CN104889676B - 一种泡沫铝合金轮毂的制备方法 - Google Patents

一种泡沫铝合金轮毂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种泡沫铝合金轮毂的制备方法，该方法包括以下步骤：铸造泡沫铝合金铸锭；对泡沫铝合金铸锭进行透热处理；通过热剪切的方式将泡沫铝锭分切成小段铸锭；将小段铸锭放于铸模中进行锻造；对模锻件进行初步的机加工，形成机加工轮毂；在机加工轮毂表面涂覆金属层；对机加工轮毂进行热处理；对热处理后的轮毂进行精密机加工。使用本发明的泡沫铝合金轮毂的制备方法，泡沫铝合金铸锭中不含异质增粘剂，泡沫铝合金铸锭具有纯金属或者合金的高强度，同时具有良好的塑性、韧性、耐蚀性、导电性、导热性。泡沫铝合金轮毂的密度仅相当于传统的密实铝合金轮毂的三分之一至十分之一，减重、节能效果显著。

Description

一种泡沫铝合金轮毂的制备方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种泡沫铝合金轮毂的制备方法。
背景技术
在汽车制造业，改进结构和使用轻量化材料是提高车辆燃油效率的最佳方法，铝合金车轮是汽车、摩托车“高速化”、“节能化”和“现代时装化”的产物，泡沫铝的密度仅为纯铝的1/5~1/10，使用泡沫铝直接制造汽车零部件是十分有效的汽车减重手段。目前，仅能利用泡沫铝板材制作车辆地板、车门、侧部内衬、隔墙板、车顶板、空调风道内衬等。由于泡沫铝基本都是由金属基、陶瓷颗粒和气孔组成的复合材料，陶瓷颗粒能够增加气泡的稳定性，同时也使泡沫体具有脆性。无法制备成分合格的纯净的泡沫铝及铝合金，产品机械性能、耐蚀性能不能满足使用要求。发泡法和吹气法只能铸造大规格泡沫块，通过切割加工方式将泡沫块加工成泡沫板，由于泡沫金属极难切割，生产加工困难、生产成本高、生产效率低。粉冶法制备泡沫铝的生产成本极高，也无法制备规格尺寸较大的泡沫件。目前，国内外尚无法直接制备泡沫铝车用轮毂，也无法对泡沫金属铸锭进行二次塑性加工，将泡沫铝金属坯料加工成泡沫铝轮毂。
发明内容
本发明就是针对上述不足，提出一种高精度多孔泡沫铝合金轮毂的制备方法。
上述目的是通过下述方案实现的：
一种泡沫铝合金轮毂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）铸造泡沫铝合金铸锭，在浇铸前，向结晶器中铝液的结晶前沿吹送高压工业氮气，利用高压氮气搅拌铝液，形成固-液-气三相区，固-液-气三相区凝固得到泡沫铝合金铸锭；
（2）对泡沫铝合金铸锭进行透热处理，透热温度为180℃—T1，升温速率为1—80℃/min，其中T1为比所述泡沫铝合金熔化温度区间下限低5-200℃的温度；
（3）通过热剪切的方式将泡沫铝合金铸锭分切成小段铸锭；
（4）将小段铸锭放于铸模中进行锻造，其中锻造过程中，铸模沿铸模中轴转动；
（5）对模锻件进行初步的机加工，形成机加工轮毂；
（6）在机加工轮毂表面涂覆金属层，金属层厚度为0.15mm-0.8mm；
（7）对机加工轮毂进行热处理；
（8）对热处理后的轮毂进行精密机加工，使轮毂表面的金属层厚度为0.05mm-0.6mm。
根据上述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，当固-液-气三相区中固相的质量百分比为30%—70%时，通过氮气向固-液-气三相区中输送发泡剂，固-液-气三相区凝固得到泡沫铝合金锭。
根据上述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，在对小段铸锭进行锻造后，对模锻件在铸模中进行二次透热处理；二次透热处理在氮气保护或者密闭的环境下进行，透热温度为T，升温速率为5—120℃/min，其中T=所述泡沫铝合金熔化温度区间下限+A×t，t为所述泡沫铝合金的熔化温度区间，A取0.1—0.95；二次透热处理过程中，铸模沿铸模中轴转动。
根据上述的制备方法，其特征在于，所述的发泡剂为铝粉和氢化钛粉，或发泡剂为氢化锆粉。
根据上述的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述的金属层的材质为纯铝、防锈铝、锻铝或与泡沫铝合金相同的材质。
根据上述的制备方法，其特征在于，步骤（7）中，所述的热处理包括固溶、淬火、时效工序。
根据上述的制备方法，其特征在于，所述固溶工序在炉压可以调节的密闭的压力炉中进行，炉压随机加工轮毂的温度的升高而升高，并使炉压与机加工轮毂中的气泡压力相近；固溶处理温度为与泡沫铝合金具有同样化学成分的密实合金的固溶处理温度相同；固溶处理的升温速率控制为：第一次固溶处理的升温速率为1—80℃/min，铸坯第二次及以后各次的固溶处理的升温速率均控制为5—120℃/min；固溶处理的保温时间为与泡沫铝合金具有同样化学成分的密实合金的固溶处理保温时间的50%—95%。
根据上述的制备方法，其特征在于，所述淬火工序在炉压可以调节的密闭空间中进行；固溶处理炉、淬火转移通道和淬火槽之间为一个密闭的整体，在固溶炉-淬火转移-淬火过程中，机加工轮毂的外界压力保持恒定。
本发明的有益效果：
使用本发明的泡沫铝合金轮毂的制备方法，泡沫铝合金铸锭中不含异质增粘剂，泡沫铝合金铸锭具有纯金属或者合金的高强度，同时具有良好的塑性、韧性、耐蚀性、导电性、导热性，可以采用常规的模铸、压铸、模锻、挤铸、旋压等手段进行加工。泡沫铝合金轮毂的密度仅相当于传统的密实铝合金轮毂的三分之一至十分之一，同样尺寸的泡沫铝合金轮毂的重量仅相当于普通密实铝合金轮毂重量的三分之一至十分之一，不仅减重、节能效果显著，其减震、吸能效果与车体运行的平稳性也显著优于普通密实铝质轮毂。由于轮毂重量显著减轻，加大轮毂设计尺寸时，轮毂重量仍然显著轻于普通密实轮毂。这种大尺寸泡沫铝轮毂，不仅抓地性能良好，车体运行的安全性、平稳性、吸能减重性能也极佳。
具体实施方式
本发明的泡沫铝合金轮毂的制备方法包括以下步骤：
（1）铸造泡沫铝合金铸锭，在浇铸前，向结晶器中铝液的结晶前沿吹送高压工业氮气，利用高压氮气搅拌铝液，形成固-液-气三相区，固-液-气三相区凝固得到泡沫铝合金铸锭。
（2）对泡沫铝合金锭进行透热处理。透热处理的目的是减小泡沫锭在热分切时的变形抗力。透热温度为180℃—T1，其中T1为比本发明的泡沫铝合金熔化温度区间的下限低5-200℃的温度。不同化学成分的泡沫铝合金具有不同的熔化温度区间，可通过查询铝合金相图获得，或测量泡沫铝合金的dsc曲线计算获得。在对泡沫合金锭进行透热处理时，要严格控制透热过程的升温速度，透热升温速度过快，会导致泡沫锭局部熔化。一般泡沫合金锭透热升温速度控制在1—80℃/min，泡沫锭的透热升温速度控制，与合金的种类、泡沫锭的孔隙率、泡沫锭的胞孔尺寸大小、胞孔尺寸均匀性有关。在实际操作时，一般地，纯铝泡沫锭的透热升温速度高于合金泡沫锭，低合金化的泡沫锭的透热升温速度高于高合金化的泡沫锭。在同种合金条件下，低孔隙率的泡沫锭的透热升温速度高于高孔隙率泡沫锭；胞孔尺寸较小的泡沫锭的透热升温速度高于胞孔尺寸较大的泡沫锭；胞孔分布相对均匀的泡沫锭的透热升温速度高于胞孔分布相对不均匀的泡沫锭。
（3）通过热剪切的方式将泡沫金属长铸锭分切成单个车轮重量所需的小段短锭。用热剪切代替锯切分切泡沫金属锭，克服了锯切泡沫金属所固有的锯切成本高、锯切效率低等不足。经过剪切的小段短锭要进行逐根称重，短锭的重量控制满足通用车轮加工规范对单件车轮坯重量的控制要求。
（4）将小段铸锭放于铸模中进行锻造。处于铸模中的固-液-气多相金属液，在阳模和阴模的挤压、锻造作用下，发生进一步的填充、成形和结晶凝固，并在成型、结晶过程中产生一定量的塑性变形，伴随有枝晶破碎和金属液流动，充型过程平稳，铝合金在压力下结晶、变形、凝固，铸锻件中气泡分布均匀，胞壁组织致密、晶粒细化，整个轮毂铸锻件的机械性能显著提高，具有精密成形的高效率、高精度的优点，使形状复杂的泡沫铝合金轮毂的生产工序减少，材料利用率大大提高，生产成本降低。其中锻造过程中，铸模沿铸模中轴以一定的角速度转动，防止较小的枝晶在气泡的浮力作用下发生团聚，导致模锻件气泡分布不均，甚至出现局部无泡层。
（5）对模锻件进行初步的机加工，形成机加工轮毂。
（6）经过机加工的泡沫铝轮毂，在轮毂表面和会出现加工透空的气孔，显露的透空气孔会影响轮胎的气密性和轮毂涂装的装饰性。需要在轮毂表面涂覆一层密实金属层，涂覆的密实金属材质可以为纯铝（如1060、1050、1100等）、防锈铝（如3003、3004、5082等）、锻铝（如6061、6063等），亦可以采用与本发明的泡沫铝合金轮毂同样的材质进行涂覆。金属层厚度在0.15-0.8mm之间。金属层过厚，会在一定程度上抵消泡沫铝轮毂的轻质特性，影响节能效果。
（7）对机加工轮毂进行热处理。热处理包括固溶、淬火、时效工序。
固溶工序在炉压可以调节的密闭的压力炉中进行，炉压随机加工轮毂的温度的升高而升高，并使炉压与机加工轮毂中的气泡压力相近，防止出现因二者相差过多导致轮毂起包、报废。固溶处理温度为与泡沫铝合金具有同样化学成分的密实合金的固溶处理温度相同。固溶处理的升温速率控制为：第一次固溶处理的升温速率为1—80℃/min，第二次及以后各次的固溶处理的升温速率均为5—120℃/min；温速度控制同样与合金的种类、泡沫锭的孔隙率、泡沫锭的胞孔尺寸大小、胞孔尺寸均匀性有关。固溶处理的保温时间为与泡沫铝合金具有同样化学成分的密实合金的固溶处理保温时间的50%—95%，并且，泡沫铝合金的合金化程度越低，固溶保温时间越短；孔隙率越高或者胞壁尺寸越薄所需要的固溶保温时间越短；胞孔尺寸越均匀、胞壁厚薄的均匀性越好，所需要的固溶保温时间越短。
淬火工序在炉压可以调节的密闭空间中进行；固溶处理炉、淬火转移通道和淬火槽之间为一个密闭的整体，在固溶炉-淬火转移-淬火过程中，机加工轮毂的外界压力保持恒定。
（8）对热处理后的轮毂进行精密机加工，使轮毂表面的金属层厚度为0.05mm-0.6mm，以保证轮毂的后续涂装效果和气体密封效果。
本发明的泡沫铝合金轮毂的制备方法在制备泡沫铝合金铸锭时，还可采用加发泡剂的方法。具体操作是，步骤（1）中，当固-液-气三相区中固相的质量百分比为30%—70%时，通过氮气向固-液-气三相区中输送发泡剂，固-液-气三相区凝固得到泡沫铝合金锭。发泡剂可选用铝粉和氢化钛粉，或氢化锆粉。
当加入发泡剂时，泡沫铝合金铸锭经过透热处理后，其中还含有未分解的发泡剂。因此，在对小段铸锭进行锻造后，需要对含有未分解发泡剂的模锻件在铸模中进行二次透热处理。二次透热处理在氮气保护或者密闭的环境下进行。透热温度为T，其中T=本发明的泡沫铝合金熔化温度区间下限+A×t，t为本发明的泡沫铝合金的熔化温度区间，A取0.1—0.95。A的取值范围与合金的成分有关，合金化程度高的合金，熔化温度范围宽，A取值为中上限；合金化程度低的合金，熔化温度范围窄，A的取值要取中下限。升温速率控制为5—120℃/min，其升温速度控制规律同样与合金的种类、泡沫锭的孔隙率、泡沫锭的胞孔尺寸大小、胞孔尺寸均匀性有关，透热发泡的升温速度控制规律与剪切前的透热加热相同。与锻造过程相同，二次透热处理过程中，铸模沿铸模中轴以一定的角速度转动。
经过二次透热处理的模锻件，其所含的发泡剂完全分解，坯料由固态的枝晶、原生的气泡、二次发泡产生的气泡、和剩余的液相组成的多相体。与普通的半固态模锻工艺相比，液相中的枝晶没有发生折断、球化，反而保持了枝晶完好的形貌。与普通的泡沫金属发泡过程相比，液体金属中的气泡不是靠氧化铝、碳化硅、金属钙等增粘剂增大粘度，通过增粘的方法阻碍气泡上浮。而是依靠保持完好的枝晶间隙，或者是相互勾连的枝晶间隙锁住气体，气泡和枝晶之间形成寄生关系。在寄生气泡的浮力作用下，枝晶悬浮于液相金属中，在固相比例较高时，枝晶之间相互搭接。通过枝晶锁气的好处是：一是不需要添加异质增粘剂，金属仍保留了其固有的强度、塑性，易于进行模锻加工和后续的车削加工。二是金属仍保留了金属固有的导热性，轮毂能够快速地将车辆运行和刹车所产生的热量导出，防止爆胎。三是通过枝晶在金属液中的均匀分布，实现了气泡在金属中的均匀分布。发泡剂分解产生的金属钛或者锆，能够与剩余金属液中的铝作用形成Al3Ti、Al3Zr，而Al3Ti、Al3Zr在剩余金属液凝固时起到晶核的作用，可以细化晶粒组织。
下面用具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
利用含有发泡剂的泡沫铝A356泡沫合金锭制备A356合金泡沫铝轮毂，要求采用与基体一致的合金涂覆。
以99.70%的工业纯铝、工业硅、工业镁、Al-Sr10%等合金为原料，采用常规熔炼方法熔炼铝及铝合金，合金熔炼温度750-760℃，采用立式半连铸铸造泡沫锭，在浇铸前，向结晶器中铝液的结晶前沿吹送压力为1.5MPa的工业氮气，利用高压氮气搅拌铝液，使枝晶从结晶前沿剥离并悬浮于金属液中，形成宽泛的固-液-气三相区。当三相区中固相份额达到30%左右时，通过氮气输送铝粉与氢化钛粉体进入固液气三相区。固-液-气三相区凝固得到含有发泡剂的泡沫铝合金铸锭。采用电阻炉将泡沫铝合金铸锭透热升温至460-480℃，升温速度控制在25-40℃/分，通过热剪切的方式将泡沫金属长铸锭分切成单个车轮重量所需的小段短锭。将经过称重的小段短锭放置于特制的铸锻模中，在氮气保护或者密闭的环境下对小段短锭进行二次透热发泡。二次透热发泡透热温度控制在610℃，二次发泡的升温速度为30-50℃／分钟。经过二次发泡的小段泡沫坯，所含的发泡剂完全分解，坯料由固态的枝晶、原生的气泡、二次发泡产生的气泡、和剩余的液相组成的多相体。处于铸模中的固-液-气多相金属液，在阳模和阴模的挤压、锻造作用下，发生进一步的填充、成形和结晶凝固，并在成型、结晶过程中产生一定量的塑性变形，金属在压力下结晶、变形、凝固，铸锻件中气泡分布均匀，胞壁组织致密、晶粒细化，整个轮毂铸锻件的机械性能显著提高，具有精密成形的高效率、高精度的优点。在泡沫坯料二次发泡和模锻过程中，铸模沿自设的转轴按照一定的角速度转动，防止较小的枝晶在气泡的浮力作用下发生团聚，导致模锻件气泡分布不均，甚至出现局部无泡层。
模锻轮毂按照传统方法进行进行初步的机加工，用A356合金在轮毂表面和轮辋胎圈座表面涂覆一层密实金属层，涂覆的密实金属层厚度控制在0.45-0.6mm之间。经过初加工和涂覆处理的轮毂需要在炉压可以自动调节的密闭的压力炉中进行固溶处理，炉压的控制随轮毂工件的温度的升高而升高，并保证在整个处理过程中，炉压与泡沫铝轮毂中的气泡压力相等，固溶处理温度控制在528-535℃，固溶保温时间为4.5h。淬火转移过程和淬火过程均在炉压可以调节的特制密闭容器中进行。保证轮毂工件从固溶炉-淬火转移-淬火过程中，轮毂工件的外界压力保持恒定。淬火转移时间不超20s，水的温度为70℃。轮毂时效温度为155-170℃。经过热处理的轮毂，按照传统方法进行二次精密机加工，二次加工后的轮毂表面和轮辋胎圈座表面，保留不低于0.15-0.18mm的密实金属层，以保证轮毂的后续涂装效果和气体密封效果。采用现有设备和传统工艺对轮毂进行涂装、检验。
经检验，A356泡沫合金轮毂的化学成分为：Si：7.1%，Mg：0.43%，Fe：0.12%，Ti:0.11%，Cu：0.13%，Mn：0.08%，Zn：0.05%,Sr:0.13%，余量为铝。
实施例2
利用不含发泡剂的A356合金泡沫锭制备A356合金泡沫铝轮毂，要求采用1060合金涂覆。
以99.70%的工业纯铝、工业硅、工业镁、Al-Sr10%等合金为原料，采用常规熔炼方法熔炼铝及铝合金，合金熔炼温度750-760℃，采用立式半连铸铸造泡沫锭，在浇铸前，向结晶器中铝液的结晶前沿吹送压力为1.5MPa的工业氮气，利用高压氮气搅拌铝液，使枝晶从结晶前沿剥离并悬浮于金属液中，形成宽泛的固-液-气三相区。固-液-气三相区凝固得到A356合金泡沫锭。采用电阻炉将泡沫铝合金铸锭透热升温至460-480℃，升温速度控制在25-40℃/分，通过热剪切的方式将泡沫金属长铸锭分切成单个车轮重量所需的小段短锭。将经过称重的小段短锭放置于特制的铸锻模中，在氮气保护或者密闭的环境下，对小段短锭进行二次透热升温，将短锭加热到半固态，二次透热温度控制在605-615℃，升温速度为35℃／分钟。短锭熔化后形成由固态的枝晶、气泡和剩余的液相组成的多相体。处于铸模中的固-液-气多相金属液，在阳模和阴模的挤压、锻造作用下，发生进一步的填充、成形和结晶凝固，并在成型、结晶过程中产生一定量的塑性变形，最终形成泡沫铝轮毂。在泡沫坯料二次透热熔化和模锻过程中，铸模沿自设的转轴按照一定的角速度转动，防止枝晶在团聚、模锻件气泡分布不均，甚至出现局部无泡层。
模锻轮毂按照传统方法进行进行初步的机加工，用1060合金在轮毂表面和轮辋胎圈座表面涂覆一层密实金属层，涂覆的密实金属层厚度控制在0.45-0.55mm之间。经过初加工和涂覆处理的轮毂在炉压可以自动调节的密闭的压力炉中进行固溶处理，固溶处理温度控制在528-535℃，固溶保温时间为4.5h。淬火转移过程和淬火过程均在炉压可以调节的特制密闭容器中进行。淬火转移时间不超20s，水的温度为70℃。轮毂时效温度为155-170℃。按照传统方法对轮毂进行二次精密机加工，二次加工后的轮毂表面和轮辋胎圈座表面，保留不低于0.15-0.18mm的密实金属层。采用现有设备和传统工艺对轮毂进行涂装、检验。
经检验，A356泡沫合金轮毂的化学成分为：Si：6.9%，Mg：0.403%，Fe：0.13%，Ti:0.13%，Cu：0.10%，Mn：0.06%，Zn：0.04%,Sr:0.16%，余量为铝。
涂覆密实金属层化学成分为：Si：0.22%，Fe：0.29%，Cu：0.03%，Ti:0.02%，Mn：0.02%，Mg：0.01%，Zn：0.03%,V:0.01%，余量为铝。
实施例3
利用含有发泡剂的泡沫铝6063泡沫合金锭制备6063合金泡沫铝轮毂，要求采用与基体一致的合金涂覆。
以99.70%的工业纯铝、工业硅、工业镁等合金为原料，采用常规熔炼方法熔炼铝及铝合金，合金熔炼温度750-760℃，采用立式半连铸铸造泡沫锭，在浇铸前，向结晶器中铝液的结晶前沿吹送压力为1.5MPa的工业氮气，利用高压氮气搅拌铝液，使枝晶从结晶前沿剥离并悬浮于金属液中，形成宽泛的固-液-气三相区。当三相区中固相份额达到70%左右时，通过氮气输送氢化锆粉体进入固液气三相区。固-液-气三相区凝固得到含有发泡剂的泡沫铝合金铸锭。采用电阻炉将泡沫铝合金铸锭透热升温至470-490℃，升温速度控制在38℃/分，通过热剪切的方式将泡沫金属长铸锭分切成单个车轮重量所需的小段短锭。将经过称重的小段短锭放置于特制的铸锻模中，在氮气保护或者密闭的环境下对小段短锭进行二次透热发泡。二次透热发泡透热温度控制在635℃，二次发泡的升温速度为40℃／分钟。经过二次发泡的小段泡沫坯，所含的发泡剂完全分解，坯料由固态的枝晶、原生的气泡、二次发泡产生的气泡、和剩余的液相组成的多相体。处于铸模中的固-液-气多相金属液，在阳模和阴模的挤压、锻造作用下，发生进一步的填充、成形和结晶凝固，并在成型、结晶过程中产生一定量的塑性变形并制成泡沫合金轮毂坯料。在泡沫坯料二次发泡和模锻过程中，铸模沿自设的转轴按照一定的角速度转动，防止较小的枝晶团聚、气泡分布不均，甚至出现局部无泡层。
模锻轮毂按照传统方法进行进行初步的机加工，用1060合金在轮毂表面和轮辋胎圈座表面涂覆一层密实金属层，涂覆的密实金属层厚度控制在0.35-0.45mm之间。经过涂覆处理的轮毂在炉压可以自动调节的密闭的压力炉中进行固溶处理，固溶处理温度控制在560-580℃。淬火转移过程和淬火过程均在炉压可以调节的特制密闭容器中进行。淬火转移时间不超25s，水的温度为70℃。轮毂时效温度为120-125℃。经过热处理的轮毂，按照传统方法进行二次精密机加工，二次加工后的轮毂表面和轮辋胎圈座表面，保留不低于0.16-0.20mm的密实金属层，采用现有设备和传统工艺对轮毂进行涂装、检验。
经检验，6063泡沫合金轮毂的化学成分为：Si：0.52%，Mg：0.80%，Fe：0.30%，Ti:0.05%，Cu：0.06%，Mn：0.04%，Zn：0.07%,Cr:0.06%，余量为铝。
实施例4
利用不含发泡剂的6061合金泡沫锭制备6061合金泡沫铝轮毂，要求采用3004合金涂覆。
以99.70%的工业纯铝、工业硅、工业镁等合金为原料，采用常规熔炼方法熔炼铝及铝合金，合金熔炼温度750-770℃，采用立式半连铸铸造泡沫锭，在浇铸前，向结晶器中铝液的结晶前沿吹送压力为1.5MPa的工业氮气，利用高压氮气搅拌铝液，使枝晶从结晶前沿剥离并悬浮于金属液中，形成宽泛的固-液-气三相区。固-液-气三相区凝固得到6061合金泡沫锭。采用电阻炉将泡沫铝合金铸锭透热升温至490-510℃，升温速度控制在33℃/分，通过热剪切的方式将泡沫金属长铸锭分切成单个车轮重量所需的小段短锭。将经过称重的小段短锭放置于特制的铸锻模中，在氮气保护或者密闭的环境下，对小段短锭进行二次透热升温，将短锭加热到半固态，二次透热温度控制在610-620℃，升温速度为42℃／分钟。短锭熔化后形成由固态的枝晶、气泡和剩余的液相组成的多相体。处于铸模中的固-液-气多相金属液，在阳模和阴模的挤压、锻造作用下，发生进一步的填充、成形和结晶凝固，并在成型、结晶过程中产生一定量的塑性变形，最终形成泡沫铝轮毂。在泡沫坯料二次透热熔化和模锻过程中，铸模沿自设的转轴按照一定的角速度转动，防止枝晶在团聚、模锻件气泡分布不均，甚至出现局部无泡层。
模锻轮毂按照传统方法进行进行初步的机加工，用3004合金在轮毂表面和轮辋胎圈座表面涂覆一层密实金属层，涂覆的密实金属层厚度控制在0.60-0.70mm之间。经过初加工和涂覆处理的轮毂在炉压可以自动调节的密闭的压力炉中进行固溶处理，固溶处理温度控制在585-595℃。淬火转移过程和淬火过程均在炉压可以调节的特制密闭容器中进行。淬火转移时间不超23s，水的温度为70℃。轮毂时效温度为120-130℃。按照传统方法对轮毂进行二次精密机加工，二次加工后的轮毂表面和轮辋胎圈座表面，保留不低于0.18-0.22mm的密实金属层。采用现有设备和传统工艺对轮毂进行涂装、检验。
经检验，6061泡沫合金轮毂的化学成分为：Si：0.6%，Mg：1.1%，Fe：0.45%，Ti:0.09%，Cu：0.36%，Mn：0.11%，Zn：0.14%,Cr:0.22%，余量为铝。
涂覆密实金属层化学成分为：Si：0.43%，Mg：0.01%，Fe：0.52%，Ti:0.09%,Cu：0.15%，Mn：1.19%，Zn：0.004%,Cr:0.22%，余量为铝。

Claims (8)

1.一种泡沫铝合金轮毂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）铸造泡沫铝合金铸锭，在浇铸前，向结晶器中铝液的结晶前沿吹送高压工业氮气，利用高压氮气搅拌铝液，形成固-液-气三相区，固-液-气三相区凝固得到泡沫铝合金铸锭；
（2）对泡沫铝合金铸锭进行透热处理，透热温度为180℃—T1，升温速率为1—80℃/min，其中T1为比所述泡沫铝合金熔化温度区间下限低5-200℃的温度；
（3）通过热剪切的方式将泡沫铝合金铸锭分切成小段铸锭；
（4）将小段铸锭放于铸模中进行锻造，其中锻造过程中，铸模沿铸模中轴转动；
（5）对模锻件进行初步的机加工，形成机加工轮毂；
（6）在机加工轮毂表面涂覆金属层，金属层厚度为0.15mm-0.8mm；
（7）对机加工轮毂进行热处理；
（8）对热处理后的轮毂进行精密机加工，使轮毂表面的金属层厚度为0.05mm-0.6mm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，当固-液-气三相区中固相的质量百分比为30%—70%时，通过氮气向固-液-气三相区中输送发泡剂，固-液-气三相区凝固得到泡沫铝合金铸锭。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，在对小段铸锭进行锻造后，对模锻件在铸模中进行二次透热处理；二次透热处理在氮气保护或者密闭的环境下进行，透热温度为T，升温速率为5—120℃/min，其中T=所述泡沫铝合金熔化温度区间下限+A×t，t为所述泡沫铝合金的熔化温度区间，A取0.1—0.95；二次透热处理过程中，铸模沿铸模中轴转动。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的发泡剂为铝粉和氢化钛粉，或发泡剂为氢化锆粉。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述的金属层的材质为纯铝、防锈铝、锻铝或与泡沫铝合金相同的材质。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（7）中，所述的热处理包括固溶、淬火、时效工序。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述固溶工序在炉压可以调节的密闭的压力炉中进行，炉压随机加工轮毂的温度的升高而升高，并使炉压与机加工轮毂中的气泡压力相近；固溶处理温度为与泡沫铝合金具有同样化学成分的密实合金的固溶处理温度相同；固溶处理的升温速率控制为：第一次固溶处理的升温速率为1—80℃/min，第二次及以后各次的固溶处理的升温速率均为5—120℃/min；固溶处理的保温时间为与泡沫铝合金具有同样化学成分的密实合金的固溶处理保温时间的50%—95%。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述淬火工序在炉压可以调节的密闭空间中进行；固溶处理炉、淬火转移通道和淬火槽之间为一个密闭的整体，在固溶处理炉-淬火转移-淬火过程中，机加工轮毂的外界压力保持恒定。
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