溶度很小。
Mg：Mg主要是以固熔状态和β(Mg2Al3或Mg5Al8)相存在，对Al的强化作用较大，是合金中的主要强化相。
Ti：Ti在合金中主要起细化铸造组织、焊缝组织和降低合金的热裂倾向的作用，它与Al结合生成的化合物能提高合金的机械性能。
Zn：Zn在变形条件下，对合金强度的提高有利，同时具有防腐的作用。
Fe：Fe是难溶化合物，在铸锭组织中形成硬脆相，容易产生加工裂纹，还降低腐蚀性能。
Cu：Cu是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果，过量的Cu能降低合金的耐腐蚀性能，因此要控制好Cu的含量。
Cr：Cr在铝合金中，能阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，另外，Cr还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。
Mn：Mn可以提高合金的再结晶温度，阻止晶粒粗大，并能提高合金的强度，阻止Mg在基体中的溶解度，减少裂纹倾向，从而提高延展性能。
Sb：Sb主要用作铸造铝合金中的变质剂，在变形铝合金使用较少。锑元素加入某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中，能改善热压与冷压工艺性能，提高合金的旋压性能。
Sr：Sr是表面活性元素，在结晶学上锶能改变金属间化合物相的行为。因此用锶元素进行变质处理能改善合金的塑性加工性能和最终产品质量。
由于采用上述技术方案，本发明之高强度汽车铝合金轮辋与现有的铝合金轮辋相比，具有以下有益之处：
1、抗拉强度高：
本发明所采用的高强度铝合金材料的各化学元素中，Mg、Ti、Zn、Cu、Cr、Mn等元素均可起到提高合金强度的作用，其中Ti元素在合金中与Al结合生成的Ti3Al化合物对改善合金的机械性能、提高合金的抗拉强度起到重要的作用。由于现有铝合金轮辋所采用的材料6061-T6是一种铝镁硅系锻造合金，其Ti元素的含量最高仅为0.15％，因此，本发明Ti元素的含量明显高于现有6061-T6 的Ti含量，经过试验证明，本发明之高强度汽车铝合金轮辋产品经过固溶强化及时效处理后，其抗拉强度能提高10％，达到了钢制轮辋抗拉强度下限，完全可克服铝合金轮辋易变形、使用寿命短的不足之处，从而可提高铝合金轮辋的安全可靠性，使其在车辆适当超载时也不会产生变形。
2、机械性能好：
由于现有6061-T6锻造铝合金在固溶强化及时效状态下的可旋性指标值——单道次极限减薄率为：φmax＝ψb/(0.17+ψb)×100％＝0.25/(0.17+0.25)×100％＝60％，它比钢板的单道次极限减薄率70％～80％低；而本发明所采用的高强度铝合金材料是在现有6061-T6的基础上，增加钛的含量以及添加能提高可旋性指标的Sb、Sr合金元素，它既保证了铝合金轮辋原有良好的锻造性能、热塑性能和耐蚀性能，又在细化组织的同时，大大增加了合金的可旋性能，使其完全能达到钢板的可旋性指标值。因此，本发明所采用的高强度铝合金材料的机械性能较好，非常适于制造汽车铝合金轮辋产品。
3、使用范围广：
由于本发明之高强度汽车铝合金轮辋的抗拉强度得到明显提高，它即使在较大载荷下也不易变形，因此，本发明的使用范围比较广，不仅适于在中、小型汽车中使用，也适于在大型汽车中推广使用。
4、生产成本低：
由于本发明所采用的高强度铝合金材料中，未含有任何比较贵重的金属元素，各种元素均在铝合金中应用比较普遍，因此，本发明的生产成本比较低，易于批量生产。
5、易于推广使用：
由于本发明既具有现有铝合金轮辋的质量小、散热性能好、真圆度高、吸能性好、刚性高、造型限制少等优点，又具有良好的机械性能，因此，本发明适应和满足市场大型车辆轮辋装配的需求，易于推广使用。
下面，结合实施例对本发明之高强度汽车铝合金轮辋的技术特征作进一步的说明。
【具体实施方式】：
实施例一：
一种高强度汽车铝合金轮辋，它由高强度铝合金材料制造而成，该高强度铝合金材料的各化学元素及其质量百分比含量为：Si 0.4％，Mg 0.8％，Ti 0.16％， Zn 0.2％，Fe 0.6％，Cu 0.15％，Cr 0.04％，Mn 0.1％，Sb 0.02％，Sr 0.02％，其余为Al。
实施例二：
一种高强度汽车铝合金轮辋，它由高强度铝合金材料制造而成，该高强度铝合金材料的各化学元素及其质量百分比含量为：Si 0.6％，Mg 1.0％，Ti 0.2％，Zn 0.25％，Fe 0.7％，Cu 0.25％，Cr 0.2％，Mn 0.15％，Sb 0.025％，Sr 0.025％，其余为Al。
实施例三：
一种高强度汽车铝合金轮辋，它由高强度铝合金材料制造而成，该高强度铝合金材料的主要化学元素及其质量百分比含量为：Si 0.8％，Mg 1.2％，Ti 0.22％，Zn 0.3％，Fe 0.8％，Cu 0.4％，Cr 0.35％，Mn 0.2％，Sb 0.03％，Sr 0.03％，其余为Al。
实施例四～实施例十：
采用各种不同含量化学元素的高强度铝合金材料制造而成的高强度汽车铝合金轮辋，所述的高强度铝合金材料中各化学元素及其质量百分比含量参见附表一。
作为实施例一至实施例十的一种变换，所述高强度铝合金材料的各化学元素含量可以根据实际需要增加或减少，一般情况下各化学元素的质量百分比含量为：
Si 0.4～0.8％，Mg 0.8～1.2％，Ti 0.16～0.22％，Zn 0.2～0.3％，Fe 0.6～0.8％，Cu 0.15～0.4％，Cr 0.04～0.35％，Mn 0.1～0.2％，Sb 0.02～0.03％，Sr0.02～0.03％，其余为Al。
上述化学元素中，其含量的最佳配比范围为：Si 0.6～0.7％，Mg 1.0～1.1％，Ti 0.18～0.2％，Zn 0.23～0.26％，Fe 0.7～0.8％，Cu 0.25～0.3％，Cr 0.15～0.25％，Mn 0.15～0.18％，Sb 0.025～0.03％，Sr 0.025～0.03％，其余为Al。
附表一：实施例四～实施例十所述高强度铝合金材料的各化学元素及其质量百分比含量一览表
试验例：
为了验证本发明之高强度汽车铝合金轮辋的各项机械性能，本发明人随机抽取三个批次的样品并将其经过固溶强化及时效处理后进行试验，其试验结果分别参见附表二，由此可见，本发明的抗拉强度比现有铝合金轮辋6061-T6的提高10％，可旋性指标值——单道次极限减薄率也增加了5％。
附表二：本发明之高强度汽车铝合金轮辋经固溶强化处理后的机械性能一览表
Claims (2)
1.一种高强度汽车铝合金轮辋，其特征在于：所述的高强度汽车铝合金轮辋由高强度铝合金材料制造而成，该高强度铝合金材料是在6061-T6材料基础上增加Ti的含量以及添加Sb、Sr合金元素所得，该高强度铝合金材料的主要化学元素及其质量百分比含量为：Si 0.4～0.8％，Mg 0.8～1.2％，Ti 0.20～0.22％，Zn 0.2～0.3％，Fe 0.6～0.8％，Cu 0.15～0.4％，Cr 0.04～0.35％，Mn 0.1～0.2％，Sb 0.02～0.03％，Sr 0.02～0.03％，其余为Al。
2.根据权利要求1所述的高强度汽车铝合金轮辋，其特征在于：所述高强度铝合金材料的主要化学元素及其质量百分比含量为：Si 0.6～0.7％，Mg1.0～1.1％，Ti 0.2％，Zn 0.23～0.26％，Fe 0.7～0.8％，Cu 0.25～0.3％，Cr 0.15～0.25％，Mn 0.15～0.18％，Sb 0.025～0.03％，Sr 0.025～0.03％，其余为Al。
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