CN102366828B - 一种铝合金汽车轮毂的低压铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了铝合金汽车轮毂的低压铸造方法。本发明方法通过优化合金成分设计，添加适当含量的Al‑Ti‑B‑C细化剂和稀土变质剂，优化了低压铸造工艺参数和热处理参数，从而使得制备的汽车轮毂具有细小均匀的a枝晶和细小均匀的蠕虫状或球状硅组成的组织，提高铝合金汽车轮毂的性能。
Description
技术领域
本发明涉及铸造领域，特别涉及低压铸造领域。
背景技术
汽车车轮在行驶过程中高速回转，并承载着汽车重量、驱动扭矩和路面不平产生的各种复杂应力，要求车轮材料有高强度、高弹性模量和高的疲劳强度，以满足汽车产品规定的安全性和可靠性要求。汽车车轮材料最初采用钢板，焊接后通过成型挤压形成汽车车轮，由于制造工艺复杂，质量重以及车轮表面质量不能满足现代汽车发展的要求，汽车车轮材料已经由铝合金取代了钢板；由于重量轻、耐腐蚀、加工方法简单、良好的常温和低温冲击韧性以及优良的外观质量等特性，铝合金在汽车车轮上的应用不断增加，到2005年超过60％的轿车使用了铝合金车轮。
铝合金车轮的制造方法有锻压法和铸造法。铝合金车轮的锻压制造方法利用了大吨位热模锻设备，获得的车轮内部组织致密性高，缺陷少，力学性能好，满足了汽车车轮的使用要求；但全套锻压设备投资都在一亿元左右，并且制造成本高，加上锻压工艺复杂，在经济上没有规模化应用的前景。
目前铝合金车轮广泛采用低压铸造法生产，合金牌号为A356.2。A356.2为亚共晶铝硅合金，其含硅量为7％左右，其常规组织为不均匀的a枝晶间分布着粗大的块状和针状硅，硅的形态引起应力集中现象，降低了铝合金的抗拉强度等力学性能和延伸率等闪让塑性，同时加大了凝固时的热裂和缩松倾向，降低了铝合金车轮的机械性能；为减少不规则硅形态的有害作用，在实际工作中，采用添加含钠的盐或含锶中间合金等变质剂对铝合金溶体进行处理，以改变硅在铝合金中的分布和形态；但在低压铸造的生产条件下，处理好的铝合金溶体在一定时间内必须保持稳定的变质效果才能满足铝合金车轮性能的均匀一致，钠盐和锶合金变质存在着变质衰退现象。同时，粗大的不均匀的a枝晶会造成铝合金车轮的热裂倾向，增大了缩松，造成铝合金车轮的组织致密性下降，往往导致铝合车轮因漏气而报废，粗大的不均匀的a枝晶也造成了铝合金的力学性能的降低；因此铝合金车轮对a枝晶的形态分布也有要求。理想的汽车车轮用铝合金组织应由细小均匀的a枝晶和细小均匀的圆形或椭圆形硅颗粒组成。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种铝合金汽车轮毂的低压铸造方法，通过设计合金成分、优化低压铸造工艺，使得制备的汽车轮毂具有细小均匀的a枝晶和细小均匀的蠕虫状或球状硅组成的组织，提高铝合金汽车轮毂的性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种铝合金汽车轮毂的低压铸造方法，包括如下步骤：
a、配制铝合金，其材料成分质量百分数配比为：Si：6.8％～7.2％，Mg：0.6％～1.0％，Ti：0.1％～0.2％，Cu：0.5％～0.8％，Zn：0.2～0.5％；Fe、Mn、Sn、Pb等杂质元素总量不超过0.5％，其余为Al；
b、将配制好的铝合金，在熔化炉中加热进行熔化，待合金完全熔化后，将铝液温度调整到760℃～770℃，采用Al-Ti-B-C细化剂进行细化处理，加入量为熔炼合金总质量的0.1％～0.2％；将铝液温度调整到750℃～760℃，采用稀土变质剂进行变质处理，加入量为熔炼合金总质量的0.3％～0.5％；将铝液温度调整到710℃～730℃，采用精炼剂进行精炼处理，加入量为熔炼合金总质量的0.5％～0.6％；最后撇渣，并将铝合金液转入低压铸造机保温炉中，并将合金液温度调到695℃～700℃待浇；
c、合模，并锁紧模具，设定低压铸造工艺参数，即升液压力0.03MPa～0.04MPa，升液速率30mm/s～50mm/s，充型压力0.07MPa～0.08MPa，充型速率50mm/s～80mm/s，保压压力0.14MPa～0.15MPa，保压时间20s～30s，卸压，完成升液、充型、保压、卸压整个浇注过程，开模，取出铸件；
d、对获得的汽车轮毂铸件，进行固溶处理加不完全人工时效的热处理工艺，即将汽车轮毂铸件放入铝合金固溶处理设备中，加热到535±5℃，保温时间6h～8h，在30s内浸入水中，水温应控制70℃以上，将经过时效处理后的汽车轮毂铸件冷却至室温，并在室温状态下停留8h，再转入铝合金时效处理设备中，时效温度165±5℃，保温时间6h～8h，取出空冷即可。
本发明方法的有益效果为：
1.通过优化合金成分设计，为得到良好的组织和优异的性能提供了基础。
2.在所设计的合金成分的基础上，通过添加适当含量的Al-Ti-B-C细化剂和稀土变质剂，进一步保证了获得良好的微观组织。
3.在大量实验的基础上，优化了低压铸造工艺参数和热处理参数，从而使得制备的汽车轮毂具有细小均匀的a枝晶和细小均匀的蠕虫状或球状硅组成的组织，提高铝合金汽车轮毂的性能。
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
具体实施方式
实施例一
一种铝合金汽车轮毂的低压铸造方法，包括如下步骤：
a、配制铝合金，其材料成分质量百分数配比为：Si：6.8％，Mg：1.0％，Ti：0.1％，Cu：0.8％，Zn：0.2％；Fe、Mn、Sn、Pb等杂质元素总量不超过0.5％，其余为Al；
b、将配制好的铝合金，在熔化炉中加热进行熔化，待合金完全熔化后，将铝液温度调整到760℃，采用Al-Ti-B-C细化剂进行细化处理，加入量为熔炼合金总质量的0.2％；将铝液温度调整到750℃℃，采用稀土变质剂进行变质处理，加入量为熔炼合金总质量的0.5％；将铝液温度调整到710℃，采用精炼剂进行精炼处理，加入量为熔炼合金总质量的0.6％；最后撇渣，并将铝合金液转入低压铸造机保温炉中，并将合金液温度调到695℃待浇；
c、合模，并锁紧模具，设定低压铸造工艺参数，即升液压力0.03MPa，升液速率50mm/s，充型压力0.07MPa，充型速率80mm/s，保压压力0.14MPa，保压时间30s，卸压，完成升液、充型、保压、卸压整个浇注过程，开模，取出铸件；
d、对获得的汽车轮毂铸件，进行固溶处理加不完全人工时效的热处理工艺，即将汽车轮毂铸件放入铝合金固溶处理设备中，加热到540℃，保温时间6h，在30s内浸入水中，水温应控制70℃以上，将经过时效处理后的汽车轮毂铸件冷却至室温，并在室温状态下停留8h，再转入铝合金时效处理设备中，时效温度170℃，保温时间6h，取出空冷即可。
该实施例生产的大型汽车轮毂零件，其组织致密，室温抗拉强度达到340MPa，断后伸长率为9％。
实施例二
一种铝合金汽车轮毂的低压铸造方法，包括如下步骤：
a、配制铝合金，其材料成分质量百分数配比为：Si：7.2％，Mg：0.6％，Ti：0.2％，Cu：0.5％，Zn：0.5％；Fe、Mn、Sn、Pb等杂质元素总量不超过0.5％，其余为Al；
b、将配制好的铝合金，在熔化炉中加热进行熔化，待合金完全熔化后，将铝液温度调整到770℃，采用Al-Ti-B-C细化剂进行细化处理，加入量为熔炼合金总质量的0.1％；将铝液温度调整到760℃，采用稀土变质剂进行变质处理，加入量为熔炼合金总质量的0.3％；将铝液温度调整到730℃，采用精炼剂进行精炼处理，加入量为熔炼合金总质量的0.5％；最后撇渣，并将铝合金液转入低压铸造机保温炉中，并将合金液温度调到700℃待浇；
c、合模，并锁紧模具，设定低压铸造工艺参数，即升液压力0.04MPa，升液速率30mm/s，充型压力0.08MPa，充型速率50mm/s，保压压力0.15MPa，保压时间20s，卸压，完成升液、充型、保压、卸压整个浇注过程，开模，取出铸件；
d、对获得的汽车轮毂铸件，进行固溶处理加不完全人工时效的热处理工艺，即将汽车轮毂铸件放入铝合金固溶处理设备中，加热到535℃，保温时间8h，在30s内浸入水中，水温应控制70℃以上，将经过时效处理后的汽车轮毂铸件冷却至室温，并在室温状态下停留8h，再转入铝合金时效处理设备中，时效温度165℃，保温时间8h，取出空冷即可。
该实施例生产的大型汽车轮毂零件，其组织致密，室温抗拉强度达到345MPa，断后伸长率为9.5％。
实施例三
一种铝合金汽车轮毂的低压铸造方法，包括如下步骤：
a、配制铝合金，其材料成分质量百分数配比为：Si：7.0％，Mg：0.8％，Ti：0.15％，Cu：0.6％，Zn：0.35％；Fe、Mn、Sn、Pb等杂质元素总量不超过0.5％，其余为Al；
b、将配制好的铝合金，在熔化炉中加热进行熔化，待合金完全熔化后，将铝液温度调整到765℃，采用Al-Ti-B-C细化剂进行细化处理，加入量为熔炼合金总质量的0.15％；将铝液温度调整到755℃，采用稀土变质剂进行变质处理，加入量为熔炼合金总质量的0.35％；将铝液温度调整到720℃，采用精炼剂进行精炼处理，加入量为熔炼合金总质量的0.55％；最后撇渣，并将铝合金液转入低压铸造机保温炉中，并将合金液温度调到698℃待浇；
c、合模，并锁紧模具，设定低压铸造工艺参数，即升液压力0.035MPa，升液速率40mm/s，充型压力0.075MPa，充型速率65mm/s，保压压力0.145MPa，保压时间25s，卸压，完成升液、充型、保压、卸压整个浇注过程，开模，取出铸件；
d、对获得的汽车轮毂铸件，进行固溶处理加不完全人工时效的热处理工艺，即将汽车轮毂铸件放入铝合金固溶处理设备中，加热到535℃，保温时间7h，在30s内浸入水中，水温应控制70℃以上，将经过时效处理后的汽车轮毂铸件冷却至室温，并在室温状态下停留8h，再转入铝合金时效处理设备中，时效温度165℃，保温时间7h，取出空冷即可。
该实施例生产的大型汽车轮毂零件，其组织致密，室温抗拉强度达到350MPa，断后伸长率为10％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (1)
1.一种铝合金汽车轮毂的低压铸造方法，包括如下步骤：
a、配制铝合金，其材料成分质量百分数配比为：Si：6.8％～7.2％，Mg：0.6％～1.0％，Ti：0.1％～0.2％，Cu：0.5％～0.8％，Zn：0.2～0.5％；Fe、Mn、Sn、Pb杂质元素总量不超过0.5％，其余为Al；
b、将配制好的铝合金，在熔化炉中加热进行熔化，待合金完全熔化后，将铝液温度调整到760℃～770℃，采用Al-Ti-B-C细化剂进行细化处理，加入量为熔炼合金总质量的0.1％～0.2％；将铝液温度调整到750℃～760℃，采用稀土变质剂进行变质处理，加入量为熔炼合金总质量的0.3％～0.5％；将铝液温度调整到710℃～730℃，采用精炼剂进行精炼处理，加入量为熔炼合金总质量的0.5％～0.6％；最后撇渣，并将铝合金液转入低压铸造机保温炉中，并将合金液温度调到695℃～700℃待浇；
c、合模，并锁紧模具，设定低压铸造工艺参数，即升液压力0.03MPa～0.04MPa，升液速率30mm/s～50mm/s，充型压力0.07MPa～0.08MPa，充型速率50mm/s～80mm/s，保压压力0.14MPa～0.15MPa，保压时间20s～30s，卸压，完成升液、充型、保压、卸压整个浇注过程，开模，取出铸件；
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