CN106367646B - 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
[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%;
Figure CN106367646BD00041
;Cu:2.2 〜2.6% ;Μη:0·6 〜0.85% ;Mg:0.6 〜0.85% ;
Figure CN106367646BD00042
;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]
Figure CN106367646BD00081
[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
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