CN102865354B - 一种汽车减速箱壳体及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车减速箱壳体，其原料组成为，0.2%钇，0.06%钛，0.05%铈，0.05%镧，0.02%钐，0.5%锌，2%锰，其余为镁。本发明还公开了该汽车减速箱壳体的制备方法。本发明汽车减速箱壳体该汽车减速箱壳体具备优异的断裂强度、硬度、抗蠕变性能和耐腐蚀性，具备较好的市场应用价值。

Description

一种汽车减速箱壳体及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种汽车减速箱壳体及其制备工艺，属于汽车制造技术领域。

背景技术

在世界汽车行业的激烈竞争中，各汽车制造商均在向高质量、高可靠性、重量轻、节能、低成本方向发展。在材料方面表现为轻量化、阻尼减震以及耐腐蚀等，用镁合金材料代替部分钢(铁)件以及铝合金，以达到汽车向高质量、低成本的发展的要求。目前，我国的汽车用减速箱壳体材料存在成品率较低，资源和能源利用率低，高温强度和抗蠕变性能不佳、耐腐蚀性能较差，无法用于应对汽车技术的日新月异的发展需要。

镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金，其特点是：密度小，比强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。由于镁合金材料具有比强度、比刚度高以及阻尼减震等特点，已经成为汽车制造业的重要原材料，为满足汽车工业节能和环保的要求提供了更大的发展空间。Mg-Al系合金是铸造镁合金中应用最广的，其中的AZ系和 AM系Mg-Al系合金已经在汽车工业中得到了广泛的商业化应用，这些合金不仅具有良好的铸造性还表现出优良的室温机械性能。但由于它们的高温强度和抗蠕变性能不佳、耐腐蚀性能较差，无法用于对高温蠕变性能要求高的汽车动力系统部件，一直以来都只是用作一些非关键性的汽车零部件，如方向盘，转向柱部件，仪表板，座椅和齿轮箱等，它们在汽车减速箱和发动机壳体等主要动力系统中的应用受到了很大的限制。

目前开发的添加碱土元素的耐热镁合金Mg-Al-Ca (AX)系、Mg-Al-Sr (AJ)合金等存在着热裂敏感性高，合金塑性较差等缺点。添加稀土元素可以显著提高镁合金多方面性能，国内外已经进行了大量的开发与研究工作。如何选择合适的稀土元素以及添加比例，以达到最佳的工业应用价值属于现有技术急待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车减速箱壳体及其制备工艺，该汽车减速箱壳体具备优异的高温强度、塑性、抗蠕变性能和耐腐蚀性。 

为了解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种汽车减速箱壳体，其由下述原料制备而成，（重量百分比）：0.2%钇，0.06%钛，0.05%铈，0.05%镧，0.02%钐，0.5%锌，2%锰，其余为镁。

本发明还公开了一种汽车减速箱壳体的制备工艺技术，其按照如下步骤进行：

1）原料组成：（重量百分比）： 0.2%钇，0.06%钛，0.05%铈，0.05%镧，0.02%钐，0.5%锌，2%锰，其余为镁；

2）原料处理：按照上述重量配比取镁金属，在氩气气体保护下，将镁金属熔化后升温至750℃，得到Mg熔体；按照上述重量配比取其它金属原料，在高能球磨罐中混合球磨3小时后，得到金属原料的混合粉末；

3）熔炼：启动电阻熔炼炉，将步骤2）得到的混合粉末放入预热到350℃的坩锅中，待温度上升至700℃通入SF₆和N₂混合保护气体，混合气体体积比为SF₆和N₂=1：200；待加入的炉料完全熔化后，加入步骤2）得到的Mg熔体，并继续通SF₆和N₂混合保护气体，温度升至750℃时搅拌15分钟，然后通氩气精炼10分钟，搅拌混合均匀；静置15min后，待温度冷却至700℃即得到浇铸合金熔体；

4）准备模具：汽车减速箱壳体铸件模具采用一模两腔对称分布，将一模两腔模具固定在挤压铸造机上，将模具预热至200℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层脱模剂，继续加热模具至500℃。 

5)挤压铸造：向挤压铸造机料桶输送步骤3）获得的浇铸合金熔体，挤压铸造机冲头向模具型腔平稳推进所述浇铸合金熔体，调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力120MPa，保压时间50s，充型速度0.8m/s，充型时间4s，最后得到汽车减速箱壳体毛坯； 

6)热处理：将步骤5）获得的毛坯置于热处理炉中，随炉加温2小时至560℃，保温8小时出炉，在水温20℃中进行淬火；再进行155℃×6小时的时效处理，得到汽车减速箱壳体。 

本发明技术方案带来的积极效果：

1.铈镧能够除去熔炼时镁合金熔体中的杂质，达到除气精炼、净化熔体的效果。锰和钛的作用主要是提高合金的耐腐蚀性能以及提高合金强度，锰可与镁合金中铁或其他重金属元素形成化合物，使其作为熔渣被排除，从而消除铁或其他重金属元素对镁合金耐蚀性的有害影响。钇钐等合金元素加入到镁合金中可以细化合金的显微组织改善合金的力学性能提高合金的塑性变形能力，有效细化基体组织改善相的形貌和分布提高合金的综合力学性能。

2．本发明镁合金板件在室内放置3年，其表面不会变色，更无腐蚀；而相同条件下的AZ31制镁合金板件在室内放置1年表面已经发黑，并且开始腐蚀。很显然，与传统AZ31镁合金相比，本发明镁合金的耐腐蚀性能有了质的飞跃。

3．采用发明人多年研究的工艺进行制备镁合金减速箱壳体，其中将大量金属镁和其他少量金属分开处理工艺，提高的镁合金减速箱壳体的性能参数。

下面将结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，但是其不应该理解为对本发明核心创新精神的限制。

具体实施方式

实施例1

一种汽车减速箱壳体，其按照如下方法制备而成：

1）原料组成：（重量百分比）： 0.2%钇，0.06%钛，0.05%铈，0.05%镧，0.02%钐，0.5%锌，2%锰，其余为镁；

2）原料处理：按照上述重量配比取镁金属，在氩气气体保护下，将镁金属熔化后升温至750℃，得到Mg熔体；按照上述重量配比取其它金属原料，在高能球磨罐中混合球磨3小时后，得到金属原料的混合粉末；

3）熔炼：启动电阻熔炼炉，将步骤2）得到的混合粉末放入预热到350℃的坩锅中，待温度上升至700℃通入SF₆和N₂混合保护气体，混合气体体积比为SF₆和N₂=1：200；待加入的炉料完全熔化后，加入步骤2）得到的Mg熔体，并继续通SF₆和N₂混合保护气体，温度升至750℃时搅拌15分钟，然后通氩气精炼10分钟，搅拌混合均匀；静置15min后，待温度冷却至700℃即得到浇铸合金熔体；

4）准备模具：汽车减速箱壳体铸件模具采用一模两腔对称分布，将一模两腔模具固定在挤压铸造机上，将模具预热至200℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层脱模剂，继续加热模具至500℃。 

5)挤压铸造：向挤压铸造机料桶输送步骤3）获得的浇铸合金熔体，挤压铸造机冲头向步骤4）准备好的模具型腔平稳推进所述浇铸合金熔体，调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力120MPa，保压时间50s，充型速度0.8m/s，充型时间4s，最后得到汽车减速箱壳体毛坯； 

6)热处理：将步骤5）获得的毛坯置于热处理炉中，随炉加温2小时至560℃，保温8小时出炉，在水温20℃中进行淬火；再进行155℃×6小时的时效处理，得到汽车减速箱壳体。 

实施例2

去掉原料中的钇金属和钛金属，其他原料和制备工艺不变。

实施例3

去掉原料中的铈金属和镧金属，其他原料和制备工艺不变。

实施例4

添加1％的铝元素，其他原料和制备工艺不变。

实施例5

本发明实施例1制备的减速箱壳体材料室温力学性能与AE44壳体材料的比较 

表1

合金	断裂强度（MPa）	屈服强度（MPa）	硬度平均值（HB）	延伸率（%）
					实施例1	266	156	129	17
实施例2	241	142	124	13
					实施例3	254	138	117	13
AE44	226	140	105	6

本发明利用稀土元素趋于晶界富集的特性细化晶粒，提高铸态力学性能，另一方面是为了克服球状非枝晶组织在半固态保温制浆过程中的快速长大问题。与现有技术相比，本发明合金较不加入钇金属和钛金属的合金微观组织明显细化，晶粒尺寸由160um锐减为50um，合金在室温中的各种性能参数均大大提高。根据GB10124-1988 金属材料试验室均匀腐蚀全浸试验方法，将上述实施例制备的试样斜立放于3.5%NaCl溶液中，4天后取出用CrO3+AgNO3 +Ba(NO3)2+蒸馏水清除试样表面的腐蚀产物，然后再用丙酮和无水酒精清洗，测腐蚀速率（mm/a）。 

上述各实施例中得到的合金腐蚀速率如表2所示。 

表2 

编号	腐蚀速率（mm/a）
		实施例1	0.14
实施例2	0.21
		实施例3	0.19
实施例4	0.28

由表2可直观地看出，本发明通过添加合适种类和数量的稀土金属，大幅地提高合金的耐蚀性能。 

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本案作了详尽的说明，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所作的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种汽车减速箱壳体，其特征在于，所述壳体按照如下步骤进行:

1）原料组成：重量百分比：0.2%钇，0.06%钛，0.05%铈，0.05%镧，0.02%钐，0.5%锌，2%锰，其余为镁；

2）原料处理：取镁金属，在氩气气体保护下，将镁金属熔化后升温至750℃，得到Mg熔体；取其它金属原料，在高能球磨罐中混合球磨3小时后，得到金属原料的混合粉末；

3）熔炼：启动电阻熔炼炉，将步骤2）得到的混合粉末放入预热到350℃的坩锅中，待温度上升至700℃通入SF₆和N₂混合保护气体，混合气体体积比为SF₆：N₂=1：200；待加入的炉料完全熔化后，加入步骤2）得到的Mg熔体，并继续通SF₆和N₂混合保护气体，温度升至750℃时搅拌15分钟，然后通氩气精炼10分钟，搅拌混合均匀；静置15min后，待温度冷却至700℃即得到浇铸合金熔体；

4）准备模具：汽车减速箱壳体铸件模具采用一模两腔对称分布，将一模两腔模具固定在挤压铸造机上，将模具预热至200℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层脱模剂，继续加热模具至500℃; 

5)挤压铸造：向挤压铸造机料桶输送步骤3）获得的浇铸合金熔体，挤压铸造机冲头向模具型腔平稳推进所述浇铸合金熔体，调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力120MPa，保压时间50s，充型速度0.8m/s，充型时间4s，最后得到汽车减速箱壳体毛坯； 

6)热处理：将步骤5）获得的毛坯置于热处理炉中，随炉加温2小时至560℃，保温8小时出炉，在水温20℃中进行淬火；再进行155℃×6小时的时效处理，得到汽车减速箱壳体。

2.一种汽车减速箱壳体的制备方法，其特征在于，所述方法按照如下步骤进行：

1）原料组成：重量百分比：0.2%钇，0.06%钛，0.05%铈，0.05%镧，0.02%钐，0.5%锌，2%锰，其余为镁；

2）原料处理：按照上述重量配比取镁金属，在氩气气体保护下，将镁金属熔化后升温至750℃，得到Mg熔体；按照上述重量配比取其它金属原料，在高能球磨罐中混合球磨3小时后，得到金属原料的混合粉末；

3）熔炼：启动电阻熔炼炉，将步骤2）得到的混合粉末放入预热到350℃的坩锅中，待温度上升至700℃通入SF₆和N₂混合保护气体，混合气体体积比为SF₆：N₂=1：200；待加入的炉料完全熔化后，加入步骤2）得到的Mg熔体，并继续通SF₆和N₂混合保护气体，温度升至750℃时搅拌15分钟，然后通氩气精炼10分钟，搅拌混合均匀；静置15min后，待温度冷却至700℃即得到浇铸合金熔体；

4）准备模具：汽车减速箱壳体铸件模具采用一模两腔对称分布，将一模两腔模具固定在挤压铸造机上，将模具预热至200℃，然后在模具型腔内均匀喷上一层脱模剂，继续加热模具至500℃;

5)挤压铸造：向挤压铸造机料桶输送步骤3）获得的浇铸合金熔体，挤压铸造机冲头向模具型腔平稳推进所述浇铸合金熔体，调节挤压铸造工艺参数为：挤压压力120MPa，保压时间50s，充型速度0.8m/s，充型时间4s，最后得到汽车减速箱壳体毛坯； 

6)热处理：将步骤5）获得的毛坯置于热处理炉中，随炉加温2小时至560℃，保温8小时出炉，在水温20℃中进行淬火；再进行155℃×6小时的时效处理，得到汽车减速箱壳体。