CN104561699B - 一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，通过在铝镁合金中加入稀土元素，并优化Cu，Mg，Si，Zn，Fe，Mn，Ti，Cr和Al的元素配比，得到的铝镁合金抗拉强度(Mpa)：300～400，屈服强度(Mpa):150‑200,伸长率(％)：12～14；布氏硬度HB：60～75。与现有技术相比，本发明具有很高的机械强度，有良好的耐腐蚀性能，并且模具的韧性也有很大提高，使用本发明提供的镁铝合金制作轮胎模具，提高了轮胎模具的使用寿命，节约成本。

Description

一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料

技术领域

本发明属于铝合金领域，具体涉及一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料。

背景技术

铝镁铸造合金具有延伸率高，切削性、耐腐蚀性、表面光洁度好等特点，因此成为目前国际上轮胎模具行业比较推崇的模具用铝。普通工艺生产的铝镁合金强度低，而且含有较多的渣、气。用其制备的轮胎模具表面容易形成渣孔、气孔，轮胎在成型过程中，胶会渗入其中产生粘膜现象；模具强度低导致模具使用寿命短。

国内同行业一般选用ZL101、AlMg3Si和AC7A牌号铸铝合金。前两种材料的流动性好，适于铸造花纹复杂的子午胎模具花纹圈，但其机械性能和韧性达不到要求，对使用寿命提升帮助不大。AC7A是近年来应用较多的一种花纹圈铸造用材料，其耐腐蚀性能好，但是机械性能和韧性也达不到要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，通过加入稀土元素，起到固溶强化作用，提高铝镁合金材料机械强度。

本发明提供的一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：

Cu 0.3-0.4％，Mg 3.8-4.5％，Si 0.2-0.25％，Zn 0.03-0.05％，

Fe 0.01-0.02％,Mn 0.3-0.5％,Ti 0.1-0.2％，Cr 0.005-0.02％，Zr 0.05-0.1％，Sm 0.05-0.07％,Nd 0.05-0.06％,Y 0.05-0.07％,余量为Al。

锆元素(Zr)在合金既能起到固溶强化，又能起到第二相强化，形成Al3Zr可以起到钉扎作用，结合稀土可细化铝合金基体。

加入钐(Sm)、钇(Y)、钕(Nd)稀土元素，钐、钕、钇比其它稀土元素在铝合金中的溶解度大，不仅可以起到弥散强化作用还可以起到很好的固溶强化作用，此外，钐、钇、钕等与熔体中氧、氢、氮、硫、铁等杂质元素有较强的结合作用，可以减少合金中的气体和夹杂,改善夹杂物形态，使夹杂相趋于球化，有利于夹杂物和气体的排除，也起到了熔体净化效果，而且，本合金加入钕既能起第二相强化作用，还可以起到固溶强化作用，钕加入铝合金，可以增加错配度，此外钕还有很好的变质效果，这些对于合金的综合性能都有利。而且，加入钐(Sm)、钇(Y)、钕(Nd)稀土元素能够使固相线温度差减小，降低铝镁合金的糊状凝固趋势，并且降低合金熔体表面张力，增加熔体流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响。但是需要注意的是，稀土元素在铝合金中固溶度较低，添加过量对合金综合性能不利。因此，合金中稀土元素总含量控制在0.4％以内。

铜元素(Cu)具有一定的固溶强化效果，通过时效处理析出的CuAl2具有明显的时效强化效果。

镁元素(Mg)在铝中的溶解度随温度下降而变小，镁对铝合金的强化作用非常明显，每增加1％的镁，合金抗拉强度大约升高34MPa。

锌元素(Zn)单独加入铝中，对铝合金强度的提高十分有限，同时存在应力腐蚀开裂、倾向，在铝中同时加入锌和镁，形成强化相Mg/Zn2，对合金产生明显的强化作用。Mg/Zn2含量从0.5％提高到12％时，可明显增加抗拉强度和屈服强度。

锰元素(Mn)在固溶体中的最大溶解度为1.82％，铝合金强度随锰溶解度增加不断增加，同时锰元素具有补充强化作用。加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al8化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。锰能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁，减小铁的有害影响。

铁元素(Fe)、硅元素(Si)是铝合金中常见的杂质元素，对合金性能有明显的影响。它们主要以FeCl3和游离硅存在。在硅大于铁时，形成β-FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相，而铁大于硅时，形成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。当铁和硅比例不当时，会引起铸件产生裂纹，铸铝中铁含量过高时会使铸件产生脆性。本发明中严格控制Si含量0.2-0.25％，Fe含量0.01-0.02％，可有效提高铝合金的铸造性能和耐腐蚀性能，同时硅与体系中的镁结合形成MgSi强化相，可有效提高合金整体强度。大于或小于上述配比，合金整体强度均达不到要求。

钛是铝合金中常用的添加元素，以Al-Ti中间合金形式加入。钛与铝形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。Al-Ti系合金产生包反应时，钛的临界含量为0.15％。

铬(Cr)在铝中形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。但会增加淬火敏感性，使阳极氧化膜呈黄色。铬在铝合金中的添加量一般不超过0.35％，并随合金中过渡元素的增加而降低。

本发明通过在铝镁合金中加入稀土元素，并优化Cu，Mg，Si，Zn，Fe，Mn，Ti，Cr和Al元素的配比，得到的铝镁合金抗拉强度(Mpa)：300～400，屈服强度(Mpa):150-200,伸长率(％)：12～14；布氏硬度HB：60～75。与现有技术相比，本发明具有很高的机械强度，有良好的耐腐蚀性能，并且模具的韧性也有很大提高，使用本发明提供的镁铝合金制作轮胎模具，提高了轮胎模具的使用寿命，节约成本。

具体实施方式

实施例1

一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：

Cu 0.3％，Mg 3.9％，Si 0.2％，Zn 0.04％，Fe 0.01％,Mn 0.3％,Ti0.15％，Cr0.005％，Zr 0.05％，Sm 0.05％,Nd 0.05％,Y 0.05％,余量为Al。

实施例2

一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：

Cu 0.36％，Mg 4％，Si 0.23％，Zn 0.03％，Fe 0.013％,Mn 0.4％,Ti0.2％，Cr0.017％，Zr 0.08％，Sm 0.06％,Nd 0.05％,Y 0.07％,余量为Al。

实施例3

一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：

Cu 0.4％，Mg 4.5％，Si 0.25％，Zn 0.05％，Fe 0.02％,Mn 0.4％,Ti0.15％，Cr0.02％，Zr 0.1％，Sm 0.07％,Nd 0.06％,Y 0.07％,余量为Al。

实施例1-3，以及市场上销售的传统的ZL101及AlMg3Si机械性能比较，如下表1。

表1

铝镁合金	抗拉强度Mpa	屈服强度Mpa	伸长率％	布氏硬度HB
					实施例1	354	164	13.5	69
实施例2	369	193	13.7	72
					实施例3	400	200	14	75
AlMg3Si	180	97	8	55
					ZL101	160	80	8	50

Claims (4)

1.一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，其特征在于，所述轮胎模具用高强度铝镁合金材料包括以下重量百分比的成分：

Cu 0.3-0.4％，Mg 3.8-4.5％，Si 0.2-0.25％，Zn 0.03-0.05％，

Fe 0.01-0.02％,Mn 0.3-0.5％,Ti 0.1-0.2％，Cr 0.005-0.02％，Zr 0.05-0.1％，Sm0.05-0.07％,Nd 0.05-0.06％,Y 0.05-0.07％,余量为Al。

2.根据权利要求1所述的轮胎模具用高强度铝镁合金材料，其特征在于，所述轮胎模具用高强度铝镁合金材料包括以下重量百分比的成分：

Cu 0.3％，Mg 3.9％，Si 0.2％，Zn 0.04％，Fe 0.01％,Mn 0.3％,Ti0.15％，Cr0.005％，Zr 0.05％，Sm 0.05％,Nd 0.05％,Y 0.05％,余量为Al。

3.根据权利要求1所述的轮胎模具用高强度铝镁合金材料，其特征在于，所述轮胎模具用高强度铝镁合金材料包括以下重量百分比的成分：

Cu 0.36％，Mg 4％，Si 0.23％，Zn 0.03％，Fe 0.013％,Mn 0.4％,Ti0.2％，Cr0.017％，Zr 0.08％，Sm 0.06％,Nd 0.05％,Y 0.07％,余量为Al。

4.根据权利要求1所述的轮胎模具用高强度铝镁合金材料，其特征在于，所述轮胎模具用高强度铝镁合金材料包括以下重量百分比的成分：

Cu 0.4％，Mg 4.5％，Si 0.25％，Zn 0.05％，Fe 0.02％,Mn 0.4％,Ti0.15％，Cr0.02％，Zr 0.1％，Sm 0.07％,Nd 0.06％,Y 0.07％,余量为Al。