CN102251158A - 一种汽车轮毂用铝合金及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种汽车轮毂用铝合金及其制作方法，该合金各组分的质量百分比为：Zn 4.5～6.3％，Mg 1.4～2.5％，Cu 0.5～0.9％，Zr 0.12～0.3％，Ti 0.05～0.15％，Cr0.05～0.2％，Sc 0.1～0.3％，其余为Al。该铝合金的制作方法是：称取原料，将除镁块以外的各原料熔化后加覆盖剂，再将预热好的镁块加入后搅动，通氮气或氩气除气，经多孔陶瓷板过滤，降温后静置20min，通过液态模锻模具经液态模锻成型方法制成轮毂。本发明制作的汽车轮毂具备高强度、高冲击韧性、高耐蚀性，在保证铝合金轮毂机械性能的同时，降低生产成本，有利于进行大规模的生产。

Description

一种汽车轮毂用铝合金及其制作方法
技术领域
本发明属于金属领域，具体地说涉及一种汽车轮毂用铝合金。本发明还涉及一种汽车轮毂用铝合金的制作方法。
背景技术
汽车铝轮毂在制作过程中，主要考虑的是强度。国外采用的锻造工艺可以获得致密的金属组织，这种铝轮毂的强度是采用一般铸造工艺的铝轮毂的3倍。但锻造工艺需要较精良的生产设备，且成品率只有50％-60％，生产成本较高。铸造工艺虽然在设计上灵活性较大，能够快速成型，但容易形成缩孔、疏松等缺陷，轮毂强度相对较低。
液态模锻工艺综合了两种工艺的优点，克服了它们的缺点。其主要特点是在铝液即将凝固或半凝固状态下用冲头加压，使铝进行塑性变形。消除因铝液凝固收缩所形成的缩孔和疏松，获得的液态模锻件没有任何铸造缺陷，其强度相当于锻造所得到的强度，且成本大为降低。
申请号200510009791.5专利所述的“铝合金轮毂合金及制作方法”。成分：铜3.9-4.8％，镁0.4-0.8％，锌0.3％，钛0.15％，镍0.1％，其余为铝。合金具有较高的强度，但耐蚀性较差。为了减轻轮毂重量，采用了多方锻造后再模锻的工艺方法。工艺复杂、生产周期长、设备投资大、成本高。
发明内容
本发明其目的旨在克服现有材料及生产工艺的不足，提供一种高强度、高冲击韧性、高耐蚀性的汽车轮毂用铝合金及其制作方法，在保证铝合金轮毂机械性能的同时，降低生产成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种汽车轮毂用铝合金，该合金各组分的质量百分比为：Zn 4.5～6.3wt％，Mg 1.4～2.5wt％，Cu 0.5～0.9wt％，Zr 0.12～0.3％wt，Ti 0.05～0.15wt％，Cr 0.05～0.2wt％，Sc 0.1～0.3wt％，其余为Al。
进一步地，该合金各组分中还包含有杂质元素的质量百分比为Si＜0.1wt％，Fe＜0.2wt％。
本发明合金中Zn和Mg的含量适中，能够形成强化效果显著的MgZn2相；微量的Ti和Zr能细化铸锭晶粒和改善合金的可焊性，使合金的强度大大提高；少量的Cr与杂质Fe形成(CrFe)Al7金属间化合物，降低Fe的不利因素，而且还能提高合金的耐蚀性能；作为稀土元素兼过渡元素的Sc，能够形成Al3Sc质点，有极强烈的沉淀硬化效果，同时能显著提高合金的塑性和冲击韧性，并具有良好的高温稳定性。
本发明还提供一种汽车轮毂用铝合金的制作方法，包括以下步骤：
a、按照Al 60-84％、Mg 1.49-2.66％、Zn 4.64-6.49％、AlCu50中间合金1.0-1.8％、AlZr15中间合金0.8-2.0％、AlTi5B1中间合金1.0-3.0％、AlCr2中间合金2.5-10％、AlSc2中间合金5-15％的质量百分比称取原料；
b、在熔炼炉中将纯Al熔化至760～800℃，依次加入Zn、AlCu50中间合金、AlZr15中间合金、AlTi5B1中间合金、AlCr2中间合金及AlSc2中间合金，待铝熔化后，加入覆盖剂50％NaCl+50％KCl；
c、当铝合金液温度降到740℃后，将预热200-300℃的镁块压入熔池中心，用充分预热的搅拌棒轻轻搅动；
d、用高纯氮气或氩气对铝合金液进行除气，通气5-10min；
e、采用多孔陶瓷板对铝合金液进行过滤；
f、将铝合金液温度调至720℃，静置20min，通过液态模锻模具经液态模锻成型方法制成轮毂。
该制作方法的有益效果如下：
1.在铝液表面加入覆盖剂，不仅能防止铝液的进一步氧化和减少进入熔体的氧化膜，从而提高炉体的纯洁度，而且能减少熔化过程中的吸气。
2.在铝液中加入Zr、Ti和微量的B元素，能形成TiB2质点，使铝液产生显著的细化效果，获得致密的组织，从而提高铝合金的强度。
3.在熔炼过程中轻轻的搅拌，有利于合金成分的充分均匀化，减小偏析形成的几率。
4.采用多孔陶瓷板对铝合金液进行过滤，有效的消除了铝液浇注过程中的氧化物夹杂，使浇注更加均匀、稳定。
进一步地，在一种汽车轮毂用铝合金的制作方法中，在所述的液态模锻成型方法中的加压压力范围为50～100MPa，保压时间为30～60s，加压速度为20～50mm/s，直至压力升至保压压力，结晶凝固过程中，上模温度控制在120～250℃之间，下模温度控制在220～280℃之间。
进一步地，在一种汽车轮毂用铝合金的制作方法中所采用的液态模锻模具包括上模1和下模2，所述上模1由依次嵌套安装的上固定板01、上中心冲头02、上模外圈03与上模内圈04构成，上中心冲头02安装在上固定板01下方与上模内圈04共同构成轮辋和轮辐的成型腔；所述下模2由依次嵌套安装的下中心冲头05、下模外圈06、下固定板07、进料管08与带有密封垫09的密封盖10构成；所述下固定板07的上部安装有下中心冲头05，下部安装有密封盖10，所述进料，08安装在下中心冲头05中，其上部连接成型腔，下部伸出下中心冲头05由密封垫09密封。采用上模和下模的分体结构，便于模具的制造和修复，大大的提高了模具的使用寿命，减少了维修费用，降低了生产成本。
综上，根据本发明的铝合金材料制作的汽车铝轮毂，具有强度高、冲击韧性好、耐蚀性好等优点，而且生产成本较低，可以满足普通车辆铝轮毂的需求，能够进行大规模的生产。
附图说明
图1为本发明液态模锻模具的剖视结构示意图。
图2和图3为本发明采用液态模锻工艺生产的汽车铝轮毂坯料的剖视图。
为了使本领域的一般技术人员进一步了解本发明的技术方案，现结合附图作进一步说明：
具体实施方式
本发明一种汽车轮毂用铝合金的各组分的质量百分比为：Zn 4.5～6.3wt％，Mg 1.4～2.5wt％，Cu 0.5～0.9wt％，Zr 0.12～0.3％wt  ，Ti 0.05～0.15wt％，Cr 0.05～0.2wt％，Sc 0.1～0.3wt％，其余为Al。该合金各组分中还包含有杂质元素的质量百分比为Si＜0.1wt％，Fe＜0.2wt％。
本发明一种汽车轮毂用铝合金的制作方法是：
(1)首先按纯Al 60-84％、工业纯Mg 1.49-2.66％，工业纯Zn 4.64-6.49％、AlCu50中间合金1.0-1.8％、AlZr15中间合金0.8-2.0％、AlTi5B1中间合金1.0-3.0％、AlCr2中间合金2.5-10％、AlSc2中间合金5-15％的质量百分比称取原料。其中Mg元素烧损量较大，称取时尽量采用成分上限值；
(2)在熔炼炉中将纯Al熔化至760-800℃，然后依次加入工业纯Zn和各种中间合金，加入的时候以铝溶解的部分刚好能够盖住为宜。加入过早，容易增加合金元素的烧损，加入过晚，又会使合金元素得不到充分溶解。待铝基本熔化后，加入质量为炉料质量2％的覆盖剂50％NaCl+50％KCl；
(3)当铝合金液温度降到740℃后，用钟罩将预热到200-300℃的镁块压入熔池中心，并缓慢回转和移动，时间3-5min。用充分预热的搅拌棒轻轻搅动，防止局部过热。搅拌的时候要平稳进行，防止氧化膜卷入到熔体中；
(4)用高纯氮气或氩气对铝合金液进行精炼，这两种惰性气体都能形成气泡，一方面吸附Al2O3等夹杂物，另一方面将合金液中的氢吸入气泡内，能达到除渣和除气的双重效果。通气时间控制在5-10min之间；
(5)采用多孔陶瓷板对铝合金液进行过滤，有效的去除夹杂物，提高炉体的纯净度；
(6)将温度调至720℃，静置20min左右，使合金元素能够充分溶解、扩散，然后通过液态模锻工艺制成轮毂。
在一种汽车轮毂用铝合金的制作方法中，液态模锻成型方法的加压压力范围为50～100MPa，保压时间为30～60s，加压速度为20～50mm/s，直至压力升至保压压力，结晶凝固过程中，上模温度控制在120～250℃之间，下模温度控制在220～280℃之间。
以下结合附图1、附图2及附图3对液态模锻模具及使用作进一步描述。
如图1所示，本发明采用的液态模锻模具包括上模1和下模2，上模1由依次嵌套安装的上固定板01、上中心冲头02、上模外圈03与上模内圈04构成，上中心冲头02安装在上固定板01下方与上模内圈04共同构成轮辋和轮辐的成型腔。下模2由依次嵌套安装的下中心冲头05、下模外圈06、下固定板07、进料管08与带有密封垫09的密封盖10构成。下固定板07的上部安装有下中心冲头05，这样可直接做出轮毂的中心孔，这样不仅能够提高材料的利用率，而且在后续加工中，可以减少切削加工量，简化加工流程，降低加工成本。下固定板07下部安装有密封盖10，所述进料管08安装在下中心冲头05中，其上部连接成型腔，下部伸出下中心冲头05由密封垫09密封，铝液通过进料口08进入到成型腔内。
在实际使用时，上模1和下模2分别安装在挤压机的上、下模架上。为了顺利脱模，获得光滑的表面。在液态模锻开始前，需要对模具内表面进行加热并喷脱模剂。脱模剂的主要成分为氧化锌、白垩粉、石墨粉和水玻璃等。然后将熔炼好的铝合金液注入到上中心冲头02下的成型腔内，施加50-100MPa的加压压力，保压时间控制在30～60s之间，加压速度设计为20～50mm/s，这样可以很好的消除铸造缺陷。在结晶凝固过程中，上模温度控制在120～250℃之间，下模温度控制在220～280℃之间。液态模锻后形成的汽车铝轮毂坯料的剖视图如图2和图3所示。

Claims (5)

1.一种汽车轮毂用铝合金，其特征在于，其化学成分为：Zn 4.5～6.3wt％，Mg 1.4～2.5wt％，Cu 0.5～0.9wt％，Zr 0.12～0.3％wt％，Ti 0.05～0.15wt％，Cr 0.05～0.2wt％，Sc 0.1～0.3wt％，其余为Al。
2.根据权利要求1所述的一种汽车轮毂用铝合金，其特征在于：该合金各组分中还包含有杂质元素：Si＜0.1wt％，Fe＜0.2wt％。
3.根据权利要求1所述的一种汽车铝合金轮毂的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、按照Al 60-84％、Mg 1.49-2.66％、Zn 4.64-6.49％、AlCu50中间合金1.0-1.8％、AlZr15中间合金0.8-2.0％、AlTi5B1中间合金1.0-3.0％、AlCr2中间合金2.5-10％、AlSc2中间合金5-15％的质量百分比称取原料；
b、在熔炼炉中将纯Al熔化至760～800℃，依次加入Zn、AlCu50中间合金、AlZr15中间合金、AlTi5B1中间合金、AlCr2中间合金及AlSc2中间合金，待铝熔化后，加入覆盖剂50％NaCl+50％KCl；
c、当铝合金液温度降到740℃后，将预热200-300℃的镁块压入熔池中心，用充分预热的搅拌棒轻轻搅动；
d、用高纯氮气或氩气对铝合金液进行除气，通气5-10min；
e、采用多孔陶瓷板对铝合金液进行过滤；
f、将铝合金液温度调至720℃，静置20min，通过液态模锻模具经液态模锻成型方法制成轮毂。
4.根据权利要求3所述的一种汽车铝合金轮毂的制作方法，其特征在于：在所述的液态模锻成型方法中的加压压力范围为50～100MPa，保压时间为30～60s，加压速度为20～50mm/s，直至压力升至保压压力，结晶凝固过程中，上模温度控制在120～250℃之间，下模温度控制在220～280℃之间。
5.根据权利要求3或4所述的一种汽车铝合金轮毂的制作方法，所述的液态模锻模具包括上模(1)和下模(2)，其特征在于：所述上模(1)由依次嵌套安装的上固定板(01)、上中心冲头(02)、上模外圈(03)与上模内圈(04)构成，上中心冲头(02)安装在上固定板(01)下方与上模内圈(04)共同构成轮辋和轮辐的成型腔；所述下模(2)由依次嵌套安装的下中心冲头(05)、下模外圈(06)、下固定板(07)、进料管(08)与带有密封垫(09)的密封盖(10)构成；所述下固定板(07)的上部安装有下中心冲头(05)，下部安装有密封盖(10)；所述进料管(08)安装在下中心冲头(05)中，其上部连接成型腔，下部伸出下中心冲头(05)由密封垫(09)密封。
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