CN102758115A - 一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法 - Google Patents

一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法。其特征在于：(1)反应块的制备：将参与反应的粉末状Al、TiO2、B分别按1∶0.04∶0.02、1∶0.06∶0.03、1∶0.08∶0.04的摩尔比进行配料，球磨混合后挤压成坯，然后将压坯置于真空反应炉中预热至1000K左右，反应持续30秒后保温20min，随后冷却至室温再将压坯加热至450-460℃，按挤压比15∶1挤压成反应块；(2)反应块的加入按基体熔液的15-20％(质量百分比)用钟罩分批压入熔体内，生成增强颗粒α-Al2O3和TiB2；(3)热处理：因α-Al2O3和TiB2增强效果替代了固熔强化效果，因此可直接将轮毂毛坯进行人工时效处理，人工时效的温度控制在175℃±5℃，升温时间30--40min，时效时间为2-5h。

Description

一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法
技术领域
本发明涉及一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法，属于一种轻质轮毂材料及制造新方法，特别是铝基复合材料的制备。
背景技术
目前使用的轮毂材料一般为ZL101A或356A等合金，此材料在使用过程中存在以下不足：1)轮毂刚性不足导致的变形；2)抗疲劳强度不够导致的裂纹；3)热膨胀系数过大导致的密封性低等。针对上述一系列问题，本发明采用Al-TiO2-B2O3系熔铸反应合成α-Al2O3+TiB2颗粒增强的高强内生型铝基复合材料，以替代目前使用的ZL101或A356铝合金轮毂材料。由于增强体α-Al2O3+TiB2是通过反应组分在基体中化学反应产生的，因而具有：1)表面无污染；2)热力学稳定；3)与基体的界面干净；反应放热还可净化基体，特别是反应产物TiB2颗粒还可作为铝基体结晶时的外来核，细化基体晶粒，进一步提高材料的性能。本发明铝基复合材料轮毂具有高的比强度、比刚度和弹性模量，低的热膨胀系数，优异的抗疲劳强度等，可基本克服目前所用的轮毂材料存在的不足，因而具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法，研制和开发出高强内生型铝基复合材料(TiB2+Al2O3)/Al和相关的铸造工艺技术，替代轮毂现用材料ZL101或A356，充分利用原位反应技术的优点，全面提高轮毂的拉伸强度、抗疲劳性能、降低其低膨胀系数，减小受热时的变形量，提高轮毂的密封性能，并形成新一代的高性能轮毂产品。
本发明是通过以下方式实现的：
(1)反应块的制备：将参与反应的粉末状Al、TiO2、B分别按1∶0.04∶0.02、1∶0.06∶0.03、1∶0.08∶0.04的摩尔比进行配料，球磨混合后挤压成坯，然后将压坯置于真空反应炉中预热至1000K左右，反应持续30秒后保温20min，随后冷却至室温再将压坯加热至450-460℃，按挤压比15∶1挤压成反应块；(2)基体合金的熔炼：将含硅6.5-7.5％、镁0.3-0.45％的铝锭在720-750℃的温度下熔化，加入覆盖剂、精炼剂，除气、静置得到基体合金熔体；(3)反应块的注入：将反应块放入电磁感应炉中进行加热干燥，并在30分钟内将反应块预热至200℃--300℃并保温1小时；然后按基体熔液的15-20％(质量百分比)用钟罩分批压入熔体内，反应块在熔体中反应，强放热致使反应块开裂、分散、搅拌后，反应产物即增强体α-Al2O3和TiB2颗粒弥散分布于基体熔体中，反应结束后经变质和精炼处理，静置10min后，排渣处理，获得α-Al2O3和TiB2增强的铝基复合材料熔液，保温至680-720℃待用；(4)铸造：首先将模具加热至250-300℃，然后调整熔体的温度至720-750℃，以0.1-0.15MPa的压力把金属液压进模具，冷却后获得轮毂毛坯；(5)热处理：因α-Al2O3和TiB2增强效果替代了固熔强化效果，因此可直接将轮毂毛坯进行人工时效处理，人工时效的温度控制在175℃±5℃，升温时间30--40min，时效时间为2-5h。
本发明特色创新之处在于：运用原位反应技术与基体合金化熔炼相结合的方式，可使原位反应与基体合金的熔炼同步进行，并且反应放热可促进合金元素顺利进入基体合金化，制备内生型金属基复合材料，从而提高轮毂的抗疲劳性能。而且，因α-Al2O3和TiB2增强效果替代了固熔强化效果，可直接将汽缸盖毛坯进行人工时效处理，节减了固熔处理流程，减少了能源的消耗及设备的投入。
具体实施方式
实施例1：
(1)反应块的制备：将参与反应的粉末状Al、TiO2、B按1∶0.06∶0.03的摩尔比进行配料，球磨混合后挤压成坯，然后将压坯置于真空反应炉中预热至1100K，反应持续30秒后保温20min，随后冷却至室温再将压坯加热至450℃，按挤压比15∶1挤压成反应块；
(2)基体合金的熔炼：将含硅6.5-7.5％、镁0.3-0.45％的铝锭在730℃的温度下熔化，加入覆盖剂、精炼剂，除气、静置得到基体合金熔体；
(3)反应块的注入：将反应块放入电磁感应炉中进行加热干燥，并在30分钟内将反应块预热至260℃并保温1小时；然后按基体熔液的20％(质量百分比)用钟罩分批压入熔体内，反应块在熔体中反应，强放热致使反应块开裂、分散、搅拌后，反应产物即增强体α-Al2O3和TiB2颗粒弥散分布于基体熔体中，反应结束后经变质和精炼处理，静置10min后，排渣处理，获得α-Al2O3和TiB2增强的铝基复合材料熔液，保温至700℃待用；
(4)铸造：首先将模具加热至280℃，然后调整熔体的温度至740℃，以0.13MPa的压力把金属液压进模具，冷却后获得轮毂毛坯；
(5)热处理：因α-Al2O3和TiB2增强效果替代了固熔强化效果，因此可直接将轮毂毛坯进行人工时效处理，人工时效的温度控制在175℃±5℃，升温时间40min，时效时间为5h。
实施例2：
(1)反应块的制备：将参与反应的粉末状Al、TiO2、B分别按1∶0.08∶0.04的摩尔比进行配料，球磨混合后挤压成坯，然后将压坯置于真空反应炉中预热至1050K左右，反应持续30秒后保温20min，随后冷却至室温再将压坯加热至460℃，按挤压比15∶1挤压成反应块；
(2)基体合金的熔炼：将含硅6.5-7.5％、镁0.3-0.45％的铝锭在750℃的温度下熔化，加入覆盖剂、精炼剂，除气、静置得到基体合金熔体；
(3)反应块的注入：将反应块放入电磁感应炉中进行加热干燥，并在30分钟内将反应块预热至300℃并保温1小时；然后按基体熔液的18％(质量百分比)用钟罩分批压入熔体内，反应块在熔体中反应，强放热致使反应块开裂、分散、搅拌后，反应产物即增强体α-Al2O3和TiB2颗粒弥散分布于基体熔体中，反应结束后经变质和精炼处理，静置10min后，排渣处理，获得α-Al2O3和TiB2增强的铝基复合材料熔液，保温至720℃待用；
(4)铸造：首先将模具加热至300℃，然后调整熔体的温度至750℃，以0.15MPa的压力把金属液压进模具，冷却后获得轮毂毛坯；
(5)热处理：因α-Al2O3和TiB2增强效果替代了固熔强化效果，因此可直接将轮毂毛坯进行人工时效处理，人工时效的温度控制在175℃±5℃，升温时间40min，时效时间为4.5h。

Claims (3)

1.一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法，其特征在于：(1)反应块的制备：将参与反应的粉末状Al、TiO2、B分别按1∶0.04∶0.02、1∶0.06∶0.03、1∶0.08∶0.04的摩尔比进行配料，球磨混合后挤压成坯，然后将压坯置于真空反应炉中预热至1000K左右，反应持续30秒后保温20min，随后冷却至室温再将压坯加热至450-460℃，按挤压比15∶1挤压成反应块；(2)基体合金的熔炼：将含硅6.5-7.5％、镁0.3-0.45％的铝锭在720-750℃的温度下熔化，加入覆盖剂、精炼剂，除气、静置得到基体合金熔体；(3)反应块的注入：将反应块放入电磁感应炉中进行加热干燥，并在30分钟内将反应块预热至200℃--300℃并保温1小时；然后按基体熔液的15-20％(质量百分比)用钟罩分批压入熔体内，反应块在熔体中反应，强放热致使反应块开裂、分散、搅拌后，反应产物即增强体α-Al2O3和TiB2颗粒弥散分布于基体熔体中，反应结束后经变质和精炼处理，静置10min后，排渣处理，获得α-Al2O3和TiB2增强的铝基复合材料熔液，保温至680-720℃待用；(4)铸造：首先将模具加热至250-300℃，然后调整熔体的温度至720-750℃，以0.1-0.15MPa的压力把金属液压进模具，冷却后获得轮毂毛坯；(5)热处理：因α-Al2O3和TiB2增强效果替代了固熔强化效果，因此可直接将轮毂毛坯进行人工时效处理，人工时效的温度控制在175℃±5℃，升温时间30--40min，时效时间为2-5h。
2.按照权利要求1所述的一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法，其特征在于：粉末状Al、TiO2、B的纯度分别为99.9％、99.5％、99.0％，粒度分别为80μm、25μm、25μm，Al、TiO2、B粉未以1∶0.04∶0.02、1∶0.06∶0.03、1∶0.08∶0.04的摩尔比压成反应块。
3.按照权利要求1所述的一种轻质铝基复合材料轮毂制造方法，其特征在于：反应块的加入按基体熔液的15-20％(质量百分比)用钟罩分批压入熔体内，生成增强颗粒α-Al2O3和TiB2。
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