CN106048474A - 一种汽车轮毂用铝合金材料及铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于汽车轮毂领域，具体为一种汽车轮毂用铝合金材料及铸造方法，铝合金材料，按质量百分含量，由如下组分制备而成：硅5%‑8%、硼酸镁3%‑8%、镁0.01%‑0.03%、硼酸铝0.01%‑0.02%、锰3%‑5%、铬0.5%‑3%、碳纤维改性环氧树脂1%‑8%、钛酸钾1%‑5%，余量为铝。其有效提高了铝合金轮毂的综合力学性能，且制备得到的铝合金轮毂成分均匀，无局部缺陷。
Description
技术领域
本发明属于汽车轮毂领域，具体为一种汽车轮毂用铝合金材料及铸造方法。
背景技术
铝合金轮毂具有重量轻、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，在汽车领域有着广泛的应用。但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，现有的铝合金轮毂还存在一些问题，如强度不够、重量较重，加工性能差，散热性差，变质处理效果有限，铸件质量不稳定等问题，因此，需要进一步提高轮毂用铝合金的综合性能。
为解决上述技术问题，现已有相关技术方案，如中国专利CN105671463A公开了“一种碳纤维晶须增强铝合金轮毂及其制备方法”，在该专利中介绍了所述铝合金轮毂按照重量百分比计，由以下组分制成：碳纤维晶须8～14%、硅12～16%、锶1.0～1.5%、钽0.12～0.18%、镁2.0～2.8%、锰1.8～2.4%、铬0.40～0.56%和余量的铝；配料，熔化，雾化，得铝合金粉末；球磨混料，冷等静压制，脱模，包套处理，再进行升温保压处理，得坯料；加热，轧制，锻压，旋压成形得轮毂毛坯；经热处理、机加工及表面处理，即得轮毂成品。但其存在的问题是成本较高，且工艺复杂，同时在制备过程中容易发生氧化。也有中国专利CN105525157A公开一种“一种铝合金汽车轮毂铸造工艺”，包括如下步骤：a、金属熔炼：采用Al-Si-Mg三元合金铝材熔炼成合金液；b、浇注：采用低压浇注，浇注温度控制在600-700℃，充型压力为0.02-0.03MPa，充型时间7-9s，凝固保压压力为0.05-0.06MPa，保压时间为8-10min，泄压冷却后脱模。但上述方式都没有效控制铝合金在铸造过程中的成分偏析，最终使得铝合金轮毂的性能不佳，容易出现局部缺陷。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种汽车轮毂用铝合金材料及铸造方法，其有效提高了铝合金轮毂的综合力学性能，且制备得到的铝合金轮毂成分均匀，无局部缺陷。
为了实现上述技术目的，本发明采取的具体的技术方案为，一种汽车轮毂用铝合金材料，按质量百分含量，由如下组分制备而成：
硅 5%-8%
硼酸镁 3%-8%
镁 0.01%-0.03%
硼酸铝 0.01%-0.02%
锰 3%-5%
铬 0.5%-3%
碳纤维改性环氧树脂 1%-8%
钛酸钾 1%-5%，
余量为铝。
作为本发明改进的技术方案，按质量百分含量，由如下组分制成：
硅 6%-7%
硼酸镁 5%-7%
镁 0.01%-0.02%
硼酸铝 0.01%-0.02%
锰 4%-5%
铬 0.5%-1%
碳纤维改性环氧树脂 1%-3%
钛酸钾 1%-2%，
余量为铝。
本发明的另一目的在于提供一种用于轮毂的铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a、按上述质量百分比，称取各组分原料；b、在铸造模具内表面涂覆铸造涂料，待铸造涂料半干时将碳纤维改性环氧树脂铺设于铸造涂料表面；c、将硼酸镁、镁、硼酸铝、锰、铬、钛酸钾以及铝粉混合均匀并研磨成颗粒为1um-1.5um的混合粉末；d、混合粉末加热至完全熔融，铸造模具加热至800℃-900℃，让铸造模具处于恒温状态将熔融的混合粉末以0.61-0.68m/s的浇注速度浇注于铸造模具中；e、浇注完成后立即从浇注口处对处于恒温下的铸造模具进行加压，所加压力为0.01-0.015MPa，加压保持时间为1-1.5h；f、对铸造模具进行阶梯式冷却，第一阶段为将铸造模具冷却至200-300℃后，恒温3-5h，第二阶段为将铸造模具自然冷却至室温；g、脱模处理，并对工件进行去除毛边既得轮毂产品。
作为本发明改进的技术方案，还包括对轮毂产品进行表面强化处理。
作为本发明改进的技术方案，所述第一阶段为将铸造模具冷却至200-300℃，具体为将铸造模具放入至室温下水中或冷却油中冷却。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明组分科学合理，配方简单，容易实施，通过合理控制铸造过程中的模具内涂层、铸造压力以及铸造冷却方式，使得合金结晶均匀、强度高、耐腐蚀、耐冲击、耐热性好、无气泡，铸造性能好。
本发明方法制得的铝合金轮毂的室温抗拉强度为410～480MPa，320℃条件下的抗拉强度为300～310MPa，屈服强度为329～340MPa，布氏硬度为110～128，延伸率为14.0～14.8％。，且所得轮毂产品无局部缺陷，各部分性能均一。
该铝合金适用于制作高档轿车轮毂，经铸造后，表面光滑，外观美，质地轻，强度高，安全系数高。
本发明制备工艺简单易操作，能耗低，生产效率高，适合大规模化生产。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
实施例1
一种汽车轮毂用铝合金材料，按质量百分含量，由如下组分制备而成：
硅 5%
硼酸镁 3%
镁 0.01%
硼酸铝 0.01%
锰 3%
铬 0.5%
碳纤维改性环氧树脂 1%
钛酸钾 1%，
余量为铝。
本发明的另一目的在于提供一种汽车轮毂用铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：a、按上述质量百分比，称取各组分原料；b、在铸造模具内表面涂覆铸造涂料，待铸造涂料半干时将碳纤维改性环氧树脂铺设于铸造涂料表面；c、将硼酸镁、镁、硼酸铝、锰、钛、铬、钛酸钾以及铝粉混合均匀并研磨成颗粒为1um的混合粉末；d、混合粉末加热至完全熔融，铸造模具加热至800℃，让铸造模具处于恒温状态将熔融的混合粉末以0.61m/s的浇注速度浇注于铸造模具中；e、浇注完成后立即从浇注口处对处于恒温下的铸造模具进行加压，所加压力为0.01MPa，加压保持时间为1h；f、对铸造模具进行阶梯式冷却，第一阶段为将铸造模具冷却至200℃后，恒温3h，第二阶段为将铸造模具自然冷却至室温；g、脱模处理，并对工件进行去除毛边既得轮毂产品。
所述第一阶段为将铸造模具冷却至200℃，具体为将铸造模具放入至室温下水中或冷却油中冷却。
实施例2
一种汽车轮毂用铝合金材料，按质量百分含量，由如下组分制备而成：
硅 8%
硼酸镁 8%
镁 0.03%
硼酸铝 0.02%
锰 5%
铬 3%
碳纤维改性环氧树脂 8%
钛酸钾 5%，
余量为铝。
本发明的另一目的在于提供一种汽车轮毂用铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：a、按上述质量百分比，称取各组分原料；b、在铸造模具内表面涂覆铸造涂料，待铸造涂料半干时将碳纤维改性环氧树脂铺设于铸造涂料表面；c、将硼酸镁、镁、硼酸铝、锰、钛、铬、钛酸钾以及铝粉混合均匀并研磨成颗粒为1.5um的混合粉末；d、混合粉末加热至完全熔融，铸造模具加热至900℃，让铸造模具处于恒温状态将熔融的混合粉末以0.68m/s的浇注速度浇注于铸造模具中；e、浇注完成后立即从浇注口处对处于恒温下的铸造模具进行加压，所加压力为0.015MPa，加压保持时间为1.5h；f、对铸造模具进行阶梯式冷却，第一阶段为将铸造模具冷却至300℃后，恒温5h，第二阶段为将铸造模具自然冷却至室温；g、脱模处理，并对工件进行去除毛边既得轮毂产品。
还包括对轮毂产品进行表面强化处理，如喷砂处理，或者表面渗硼处理。
所述第一阶段为将铸造模具冷却至300℃，具体为将铸造模具放入至室温下水中或冷却油中冷却。
实施例3
一种汽车轮毂用铝合金材料，按质量百分含量，由如下组分制备而成：
硅 6%
硼酸镁 4%
镁 0.02%
硼酸铝 0.015%
锰 3.5%
铬 0.9%
碳纤维改性环氧树脂 4%
钛酸钾 2%，
余量为铝。
本发明的另一目的在于提供一种汽车轮毂用铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：a、按上述质量百分比，称取各组分原料；b、在铸造模具内表面涂覆铸造涂料，待铸造涂料半干时将碳纤维改性环氧树脂铺设于铸造涂料表面；c、将硼酸镁、镁、硼酸铝、锰、钛、铬、钛酸钾以及铝粉混合均匀并研磨成颗粒为1.2um的混合粉末；d、混合粉末加热至完全熔融，铸造模具加热至840℃，让铸造模具处于恒温状态将熔融的混合粉末以0.65m/s的浇注速度浇注于铸造模具中；e、浇注完成后立即从浇注口处对处于恒温下的铸造模具进行加压，所加压力为0.012MPa，加压保持时间为1.2h；f、对铸造模具进行阶梯式冷却，第一阶段为将铸造模具冷却至230℃后，恒温4h，第二阶段为将铸造模具自然冷却至室温；g、脱模处理，并对工件进行去除毛边既得轮毂产品。
还包括对轮毂产品进行表面强化处理，如喷砂处理，或者表面渗硼处理。
作为本发明改进的技术方案，所述第一阶段为将铸造模具冷却至230℃，具体为将铸造模具放入至室温下水中或冷却油中冷却。
实施例4
一种汽车轮毂用铝合金材料，按质量百分含量，由如下组分制成：
硅 6%
硼酸镁 5%
镁 0.01%
硼酸铝 0.01%
锰 4%
铬 0.5%
碳纤维改性环氧树脂 3%
钛酸钾 2%，
余量为铝。
本发明的另一目的在于提供一种汽车轮毂用铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：a、按上述质量百分比，称取各组分原料；b、在铸造模具内表面涂覆铸造涂料，待铸造涂料半干时将碳纤维改性环氧树脂铺设于铸造涂料表面；c、将硼酸镁、镁、硼酸铝、锰、钛、铬、钛酸钾以及铝粉混合均匀并研磨成颗粒为1.1um的混合粉末；d、混合粉末加热至完全熔融，铸造模具加热至860℃℃，让铸造模具处于恒温状态将熔融的混合粉末以0.64m/s的浇注速度浇注于铸造模具中；e、浇注完成后立即从浇注口处对处于恒温下的铸造模具进行加压，所加压力为0.012MPa，加压保持时间为1.2h；f、对铸造模具进行阶梯式冷却，第一阶段为将铸造模具冷却至260℃后，恒温3.5h，第二阶段为将铸造模具自然冷却至室温；g、脱模处理，并对工件进行去除毛边既得轮毂产品。
还包括对轮毂产品进行表面强化处理，如喷砂处理，或者表面渗硼处理。
作为本发明改进的技术方案，所述第一阶段为将铸造模具冷却至260℃，具体为将铸造模具放入至室温下水中或冷却油中冷却。
实施例5
一种汽车轮毂用铝合金材料，按质量百分含量，由如下组分制成：
硅 7%
硼酸镁 7%
镁 0.02%
硼酸铝 0.02%
锰 5%
铬 1%
碳纤维改性环氧树脂 2%
钛酸钾 1.5%，
余量为铝。
本发明的另一目的在于提供一种汽车轮毂用铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：a、按上述质量百分比，称取各组分原料；b、在铸造模具内表面涂覆铸造涂料，待铸造涂料半干时将碳纤维改性环氧树脂铺设于铸造涂料表面；c、将硼酸镁、镁、硼酸铝、锰、钛、铬、钛酸钾以及铝粉混合均匀并研磨成颗粒为1um的混合粉末；d、混合粉末加热至完全熔融，铸造模具加热至900℃，让铸造模具处于恒温状态将熔融的混合粉末以0.61m/s的浇注速度浇注于铸造模具中；e、浇注完成后立即从浇注口处对处于恒温下的铸造模具进行加压，所加压力为0.015MPa，加压保持时间为1h；f、对铸造模具进行阶梯式冷却，第一阶段为将铸造模具冷却至300℃后，恒温3h，第二阶段为将铸造模具自然冷却至室温；g、脱模处理，并对工件进行去除毛边既得轮毂产品。
还包括对轮毂产品进行表面强化处理，如喷砂处理，或者表面渗硼处理。
作为本发明改进的技术方案，所述第一阶段为将铸造模具冷却至300℃，具体为将铸造模具放入至室温下水中或冷却油中冷却。
实施例6
一种汽车轮毂用铝合金材料，按质量百分含量，由如下组分制成：
硅 6.5%
硼酸镁 6.5%
镁 0.015%
硼酸铝 0.012%
锰 4.5%
铬 0.7%
碳纤维改性环氧树脂 1.5%
钛酸钾 1.2%，
余量为铝。
本发明的另一目的在于提供一种汽车轮毂用铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：a、按上述质量百分比，称取各组分原料；b、在铸造模具内表面涂覆铸造涂料，待铸造涂料半干时将碳纤维改性环氧树脂铺设于铸造涂料表面；c、将硼酸镁、镁、硼酸铝、锰、钛、铬、钛酸钾以及铝粉混合均匀并研磨成颗粒为1.5um的混合粉末；d、混合粉末加热至完全熔融，铸造模具加热至900℃，让铸造模具处于恒温状态将熔融的混合粉末以0.68m/s的浇注速度浇注于铸造模具中；e、浇注完成后立即从浇注口处对处于恒温下的铸造模具进行加压，所加压力为0.015MPa，加压保持时间为1h；f、对铸造模具进行阶梯式冷却，第一阶段为将铸造模具冷却至200℃后，恒温3，第二阶段为将铸造模具自然冷却至室温；g、脱模处理，并对工件进行去除毛边既得轮毂产品。
还包括对轮毂产品进行表面强化处理，如喷砂处理，或者表面渗硼处理。
作为本发明改进的技术方案，所述第一阶段为将铸造模具冷却至200℃，具体为将铸造模具放入至室温下水中或冷却油中冷却。
对比例7
一种汽车轮毂用铝合金材料，按质量百分含量，由如下组分制成：
硅 6.5%
硼酸镁 6.5%
镁 0.015%
硼酸铝 0.012%
锰 4.5%
铬 0.7%
余量为铝。
本发明的另一目的在于提供一种汽车轮毂用铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：a、按上述质量百分比，称取各组分原料；b、在铸造模具内表面涂覆铸造涂料，待铸造涂料半干时将碳纤维改性环氧树脂铺设于铸造涂料表面；c、将硼酸镁、镁、硼酸铝、锰、钛、铬、钛酸钾以及铝粉混合均匀并研磨成颗粒为1.5um的混合粉末；d、混合粉末加热至完全熔融，铸造模具加热至900℃，让铸造模具处于恒温状态将熔融的混合粉末以0.68m/s的浇注速度浇注于铸造模具中；e、浇注完成后立即从浇注口处对处于恒温下的铸造模具进行加压，所加压力为0.015MPa，加压保持时间为1h；f、对铸造模具进行阶梯式冷却，第一阶段为将铸造模具冷却至200℃后，恒温3，第二阶段为将铸造模具自然冷却至室温；g、脱模处理，并对工件进行去除毛边既得轮毂产品。
还包括对轮毂产品进行表面强化处理，如喷砂处理，或者表面渗硼处理。
作为本发明改进的技术方案，所述第一阶段为将铸造模具冷却至200℃，具体为将铸造模具放入至室温下水中或冷却油中冷却。
通过对上述各实施例制得的铝合金轮毂成品进行测试，测试结果如表1所示：
表1各实施例制得的铝合金轮毂的性能
| 室温抗拉强度 | 320℃条件下的抗拉强度 | 屈服强度 | 延伸率 | 布氏硬度 | |
| 实施例1 | 420MPa | 300MPa | 329MPa | 14.0% | 100 |
| 实施例2 | 410MPa | 301MPa | 330MPa | 14.5% | 120 |
| 实施例3 | 460MPa | 300MPa | 331MPa | 14.4% | 110 |
| 实施例4 | 480MPa | 304MPa | 339MPa | 14.3% | 112 |
| 实施例5 | 480MPa | 310MPa | 340MPa | 14.8% | 128 |
| 实施例6 | 470MPa | 305MPa | 333MPa | 14.6% | 125 |
| 实施例7 | 409MPa | 290MPa | 326MPa | 14.0% | 97 |
该铝合金适用于制作高档轿车轮毂，经铸造后，表面光滑，外观美，质地轻，强度高，安全系数高。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种汽车轮毂用铝合金材料，其特征在于，按质量百分含量，由如下组分制备而成：
硅 5%-8%
硼酸镁 3%-8%
镁 0.01%-0.03%
硼酸铝 0.01%-0.02%
锰 3%-5%
铬 0.5%-3%
碳纤维改性环氧树脂 1%-8%
钛酸钾 1%-5%，
余量为铝。
2.根据权利要求1所述的一种汽车轮毂用铝合金材料，其特征在于，按质量百分含量，由如下组分制成：
硅 6%-7%
硼酸镁 5%-7%
镁 0.01%-0.02%
硼酸铝 0.01%-0.02%
锰 4%-5%
铬 0.5%-1%
碳纤维改性环氧树脂 1%-3%
钛酸钾 1%-2%，
余量为铝。
3.一种如权利要求1所述的汽车轮毂用铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a、按上述质量百分比，称取各组分原料；b、在铸造模具内表面涂覆铸造涂料，待铸造涂料半干时将碳纤维改性环氧树脂铺设于铸造涂料表面；c、将硼酸镁、镁、硼酸铝、锰、铬、钛酸钾以及铝粉混合均匀并研磨成颗粒为1um-1.5um的混合粉末；d、混合粉末加热至完全熔融，铸造模具加热至800℃-900℃，让铸造模具处于恒温状态将熔融的混合粉末以0.61-0.68m/s的浇注速度浇注于铸造模具中；e、浇注完成后立即从浇注口处对处于恒温下的铸造模具进行加压，所加压力为0.01-0.015MPa，加压保持时间为1-1.5h；f、对铸造模具进行阶梯式冷却，第一阶段为将铸造模具冷却至200-300℃后，恒温3-5h，第二阶段为将铸造模具自然冷却至室温；g、脱模处理，并对工件进行去除毛边既得轮毂产品。
4.根据权利要求3所述的一种汽车轮毂用铝合金材料的制备方法，其特征在于，还包括对轮毂产品进行表面强化处理。
5.根据权利要求3所述的一种汽车轮毂用铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述第一阶段为将铸造模具冷却至200-300℃，具体为将铸造模具放入至室温下水中或冷却油中冷却。
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2016
- 2016-06-29 CN CN201610488957.4A patent/CN106048474A/zh active Pending
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