CN106367646A - 一种用于坦克轮毂的高强度铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种用于坦克轮毂的高强度铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种用于坦克轮毂的高强度铝合金，由以下重量百分比的元素组成：Si：0.9～1.2％；Fe≤0.3％；Cu：2.2～2.6％；Mn：0.6～0.85％；Mg：0.6～0.85％；Zn≤0.1％；Ti：0.01～0.05％；余量为Al。本发明制备得到的铝合金轮毂具有重量轻、强度高、制造精度高、惯性阻力小、散热能力强，视觉效果好等优点。

Description

一种用于坦克轮毂的高强度铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，尤其是涉及一种用于坦克轮毂的高强度铝合金及其制备方法。
背景技术
轮毂是坦克的主要部件之一，同传统的钢轮毂相比，高强度铝合金轮毂具有重量轻，制造精度高，强度高，惯性阻力小，散热能力强，视觉效果好等特点。随着技术的发展，铝合金轮毂的应用越来越普遍。铝合金轮毂比钢轮毂有四大优点：一是降低非载荷重量，从而提高抓地性；二是改善了加速性和制动；三是增加了刚性，铝轮毂的高硬度明显地减小了过弯时轮胎或轮毂的倾斜，这对于安装了高性能轮胎的车子尤为重要；四是提高了制动系统的冷却效果，铝轮毂的合金中有些金属本身就是良好的热导体，所以铝轮毂有利于将制动产生的热量迅速释放从而降低由于高热导致的制动失灵。
而且由于铝合金轮毂可以较自由的造型，就更能以某些有利于将气流导入到制动系统的造型有效降温。但是，铝制轮毂也有一些缺陷，例如：铝合金较脆，很容易出现小裂纹，且不易被发现，其强度也没有钢材高。为改善了铝合金轮毂的力学性能，从铝合金材料入手尤为关键。目前，铸造铝合金轮毂普遍采用的是A356铝材，且生产铝合金轮毂时是一次性铸造成型，没有进行再加工，金属的内部组织结构没有发生变化，存在机械性能较低的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种用于坦克轮毂的高强度铝合金及其制备方法。本发明制备得到的铝合金轮毂具有重量轻、强度高、制造精度高、惯性阻力小、散热能力强，视觉效果好等优点。
本发明的技术方案如下：
一种用于坦克轮毂的高强度铝合金，由以下重量百分比的元素组成：
Si：0.9～1.2％；Fe≤0.3％；Cu：2.2～2.6％；Mn：0.6～0.85％；Mg：0.6～0.85％；Zn≤0.1％；Ti：0.01～0.05％；余量为Al。
优选的，一种用于坦克轮毂的高强度铝合金，由以下重量百分比的元素组成：
Si：1.0％；Fe：0.1％；Cu：2.4％；Mn：0.75％；Mg：0.75％；Zn：0.03％；Ti：0.03％；余量为Al。
3、一种用于坦克轮毂的高强度铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)先投所需用量一半的铝锭对炉子垫底，然后投入金属铜合金，再投入所需用量另一半的铝锭覆盖铜，开火对铝锭进行熔化；熔化温度控制在700～750℃；熔化时间3～5小时；所述铝锭的铁和锌的杂质含量控制在所需用量的范围内；
(2)铝液熔化后进行扒渣，把表面的浮渣扒干净，把铝液的温度加温到780～800℃，加入准备好的金属硅合金进行浸泡10～12分钟后；然后对铝液进行搅拌10～15分钟；
(3)然后打开氮气，压力调整在0.06～0.11Mpa；对铝液进行精炼10～15分钟，加入重量为所要制备的铝合金质量0.1～0.4％的打渣剂，把表面的浮渣清理干净，对铝液进行取样分析；
(4)根据分析数值加入锰合金和镁合金；搅拌5～10分钟，然后进行第二次精炼，精炼时间为15～30分钟，精炼后加入重量为所要制备的铝合金质量0.2～0.5％的打渣剂；把表面的浮渣清理干净，对铝液进行第二次取样分析；
(5)根据分析数值把硅、铜、锰、镁补充在所需用量的中间值附近，然后进行第三次精炼，精炼时间10～15分钟，加入重量为所要制备的铝合金质量0.1～0.2％的打渣剂；把表面的浮渣清理干净，对铝液进行取样分析；
(6)根据分析数值加入剩余的硅、铜、锰、镁合金和钛合金细化剂，静置20～40分钟等待铸造；
(7)铸造开始前对模具进行烘烤，把炉子温度加热到725～745℃；模盘温度控制在690～710℃；水流量控制在3000～3200ml/min；在线除气使用氩气除气；除气压力0.2～0.6Mpa；流量控制在2～4立方/时；铸造初始速度45～46mm/min；正常速度60～65mm/min铸造出轮毂所需棒料；
(8)铸造出来棒料进行均质化热处理，均质温度520～540℃；保温14～16小时；冷却方式是随炉冷却至240～260℃后出均质炉进行自然冷却室温；
(9)均质后切割成短料，长度公差控制在±1mm内，然后对表面氧化皮进行剥干净，重量公差控制在0.2KG内，准备后续的锻造；
(10)短料经过网带炉加热到400～460℃；放入电动螺旋压力机进行锻造初锻，然后等初段模型再次加热后进行第二次众造，锻造成所需轮毂毛坯；
(11)毛坯进行淬火处理，淬火温度525～530℃；保温30～40分钟后进入冷却水进行冷却；
(12)淬火后坯料放置22～26小时后进行时效处理，时效温度175～180℃；保温12～14小时；
(13)最后进行旋压成型、转孔、车加工、表面抛光后制作出铝合金轮毂。
本发明有益的技术效果在于：
本发明通过优化铝合金的元素配比和热处理、变形工艺，制备得到的铝合金质量优于钢轮毂，并且具有优良的表面、强度高、惯性阻力小等优点。把钢轮毂更换高强度铝合金轮毂，具有质量轻、制作精度高、散热能力强等特点。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种用于坦克轮毂的高强度铝合金，由以下重量百分比的元素组成：
Si：0.9％；Fe：0.005％；Cu：2.6％；Mn：0.85％；Mg：0.85％；Zn：0.003％；Ti：0.05％；余量为Al。
其制备方法包括以下步骤：
(1)先投所需用量一半的铝锭对炉子垫底，然后投入金属铜合金，再投入所需用量另一半的铝锭覆盖铜，开火对铝锭进行熔化；熔化温度控制在700℃；熔化时间5小时；所述铝锭的铁和锌的杂质含量控制在所需用量的范围内；
(2)铝液熔化后进行扒渣，把表面的浮渣扒干净，把铝液的温度加温到780℃，加入准备好的金属硅合金进行浸泡12分钟后；然后对铝液进行搅拌15分钟；
(3)然后打开氮气，压力调整在0.06Mpa；对铝液进行精炼15分钟，加入重量为所要制备的铝合金质量0.1％的打渣剂，把表面的浮渣清理干净，对铝液进行取样分析；
(4)根据分析数值加入锰合金和镁合金；搅拌10分钟，然后进行第二次精炼，精炼时间为30分钟，精炼后加入重量为所要制备的铝合金质量0.2％的打渣剂；把表面的浮渣清理干净，对铝液进行第二次取样分析；
(5)根据分析数值把硅、铜、锰、镁补充在所需用量的中间值附近，然后进行第三次精炼，精炼时间15分钟，加入重量为所要制备的铝合金质量0.1％的打渣剂；把表面的浮渣清理干净，对铝液进行取样分析；
(6)根据分析数值加入剩余的硅、铜、锰、镁合金和钛合金细化剂，静置40分钟等待铸造；
(7)铸造开始前对模具进行烘烤，把炉子温度加热到725℃；模盘温度控制在690℃；水流量控制在3000ml/min；在线除气使用氩气除气；除气压力0.2Mpa；流量控制在4立方/时；铸造初始速度45mm/min；正常速度60mm/min铸造出轮毂所需棒料；
(8)铸造出来棒料进行均质化热处理，均质温度520℃；保温16小时；冷却方式是随炉冷却至240℃后出均质炉进行自然冷却室温；
(9)均质后切割成短料，长度公差控制在±1mm内，然后对表面氧化皮进行剥干净，重量公差控制在0.2KG内，准备后续的锻造；
(10)短料经过网带炉加热到400℃；放入电动螺旋压力机进行锻造初锻，然后等初段模型再次加热后进行第二次众造，锻造成所需轮毂毛坯；
(11)毛坯进行淬火处理，淬火温度525℃；保温40分钟后进入冷却水进行冷却；
(12)淬火后坯料放置22小时后进行时效处理，时效温度175℃；保温14小时；
(13)最后进行旋压成型、转孔、车加工、表面抛光后制作出铝合金轮毂。
实施例2
一种用于坦克轮毂的高强度铝合金，由以下重量百分比的元素组成：
Si：1.0％；Fe：0.1％；Cu：2.4％；Mn：0.75％；Mg：0.75％；Zn：0.03％；Ti：0.03％；余量为Al。
其制备方法包括以下步骤：
(1)先投所需用量一半的铝锭对炉子垫底，然后投入金属铜合金，再投入所需用量另一半的铝锭覆盖铜，开火对铝锭进行熔化；熔化温度控制在730℃；熔化时间4小时；所述铝锭的铁和锌的杂质含量控制在所需用量的范围内；
(2)铝液熔化后进行扒渣，把表面的浮渣扒干净，把铝液的温度加温到790℃，加入准备好的金属硅合金进行浸泡11分钟后；然后对铝液进行搅拌12分钟；
(3)然后打开氮气，压力调整在0.08Mpa；对铝液进行精炼12分钟，加入重量为所要制备的铝合金质量0.3％的打渣剂，把表面的浮渣清理干净，对铝液进行取样分析；
(4)根据分析数值加入锰合金和镁合金；搅拌8分钟，然后进行第二次精炼，精炼时间为20分钟，精炼后加入重量为所要制备的铝合金质量0.3％的打渣剂；把表面的浮渣清理干净，对铝液进行第二次取样分析；
(5)根据分析数值把硅、铜、锰、镁补充在所需用量的中间值附近，然后进行第三次精炼，精炼时间12分钟，加入重量为所要制备的铝合金质量0.15％的打渣剂；把表面的浮渣清理干净，对铝液进行取样分析；
(6)根据分析数值加入剩余的硅、铜、锰、镁合金和钛合金细化剂，静置30分钟等待铸造；
(7)铸造开始前对模具进行烘烤，把炉子温度加热到735℃；模盘温度控制在700℃；水流量控制在3100ml/min；在线除气使用氩气除气；除气压力0.4Mpa；流量控制在3立方/时；铸造初始速度45mm/min；正常速度60mm/min铸造出轮毂所需棒料；
(8)铸造出来棒料进行均质化热处理，均质温度530℃；保温15小时；冷却方式是随炉冷却至250℃后出均质炉进行自然冷却室温；
(9)均质后切割成短料，长度公差控制在±1mm内，然后对表面氧化皮进行剥干净，重量公差控制在0.2KG内，准备后续的锻造；
(10)短料经过网带炉加热到430℃；放入电动螺旋压力机进行锻造初锻，然后等初段模型再次加热后进行第二次众造，锻造成所需轮毂毛坯；
(11)毛坯进行淬火处理，淬火温度530℃；保温35分钟后进入冷却水进行冷却；
(12)淬火后坯料放置24小时后进行时效处理，时效温度175℃；保温14小时；
(13)最后进行旋压成型、转孔、车加工、表面抛光后制作出铝合金轮毂。
实施例3
一种用于坦克轮毂的高强度铝合金，由以下重量百分比的元素组成：
Si：1.2％；Fe：0.1％；Cu：2.6％；Mn：0.85％；Mg：0.85％；Zn：0.08％；Ti：0.05％；余量为Al。
其制备方法包括以下步骤：
(1)先投所需用量一半的铝锭对炉子垫底，然后投入金属铜合金，再投入所需用量另一半的铝锭覆盖铜，开火对铝锭进行熔化；熔化温度控制在750℃；熔化时间5小时；所述铝锭的铁和锌的杂质含量控制在所需用量的范围内；
(2)铝液熔化后进行扒渣，把表面的浮渣扒干净，把铝液的温度加温到800℃，加入准备好的金属硅合金进行浸泡12分钟后；然后对铝液进行搅拌15分钟；
(3)然后打开氮气，压力调整在0.11Mpa；对铝液进行精炼10分钟，加入重量为所要制备的铝合金质量0.4％的打渣剂，把表面的浮渣清理干净，对铝液进行取样分析；
(4)根据分析数值加入锰合金和镁合金；搅拌5分钟，然后进行第二次精炼，精炼时间为15分钟，精炼后加入重量为所要制备的铝合金质量0.5％的打渣剂；把表面的浮渣清理干净，对铝液进行第二次取样分析；
(5)根据分析数值把硅、铜、锰、镁补充在所需用量的中间值附近，然后进行第三次精炼，精炼时间10分钟，加入重量为所要制备的铝合金质量0.2％的打渣剂；把表面的浮渣清理干净，对铝液进行取样分析；
(6)根据分析数值加入剩余的硅、铜、锰、镁合金和钛合金细化剂，静置20分钟等待铸造；
(7)铸造开始前对模具进行烘烤，把炉子温度加热到745℃；模盘温度控制在710℃；水流量控制在3200ml/min；在线除气使用氩气除气；除气压力0.6Mpa；流量控制在2立方/时；铸造初始速度46mm/min；正常速度65mm/min铸造出轮毂所需棒料；
(8)铸造出来棒料进行均质化热处理，均质温度540℃；保温14小时；冷却方式是随炉冷却至260℃后出均质炉进行自然冷却室温；
(9)均质后切割成短料，长度公差控制在±1mm内，然后对表面氧化皮进行剥干净，重量公差控制在0.2KG内，准备后续的锻造；
(10)短料经过网带炉加热到460℃；放入电动螺旋压力机进行锻造初锻，然后等初段模型再次加热后进行第二次众造，锻造成所需轮毂毛坯；
(11)毛坯进行淬火处理，淬火温度530℃；保温30分钟后进入冷却水进行冷却；
(12)淬火后坯料放置22小时后进行时效处理，时效温度180℃；保温12小时；
(13)最后进行旋压成型、转孔、车加工、表面抛光后制作出铝合金轮毂。
实施例1～3所用的打渣剂等添加剂均为市售常规原料。
测试例：
对实施例1～3制备得到的铝合金进行常温性能测试，测试数据如表1所示。
表1
实施例 1 2 3
抗拉强度(MPa) 450 455 452
屈服强度(MPa) 380 388 385
延伸率(％) 12.5 12.7 12.2
硬度(HB) 145 147 146
外观质量 优良 优良 优良
从表1的数据可以看到，本发明制备得到的铝合金具有强度高、韧性好、耐腐蚀性强等优点。

Claims (3)

1.一种用于坦克轮毂的高强度铝合金，其特征在于由以下重量百分比的元素组成：
Si：0.9～1.2％；Fe≤0.3％；Cu：2.2～2.6％；Mn：0.6～0.85％；Mg：0.6～0.85％；Zn≤0.1％；Ti：0.01～0.05％；余量为Al。
2.一种用于坦克轮毂的高强度铝合金，其特征在于由以下重量百分比的元素组成：
Si：1.0％；Fe：0.1％；Cu：2.4％；Mn：0.75％；Mg：0.75％；Zn：0.03％；Ti：0.03％；余量为Al。
3.一种用于坦克轮毂的高强度铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)先投所需用量一半的铝锭对炉子垫底，然后投入金属铜合金，再投入所需用量另一半的铝锭覆盖铜，开火对铝锭进行熔化；熔化温度控制在700～750℃；熔化时间3～5小时；所述铝锭的铁和锌的杂质含量控制在所需用量的范围内；
(2)铝液熔化后进行扒渣，把表面的浮渣扒干净，把铝液的温度加温到780～800℃，加入准备好的金属硅合金进行浸泡10～12分钟后；然后对铝液进行搅拌10～15分钟；
(3)然后打开氮气，压力调整在0.06～0.11Mpa；对铝液进行精炼10～15分钟，加入重量为所要制备的铝合金质量0.1～0.4％的打渣剂，把表面的浮渣清理干净，对铝液进行取样分析；
(4)根据分析数值加入锰合金和镁合金；搅拌5～10分钟，然后进行第二次精炼，精炼时间为15～30分钟，精炼后加入重量为所要制备的铝合金质量0.2～0.5％的打渣剂；把表面的浮渣清理干净，对铝液进行第二次取样分析；
(5)根据分析数值把硅、铜、锰、镁补充在所需用量的中间值附近，然后进行第三次精炼，精炼时间10～15分钟，加入重量为所要制备的铝合金质量0.1～0.2％打渣剂；把表面的浮渣清理干净，对铝液进行取样分析；
(6)根据分析数值加入剩余的硅、铜、锰、镁合金和钛合金细化剂，静置20～40分钟等待铸造；
(7)铸造开始前对模具进行烘烤，把炉子温度加热到725～745℃；模盘温度控制在690～710℃；水流量控制在3000～3200ml/min；在线除气使用氩气除气；除气压力0.2～0.6Mpa；流量控制在2～4立方/时；铸造初始速度45～46mm/min；正常速度60～65mm/min铸造出轮毂所需棒料；
(8)铸造出来棒料进行均质化热处理，均质温度520～540℃；保温14～16小时；冷却方式是随炉冷却至240～260℃后出均质炉进行自然冷却室温；
(9)均质后切割成短料，长度公差控制在±1mm内，然后对表面氧化皮进行剥干净，重量公差控制在0.2KG内，准备后续的锻造；
(10)短料经过网带炉加热到400～460℃；放入电动螺旋压力机进行锻造初锻，然后等初段模型再次加热后进行第二次众造，锻造成所需轮毂毛坯；
(11)毛坯进行淬火处理，淬火温度525～530℃；保温30～40分钟后进入冷却水进行冷却；
(12)淬火后坯料放置22～26小时后进行时效处理，时效温度175～180℃；保温12～14小时；
(13)最后进行旋压成型、转孔、车加工、表面抛光后制作出铝合金轮毂。
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