CN104674082A - 一种氮化硅增强铝合金轮毂的制备方法 - Google Patents

一种氮化硅增强铝合金轮毂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氮化硅增强铝合金轮毂的制备方法，本发明制得的铝合金轮毂由以下质量百分数的合金元素组成：Mg 0.9-1.6、Si 0.5-1、Cu 0.3-0.5、Mn 0.25-0.4、Zn 0.1-0.2、Ti 0.1-0.2、V 0.06-0.12、Sb 0.04-0.08、Bi 0.02-0.05、Ta 0.015-0.03、Y 0.01-0.02，余量为Al。本发明制得的铝合金轮毂不仅具有较高的强度和韧性，还具有优良的耐磨性、抗腐蚀性、耐高温性、抗冷热冲击性以及耐磨性等性能，完全能够达到轮毂的各项性能要求，应用前景广阔。

Description

一种氮化硅增强铝合金轮毂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氮化硅增强铝合金轮毂的制备方法，属于铝合金加工技术领域。
背景技术
轮毂是汽车行驶系统的重要部件之一，是一种要求较高的保安件，它与车辆的行驶性能、乘坐的舒适性和安全性具有很大的关系。铝合金因具有重量轻、节能降耗、价格低、表面质量高、散热性好、易于成型、减振性能好等优点，而被广泛用于制作汽车轮毂。随着汽车工业的快速发展，对铝合金轮毂的性能要求也随之不断提高，传统铸造工艺制得的铝合金轮毂成品容易产生成分偏析，导致成品的力学性能不如人意，无法满足市场的需求。相比于传统的制备工艺,用粉末冶金工艺制备的铝合金材料,可有效地避免成分偏析,减少切削甚至无切削,提高其力学性能。然而目前市场上很少见到粉末冶金工艺制备的铝合金轮毂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用粉末冶金工艺制备氮化硅增强铝合金轮毂的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种氮化硅增强铝合金轮毂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照以下质量百分数的合金元素：Mg 0.9-1.6、Si 0.5-1、Cu 0.3-0.5、Mn 0.25-0.4、Zn 0.1-0.2、Ti 0.1-0.2、V 0.06-0.12、Sb 0.04-0.08、Bi 0.02-0.05、Ta 0.015-0.03、Y 0.01-0.02，余量为Al进行配料，将配好的炉料投入熔化炉中进行加热熔化，精炼除气，扒渣，取样分析，二次精炼除气和二次取样分析操作；
（2）将合金液经漏嘴流入喷雾装置中，通过雾化喷嘴进行气体雾化，雾化气体为氮气或氩气，气体压力为0.6-1.2MPa；
（3）将雾化得到的合金粉末转入球磨机内，再加入8-12wt%的改性氮化硅进行球磨混料，球料比为2-4:1，转速为200-300r/min,正反装10-15min交替进行，混料时间为3-4h；
（4）将混合后的粉料在200-250MPa的压力下冷等静压成坯料，脱模后用纯铝皮包套处理，然后以20-30℃/h升温至30-40℃，保温0.5-1h，再以35-45℃/h升温至120-140℃，保温2-3h，再以40-50℃/h升温至230-260℃，保温1-2h，再以30-40℃/h升温至345-365℃，保温2-3h，再以45-55℃/h升温至440-460℃，保温15-20h，再以50-60℃/h升温至500-520℃，保温5-8h后再在360-400MPa的压力下保压1-2h；
（5）将步骤（4）得到的坯料加热在380-420℃，保温1-2h，然后轧制成厚度为30-90mm的热轧板，开轧温度为460-490℃，终轧温度为320-340℃；
（6）将步骤（5）得到的热轧板制成圆饼状坯料，然后预热至425-455℃，用锻压机进行锻压；将锻压得到的轮毂毛坯预热至360-400℃，再用旋压机进行强力旋压成形；
（7）将旋压之后的轮毂毛坯进行热处理：先以80-100℃/h升温至180-240℃，保温2-3h，再以100-150℃/h升温至440-480℃，保温1-2h，然后以70-90℃/h降温至220-260℃，保温2-3h，再以100-150℃/h升温至500-520℃，保温1-2h，室温水淬后以30-50℃/h升温至85-95℃，保温3-5h，再以25-45℃/h升温至170-190℃，保温4-8h，再以40-60℃/h降温至70-80℃，保温2-4h；
（8）将热处理之后的轮毂毛坯进行机加工及表面处理，即得轮毂成品。
步骤（3）所述的氮化硅改性步骤如下：将氮化硅加热至1050-1100℃，保温8-12h，每隔1h搅动一遍并击碎结块，高温氧化处理结束后炉冷至室温，加入到浓度为1-2mol/L的盐酸溶液中，水浴加热至60-70℃，浸泡1-2h，抽滤，用蒸馏水清洗干净后再加入到氢氧化钠饱和溶液，水浴加热至80-90℃，浸泡0.5-1h，抽滤，用蒸馏水清洗干净，烘干即可。
上述氮化硅的改性处理不仅可以有效去除氮化硅表面的金属氧化物以及其它杂质，还可以增大氮化硅颗粒的比表面积，达到了清洁表面、钝化棱角和粗化表面的目的，极大地改善了氮化硅颗粒与金属基体的浸润性。
本发明的有益效果：
本发明制得的铝合金轮毂不仅具有较高的强度和韧性，还具有优良的耐磨性、抗腐蚀性、耐高温性、抗冷热冲击性以及耐磨性等性能，完全能够达到轮毂的各项性能要求，应用前景广阔。
具体实施方式
一种氮化硅增强铝合金轮毂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照以下质量百分数的合金元素：Mg 0.9-1.6、Si 0.5-1、Cu 0.3-0.5、Mn 0.25-0.4、Zn 0.1-0.2、Ti 0.1-0.2、V 0.06-0.12、Sb 0.04-0.08、Bi 0.02-0.05、Ta 0.015-0.03、Y 0.01-0.02，余量为Al进行配料，将配好的炉料投入熔化炉中进行加热熔化，精炼除气，扒渣，取样分析，二次精炼除气和二次取样分析操作；
（2）将合金液经漏嘴流入喷雾装置中，通过雾化喷嘴进行气体雾化，雾化气体为氮气或氩气，气体压力为0.8MPa；
（3）将雾化得到的合金粉末转入球磨机内，再加入10wt%的改性氮化硅进行球磨混料，球料比为3:1，转速为250r/min,正反装15min交替进行，混料时间为3-4h；
（4）将混合后的粉料在240MPa的压力下冷等静压成坯料，脱模后用纯铝皮包套处理，然后以25℃/h升温至35℃，保温1h，再以40℃/h升温至130℃，保温2h，再以45℃/h升温至250℃，保温1.5h，再以35℃/h升温至360℃，保温2，再以50℃/h升温至450℃，保温16h，再以60℃/h升温至515℃，保温6h后再在380MPa的压力下保压1.5h；
（5）将步骤（4）得到的坯料加热在400℃，保温1h，然后轧制成厚度为60mm的热轧板，开轧温度为470℃，终轧温度为330℃；
（6）将步骤（5）得到的热轧板制成圆饼状坯料，然后预热至440℃，用锻压机进行锻压；将锻压得到的轮毂毛坯预热至380℃，再用旋压机进行强力旋压成形；
（7）将旋压之后的轮毂毛坯进行热处理：先以90℃/h升温至220℃，保温2.5h，再以120℃/h升温至460℃，保温1h，然后以80℃/h降温至240℃，保温3h，再以120℃/h升温至510℃，保温1.5h，室温水淬后以40℃/h升温至90℃，保温4h，再以35℃/h升温至180℃，保温6h，再以50℃/h降温至75℃，保温3h；
（8）将热处理之后的轮毂毛坯进行机加工及表面处理，即得轮毂成品。
步骤（3）所述的氮化硅改性步骤如下：将氮化硅加热至1080℃，保温10h，每隔1h搅动一遍并击碎结块，高温氧化处理结束后炉冷至室温，加入到浓度为1mol/L的盐酸溶液中，水浴加热至65℃，浸泡2h，抽滤，用蒸馏水清洗干净后再加入到氢氧化钠饱和溶液，水浴加热至90℃，浸泡0.5h，抽滤，用蒸馏水清洗干净，烘干即可。
 经检测，上述制得的铝合金轮毂室温条件下的主要力学性能为：抗拉强度395MPa，屈服强度279MPa，伸长率13.6%。

Claims (2)

1.一种氮化硅增强铝合金轮毂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按照以下质量百分数的合金元素：Mg 0.9-1.6、Si 0.5-1、Cu 0.3-0.5、Mn 0.25-0.4、Zn 0.1-0.2、Ti 0.1-0.2、V 0.06-0.12、Sb 0.04-0.08、Bi 0.02-0.05、Ta 0.015-0.03、Y 0.01-0.02，余量为Al进行配料，将配好的炉料投入熔化炉中进行加热熔化，精炼除气，扒渣，取样分析，二次精炼除气和二次取样分析操作；
（2）将合金液经漏嘴流入喷雾装置中，通过雾化喷嘴进行气体雾化，雾化气体为氮气或氩气，气体压力为0.6-1.2MPa；
（3）将雾化得到的合金粉末转入球磨机内，再加入8-12wt%的改性氮化硅进行球磨混料，球料比为2-4:1，转速为200-300r/min,正反装10-15min交替进行，混料时间为3-4h；
（4）将混合后的粉料在200-250MPa的压力下冷等静压成坯料，脱模后用纯铝皮包套处理，然后以20-30℃/h升温至30-40℃，保温0.5-1h，再以35-45℃/h升温至120-140℃，保温2-3h，再以40-50℃/h升温至230-260℃，保温1-2h，再以30-40℃/h升温至345-365℃，保温2-3h，再以45-55℃/h升温至440-460℃，保温15-20h，再以50-60℃/h升温至500-520℃，保温5-8h后再在360-400MPa的压力下保压1-2h；
（5）将步骤（4）得到的坯料加热在380-420℃，保温1-2h，然后轧制成厚度为30-90mm的热轧板，开轧温度为460-490℃，终轧温度为320-340℃；
（6）将步骤（5）得到的热轧板制成圆饼状坯料，然后预热至425-455℃，用锻压机进行锻压；将锻压得到的轮毂毛坯预热至360-400℃，再用旋压机进行强力旋压成形；
（7）将旋压之后的轮毂毛坯进行热处理：先以80-100℃/h升温至180-240℃，保温2-3h，再以100-150℃/h升温至440-480℃，保温1-2h，然后以70-90℃/h降温至220-260℃，保温2-3h，再以100-150℃/h升温至500-520℃，保温1-2h，室温水淬后以30-50℃/h升温至85-95℃，保温3-5h，再以25-45℃/h升温至170-190℃，保温4-8h，再以40-60℃/h降温至70-80℃，保温2-4h；
（8）将热处理之后的轮毂毛坯进行机加工及表面处理，即得轮毂成品。
2.根据权利要求1所述的一种氮化硅增强铝合金轮毂的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的氮化硅改性步骤如下：将氮化硅加热至1050-1100℃，保温8-12h，每隔1h搅动一遍并击碎结块，高温氧化处理结束后炉冷至室温，加入到浓度为1-2mol/L的盐酸溶液中，水浴加热至60-70℃，浸泡1-2h，抽滤，用蒸馏水清洗干净后再加入到氢氧化钠饱和溶液，水浴加热至80-90℃，浸泡0.5-1h，抽滤，用蒸馏水清洗干净，烘干即可。
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