CN104975161A - 一种铸造铝合金车轮的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铸造铝合金车轮的热处理方法，其特征在于，所述的方法包括步骤：(1)将铝合金车轮铸件加热到533-543℃；(2)将所述的铝合金车轮铸件在533-543℃的温度下保温235-245分钟；(3)将所述的铝合金车轮铸件放在40-60℃的水中淬火160秒；(4)将所述的铝合金车轮铸件加热到150-160℃；(5)将所述的铝合金车轮铸件在150-160℃下保温175-185分钟；以及(6)将所述的铝合金车轮铸件在空气中冷却到室温。本发明的方法和生产流水线装置通过正交试验优化设计，使得铝合金车轮铸件经热处理后可以得到良好的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度，其对机械性能的改进优于本领域目前所采用的其他方法。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件铸造领域，具体地涉及一种铸造铝合金车轮的热处理方法。
背景技术
目前，汽车车轮主要使用铝合金来进行制造，并且铸造成形占据了主要的地位。在铸造铝合金车轮的加工制造过程中，热工处理是很重要的环节，直接决定了铝合金车轮的机械性能和内部组织。本发明的工艺出现之前，也有关于铸造铝合金车轮车轮的热处理工艺，但工艺控制范围较为宽范，没有对固溶温度、固溶时间及时效温度、固溶时间进行优化组合。
发明内容
因此，本发明的目的是设计一种A356.2铸造铝合金车轮热处理工艺，可以获得足够高的强度，并且保持适当塑性；改善铝合金车轮组织和力学性能及切削加工性能。
为了实现以上的发明目的，本发明提供了以下的技术方案：
在本发明的一个方面，提供了一种铸造铝合金车轮的热处理方法，所述的方法包括步骤：(1)将铝合金车轮铸件加热到533-543℃；(2)将所述的铝合金车轮铸件在533-543℃的温度下保持235-245分钟；(3)将所述的铝合金车轮铸件放在40-60℃的水中淬火160秒；(4)将所述的铝合金车轮铸件加热到150-160℃；(5)将所述的铝合金车轮铸件在150-160℃下保温175-185分钟；以及(6)将所述的铝合金车轮铸件在空气中冷却到室温。
在本发明一个优选的方面，在步骤(1)中的加热操作需要确保加热均匀，并且使得车轮中心和表面及各部位均达到至少533℃。
在本发明一个优选的方面，在步骤(2)中的保温操作需要使得车轮的温度始终在要求的温度上下限范围内。
在本发明一个优选的方面，在步骤(3)中将所述的铝合金车轮铸件从保温状态转移到淬火池中的时间在25秒之内。
在本发明一个优选的方面，在步骤(4)中确保加热均匀，使车轮中心和表面及各部位均达到要求的下限温度以上。
在本发明一个优选的方面，在步骤(5)保温过程中，使车轮温度始终在要求的温度上下限范围内。
在本发明一个优选的方面，在步骤(3)中，淬火介质进行搅拌。
在本发明的另一个方面，提供了一种用于铝合金车轮铸件的热处理的生产流水线设备，所述的生产流水线设备包括：(1)固熔炉，所述的固熔炉的温度设定为533-543℃；(2)淬火水槽，装有洁净的水，温度设定为40-60℃；(3)时效炉，所述的时效炉的温度设定为150-160℃；(4)铝合金车轮的传送装置，所述的传送装装置为将铸造铝合金车轮依次运送到固熔炉、淬火水槽、时效炉。
在本发明一个优选的方面，所述的淬火水槽包括搅拌装置。
在本发明一个优选的方面，所述的传送装置设置为在固熔炉中铝合金车轮达到533-543℃之后在固熔炉中保温235-245分钟，在淬火水槽中停留160秒；以及在时效炉中铝合金车轮的温度达到150-160℃后在时效炉中保温175-185分钟。
基于A356.2铸造铝合金的多相亚共晶组织特征：铸态A356.2铸造铝合金固溶体晶粒周围存在粗大的共晶组织；固溶体内部固溶相浓度不均匀和存在第二相质点。A356.2铸造铝合金中Si或金属间化合物在ɑ固溶体内的溶解度随温度的下降而减少，将A356.2铸造铝合金车轮加热到尽可能高的温度，在该温度下保持足够长的时间，使强化相充分溶入ɑ固溶体内，强化相在ɑ固溶体内达到最大的溶解度，随后快速冷却，使高温时的固溶体呈过饱和状态保留到室温；这种过饱和固溶体是一种亚稳定状态，随放置时间的增长，过饱和固溶体分解和扩散，温度越高，分解和扩散速率越大；为了连续生产的需要，将A356.2铸造铝合金车轮加热到一定的温度，加速过饱和固溶体分解和扩散，并保持一定的时间，使A356.2铸造铝合金的结晶点陈结构恢复到较稳定的状态，从而改变A356.2铸造铝合金的组织状态，达到改善力学性能的目的。
本发明还提供了以下的技术方案：
1中确保加热均匀，使车轮中心和表面及各部位均达到要求的下限温度以上；2保温过程中，使车轮温度始终在要求的温度上下限范围内；3淬火过程，车轮从固溶炉转移到淬火池中要快，控制在25秒以内，转移过程中车轮温度下降不至于使固溶相析出；4中确保加热均匀，使车轮中心和表面及各部位均达到要求的下限温度以上；5保温过程中，使车轮温度始终在要求的温度上下限范围内。
发明人还进行了大量的对比试验。对比试验表明，在步骤2中，固溶温度越高，越接近共晶转变温度或固相线温度，淬火的效果越好，但如果炉子温度控制不好会增大过烧的风险；固溶保温时间取决于强化相溶入ɑ固溶体中所需要的时间。在步骤5中，时效温度越高，时间越长，强度、硬度越高，但塑性会下降；时效温度越低，时间越短，强度、硬度越低，但塑性会高；在较高的温度下短保温时间或较低的温度下长时间保温，都可以得到要求的力学性能，这就要通过正交试验找到温度时间最佳组合。在步骤3中，淬火介质-水中增加搅拌，即可以增加水温的均匀性，又可以增加车轮的冷却速率，提高固溶效果。
本发明的方法和生产流水线装置通过正交试验优化设计，使得铝合金车轮铸件经热处理后可以得到良好的抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度，其对机械性能的改进优于本领域目前所采用的其他方法。
具体实施方式
实施例1
中信戴卡股份有限公司承接某美国汽车公司的某款轮毂的生产合同。该轮毂采用低压铸造方法生产毛坯并且随后按照本发明的方法来进行热处理。具体使用的方法如下：(1)将铝合金车轮铸件加热到533-543℃；(2)将所述的铝合金车轮铸件在533-543℃的温度下保持235分钟；(3)将所述的铝合金车轮铸件放在40-60℃的水中淬火160秒；(4)将所述的铝合金车轮铸件加热到150-160℃；(5)将所述的铝合金车轮铸件在150-160℃下保温175分钟；以及(6)将所述的铝合金车轮铸件在空气中冷却到室温。在步骤(3)中对淬火介质水进行搅拌使其温度尽可能均匀。在本实施例的方法中所涉及到的温度范围是指在各处分布的温度传感器的温度均在所指示的温度范围内。在设置过程中，不可能所有位置的温度均相同，而是有一个温度的分布范围内。
经热处理，在中信戴卡股份有限公司试验车间生产了1000只轮毂，该轮毂的机械性能如下。
表1：实施例1所述的轮毂的机械性能：
生产得到的轮毂符合客户公司的设计要求，并且获得了客户的好评。
实施例2
中信戴卡股份有限公司承接某日本汽车公司的某款轮毂的生产合同。该轮毂采用低压铸造方法生产毛坯并且随后按照本发明的方法来进行热处理。具体使用的方法如下：(1)将铝合金车轮铸件加热到533-543℃；(2)将所述的铝合金车轮铸件在533-543℃的温度下保持235分钟；(3)将所述的铝合金车轮铸件放在40-60℃的水中淬火160秒；(4)将所述的铝合金车轮铸件加热到150-160℃；(5)将所述的铝合金车轮铸件在150-160℃下保温175分钟；以及(6)将所述的铝合金车轮铸件在空气中冷却到室温。在步骤(3)中对淬火工质水进行搅拌使其温度尽可能均匀。在本实施例的方法中所涉及到的温度范围是指温度传感器的温度均在所指示的温度范围内。固熔炉在设置过程中，不可能所有位置的温度均相同，而是有一个温度的分布范围内。
经热处理，在中信戴卡股份有限公司试验车间生产了1000只轮毂，该轮毂的机械性能如下。
表2：实施例2所述的轮毂的机械性能：
生产得到的轮毂符合客户公司的设计要求，并且获得了客户的好评。
Claims (10)
1.一种铸造铝合金车轮的热处理方法，其特征在于，所述的方法包括步骤：(1)将铝合金车轮铸件加热到533-543℃；(2)将所述的铝合金车轮铸件在533-543℃的温度下保持235-245分钟；(3)将所述的铝合金车轮铸件放在40-60℃的水中淬火160秒；(4)将所述的铝合金车轮铸件加热到150-160℃；(5)将所述的铝合金车轮铸件在150-160℃下保温175-185分钟；以及(6)将所述的铝合金车轮铸件在空气中冷却到室温。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中的加热操作需要确保加热均匀，并且使得车轮中心和表面及各部位均达到至少533℃。
3.权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中的保温操作需要使得车轮的温度始终在要求的温度上下限范围内。
4.权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中将所述的铝合金车轮铸件从保温状态转移到淬火池中的时间在25秒之内。
5.权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中确保加热均匀，使车轮中心和表面及各部位均达到要求的下限温度以上。
6.权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(5)保温过程中，使车轮温度始终在要求的温度上下限范围内。
7.权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，淬火介质进行搅拌。
8.一种用于铝合金车轮铸件的热处理的生产流水线设备，其特征在于，所述的生产流水线设备包括：(1)固熔炉，所述的固熔炉的温度设定为533-543℃；(2)淬火水槽，装有洁净的水，温度设定为40-60℃；(3)时效炉，所述的时效炉的温度设置为150-160℃；(5)铝合金车轮的传送装置，所述的传送装置为将铸造铝合金车轮依次运送到固熔炉、淬火水槽、时效炉。
9.权利要求8所述的生产流水线设备，其特征在于，所述的淬火水槽包括搅拌装置。
10.权利要求8所述的生产流水线设备，其特征在于，所述的传送装置为在固熔炉中铝合金车轮铸件达到533-543℃之后在固熔炉中保温235-245分钟，在淬火水槽中停留160秒；以及在时效炉中铝合金车轮铸件的温度达到150-160℃后再时效炉时中保温175-185分钟。
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