CN106367646B - 一种用于坦克轮毂的高强度铝合金及其制备方法 - Google Patents

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

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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

[0004] 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。

[0005] 本发明的技术方案如下：

[0006] —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：

[0007] Si:0.9 〜1.2%;

;Cu:2.2 〜2.6% ;Μη:0·6 〜0.85% ;Mg:0.6 〜0.85% ;

;Ti :0.01 〜0.05%;余量为 A1。

[0008] 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：

[0009] 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。

[0010] 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：

[0011] (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 °C;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；

[0012] (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 °C，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；

[0013] (3)然后打开氮气，压力调整在0 · 06〜0 · I IMpa;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〇. 1〜〇. 4%的打渣剂，把表面的浮渣清理干净，对铝液进行 取样分析；

[0014] ⑷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；

[0015] (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；

[0016] (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；

[0017] (7)铸造开始前对模具进行烘烤，把炉子温度加热到725〜745°C ;模盘温度控制在 690〜710 °C;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；

[0018] (8)铸造出来棒料进行均质化热处理，均质温度520〜540°C;保温14〜16小时；冷 却方式是随炉冷却至240〜260°C后出均质炉进行自然冷却室温；

[0019] ⑶均质后切割成短料，长度公差控制在± Imm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；

[0020] (10)短料经过网带炉加热到400〜460°C;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；

[0021] (11)毛坯进行淬火处理，淬火温度525〜530°C ;保温30〜40分钟后进入冷却水进 行冷却；

[0022] (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°C ;保温12 〜14小时；

[0023] (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。

[0024] 本发明有益的技术效果在于：

[0025] 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

[0026] 下面结合实施例，对本发明进行具体描述。

[0027] 实施例1

[0028] —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：

[0029] 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。

[0030] 其制备方法包括以下步骤：

[0031] (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°C;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；

[0032] (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°C，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；

[0033] (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；

[0034] (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；

[0035] (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；

[0036] (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；

[0037] (7)铸造开始前对模具进行烘烤，把炉子温度加热到725°C ;模盘温度控制在690 °C;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；

[0038] ⑶铸造出来棒料进行均质化热处理，均质温度520°C ;保温16小时;冷却方式是随 炉冷却至240 °C后出均质炉进行自然冷却室温；

[0039] ⑶均质后切割成短料，长度公差控制在± Imm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；

[0040] (10)短料经过网带炉加热到400°C ;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；

[0041] (11)毛坯进行淬火处理，淬火温度525°C ;保温40分钟后进入冷却水进行冷却；

[0042] (12)淬火后坯料放置22小时后进行时效处理，时效温度175°C ;保温14小时；

[0043] (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。

[0044] 实施例2

[0045] —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：

[0046] 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。

[0047] 其制备方法包括以下步骤：

[0048] (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°C;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；

[0049] (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°C，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；

[0050] (3)然后打开氮气，压力调整在0.OSMpa;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；

[0051] (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；

[0052] (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；

[0053] (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；

[0054] (7)铸造开始前对模具进行烘烤，把炉子温度加热到735°C ;模盘温度控制在700 °C;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；

[0055] ⑶铸造出来棒料进行均质化热处理，均质温度530°C ;保温15小时;冷却方式是随 炉冷却至250 °C后出均质炉进行自然冷却室温；

[0056] ⑶均质后切割成短料，长度公差控制在± Imm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；

[0057] (10)短料经过网带炉加热到430°C ;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；

[0058] (11)毛坯进行淬火处理，淬火温度530°C ;保温35分钟后进入冷却水进行冷却；

[0059] (12)淬火后坯料放置24小时后进行时效处理，时效温度175°C ;保温14小时；

[0060] (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。

[0061] 实施例3

[0062] —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：

[0063] 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。

[0064] 其制备方法包括以下步骤：

[0065] (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°C;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；

[0066] (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°C，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；

[0067] (3)然后打开氮气，压力调整在0. IlMpa;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；

[0068] (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；

[0069] (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；

[0070] (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；

[0071] (7)铸造开始前对模具进行烘烤，把炉子温度加热到745°C;模盘温度控制在710 °C;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；

[0072] ⑶铸造出来棒料进行均质化热处理，均质温度540°C ;保温14小时;冷却方式是随 炉冷却至260 °C后出均质炉进行自然冷却室温；

[0073] ⑶均质后切割成短料，长度公差控制在± Imm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；

[0074] (10)短料经过网带炉加热到460°C ;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；

[0075] (11)毛坯进行淬火处理，淬火温度530°C ;保温30分钟后进入冷却水进行冷却；

[0076] (12)淬火后坯料放置22小时后进行时效处理，时效温度180°C ;保温12小时；

[0077] (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。

[0078] 实施例1〜3所用的打渣剂等添加剂均为市售常规原料。

[0079] 测试例：

[0080] 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。

[0081] 表1

[0082]

[0083]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 (2)

1. 一种用于坦克轮毂的高强度铝合金的制备方法，其特征在于所述高强度铝合金由以 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· I % ;Ti :0.01 〜0.05%;余量为 Al; 所述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700〜750°C ;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 °C，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； ⑶然后打开氮气，压力调整在〇. 06〜0.1 IMPa;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〇. 1〜〇. 4%的打渣剂，把表面的浮渣清理干净，对铝液进行取样 分析； ⑷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； ⑹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°C ;模盘温度控制在690 〜710°C ;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； ⑻铸造出来棒料进行均质化热处理，均质温度520〜540°C ;保温14〜16小时;冷却方 式是随炉冷却至240〜260°C后出均质炉进行自然冷却室温； ⑼均质后切割成短料，长度公差控制在± Imm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°C;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锻造，锻造成所需轮毂毛坯； (11) 毛坯进行淬火处理，淬火温度525〜530°C ;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°C ;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。

2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述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 Alo