CN107952948A - 铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法 - Google Patents

铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法,具体包括以下四个步骤:(1)铝合金配比及熔炼、(2)铝合金精炼、(3)强化铝合金处理、(4)低压铸造成型。本发明涉及的技术方案是通过铝合金成分设计、熔炼、精炼,随后加入Al‑5Ti‑B中间合金强化铝合金,同时严格控制Fe、Ti、Zn杂质元素的含量,制备一种新型不热处理的高强韧铸态铝合金轮毂。经过本工艺制备的铸态铝合金轮毂表现出优异的强度和塑性,满足使用要求。本方案所涉及的铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法,不经过热处理,大量节省热处理时和热处理后校正所需的工装、工时、人工,减少能源能耗,简化铝合金轮毂的生产工艺流程、降低制备成本,具有重要的应用价值。

Description

铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及铝合金加工和制备领域,具体涉及铸态铝合金轮毂低压铸造制备方 法。
背景技术
[0002] 目前,随着我国汽车行业的快速发展,追求更轻、更快、更环保的理念逐渐成为汽 车行业的核心战略目标。汽车自主创新迫切需要先进、轻量化、高强韧性的汽车关键零部件 的材料和制造技术。铝合金作为一种密度低、比强度高、耐腐蚀性较好的合金,将逐渐代替 部分钢,成为轻量化发展的重要组成部分。铝合金结构件及其材质的生产和研发,尤其是大 型复杂铝合金结构件及其材质的研发至关重要,关系到乘用车轻量化发展进程、技术创新 及轻量化的成败,有着重要的现实意义。目前研发可应用于乘用车的铝合金轮毂大多为低 压铸工艺制备的,后续需要对铝合金轮毂进行热处理,热处理过程较为复杂,高耗能,且高 温下热处理铝合金的变形严重,后续还需对热处理后铝合金件进行校正,也会进一步增加 对能耗、工装、工时、人工的要求,延长了制造周期,增加了制造成本。基于以上原因,目前的 汽车制造产业急需一种新型的无需后续热处理的高强韧铸态铝合金轮毂制备工艺。本发明 涉及的技术方案是通过铝合金成分设计、熔炼、精炼,随后加入Α1-5ΊΊ-Β中间合金强化铝合 金,同时严格控制Fe、Ti、Zn杂质元素的含量,制备一种新型不经热处理的高强韧铸态铝合 金轮毂。经过本专利涉及的工艺制备的铸态铝合金轮毂表现出优异的强度和塑性,满足使 用要求。本方案所涉及的铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法,不经过热处理,大量节省热处 理时和热处理后校正所需的工装、工时、人工,减少能源能耗,简化铝合金轮毂的生产工艺 流程、降低制备成本,具有重要的应用价值。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的问题是提供一种新型铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法。
[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
[0005] —种铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
[0006] (1)步骤一、错合金配比及熔炼:
[0007] 以纯铝、Al-Si12中间合金、纯镁、纯铜、Al-Mmo中间合金、Al-Sr1Q中间合金为原料 备料。按照错合金的成分为:Si:9.30wt. %〜10.2wt· % ;Mg: 1.50wt. %〜2.70wt. % ;Cu: O.OOwt.%〜I.OOwt.%;Mn:0.00wt.%〜0.30wt.%;Sr:0.000wt.%〜O.OlOwt.%;Zn:< 0.15wt. % ;Ti : <0. IOwt. % ;Fe: <0.15wt. ;余量为Al,配制错合金。将配制错合金的原 料一起加入到干燥的熔炼炉中,加热到温度为1003-1023K条件下熔炼0.5h〜lh,得到铝合 金熔液。
[0008] (2)步骤二、错合金精炼:
[0009] 经熔炼的铝液转至保温炉保温,然后进行炉内精炼,在温度为1003-1023K条件下, 将旋转吹气探头伸入保温炉底部,由旋转吹气探头向铝液通入氯气和氩气进行精炼,吹气 处理5-10min,精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量。
[0010] (3)步骤三、强化铝合金处理:
[0011] 气体净化熔体结束后加入Al-5Ti-B中间合金。中间合金加入量为0.1-0.4wt. %, 机械搅拌2_5min;将超声波探头下降至液面以下IOOmm并保温3-8min;随后开启超声波设 备,对混合合金液采用超声处理3-IOmin,辅助颗粒分散均勾。超声处理后的合金液加入 0.05-0. IOwt. %铝合金精炼剂进行除气精炼、扒渣、静置5-10min;经过最后除渣处理的铝 液转入铸造机保温炉。
[0012] ⑷步骤四、低压铸造成型:
[0013] 将金属型模具预热至753K-773K,并保温0.5小时;铝液转入铸造机保温炉后,温度 控制在953-973K,保温15min-30min。低压铸造开始,加压至0.03〜0.06MPa铝液进入升液管 进行升液,升液时间为5〜IOs;加压至0.07〜0.12MPa至铝液充满模具型腔,然后将压力调 整至0.06〜0.08MPa进行保压,冷却,保压时间为120〜300s。然后开模,顶出铸件。
[0014] 优选的,步骤三中所述精炼剂成分为:35-5〇¥匕%1((:1、3〇-4〇¥1%1^(:12、5-IOwt. %AlF3、10_15wt· %Na3AlF6、5-10wt. %Mg3N2、2-5wt. %Na2C〇3、2-5wt· ^C2Cl6o
[0015] 其中,步骤三中所述精炼剂成分为:35wt. %KCl、30wt. %MgCl2、6wt. %A1F3、 15wt. %Na3AlF6、8wt. %Mg3N2、4wt. %Na2C〇3、2wt. %C2Cl6。
[0016] 优选的,步骤四中金属型模具冷却的方法为向模具相应的外面施加压缩空气作冷 却介质。
[0017] 该发明的有益效果在于:本发明涉及了铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法,具体 包括以下四个步骤:(1)铝合金配比及熔炼、(2)铝合金精炼、(3)强化铝合金处理、(4)低压 铸造成型。本发明涉及的技术方案是通过铝合金成分设计、熔炼、精炼,随后加入Al-5Ti_B 中间合金强化铝合金,同时严格控制Fe、Ti、Zn杂质元素的含量,制备一种新型不热处理的 高强韧铸态铝合金轮毂。经过本工艺制备的铸态铝合金轮毂表现出优异的强度和塑性,满 足使用要求。本方案所涉及的铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法,不经过热处理,大量节省 热处理时和热处理后校正所需的工装、工时、人工,减少能源能耗,简化铝合金轮毂的生产 工艺流程、降低制备成本,具有重要的应用价值。
具体实施方式
[0018] 为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的易于明白了解,下面结合具体实 施方式,进一步阐述本发明。
[0019] 实施例1:
[0020] 本实例的铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法,包括以下步骤:
[0021] (1)步骤一、铝合金配比及熔炼:
[0022] 以纯铝、Al-Si12*间合金、纯镁、Al-Mmo中间合金、Al-Sno中间合金为原料备料。 按照错合金的成分为:Si :9· 50wt · % ;Mg: 2·60wt · % ;Mn:0· 15wt · % ; Sr :0 ·OlOwt · % ;Zn: < 0.15wt. % ;Ti : <0. IOwt. % ;Fe: <0.15wt. ;余量为Al,配制错合金。将配制错合金的原 料一起加入到干燥的熔炼炉中,加热到温度为1003条件下熔炼lh,得到铝合金熔液。
[0023] (2)步骤二、铝合金精炼:
[0024] 经熔炼的铝液转至保温炉保温,然后进行炉内精炼,在温度为1023K条件下,将旋 转吹气探头伸入保温炉底部,由旋转吹气探头向铝液通入氯气和氩气进行精炼,吹气处理 5min,精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量。
[0025] (3)步骤三、强化铝合金处理:
[0026] 气体净化熔体结束后加入Al-5Ti_B中间合金。中间合金加入量为0. lwt. %,机械 搅拌2min;将超声波探头下降至液面以下IOOmm并保温3min;随后开启超声波设备,对混合 合金液采用超声处理3min,辅助颗粒分散均匀。超声处理后的合金液加入0.05wt. %铝合金 精炼剂进行除气精炼、扒渣、静置IOmin;经过最后除渣处理的铝液转入铸造机保温炉。
[0027] ⑷步骤四、低压铸造成型:
[0028] 将金属型模具预热至753K,并保温0.5小时;铝液转入铸造机保温炉后,温度控制 在953K,保温30min。低压铸造开始,加压至0.06MPa铝液进入升液管进行升液,升液时间为 5s;加压至0. OSMPa至铝液充满模具型腔,然后将压力调整至0.07MPa进行保压,冷却,保压 时间为120s。然后开模,顶出铸件。
[0029] 其中,步骤三中所述精炼剂成分为:35wt. %KCl、45wt. %MgCl2、5wt. %A1F3、 5wt. %Na3AlF6、5wt. %Mg3N2、3wt. %Na2C〇3、2wt. %C2Cl6。
[0030] 其中,步骤四中金属型模具冷却的方法为向模具相应的外面施加压缩空气作冷却 介质。
[0031] 上述方法制备结束后,重复进行上述工艺,同一批次进行5次试验。5组轮毂轮圈外 圆取样力学性能数据的平均值,其力学性能优良:屈服强度为169.7MPa,抗拉强度为 266.5MPa,延伸率为11.2 %。如表1所示。
[0032] 实施例2:
[0033] 本实例的铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法,包括以下步骤:
[0034] (1)步骤一、铝合金配比及熔炼:
[0035] 以纯铝、Al-Si12*间合金、纯镁、纯铜、Al-Sr1Q中间合金为原料备料。按照铝合金 的成分为:Si:10.20wt. %;Mg:1.50wt. %;Cu:0.50wt. %;Sr:0.010wt. %;Zn:彡 0.15wt. % ;Ti : <0. IOwt. % ;Fe: <0.15wt. ;余量为Al,配制错合金。将配制错合金的原 料一起加入到干燥的熔炼炉中,加热到温度为1023K条件下熔炼0.5h,得到铝合金熔液。
[0036] (2)步骤二、错合金精炼:
[0037] 经熔炼的铝液转至保温炉保温,然后进行炉内精炼,在温度为1003K条件下,将旋 转吹气探头伸入保温炉底部,由旋转吹气探头向铝液通入氯气和氩气进行精炼,吹气处理 8min,精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量。
[0038] (3)步骤三、强化铝合金处理:
[0039] 气体净化熔体结束后加入Al-5Ti_B中间合金。中间合金加入量为0.2wt. %,机械 搅拌5min;将超声波探头下降至液面以下IOOmm并保温5min;随后开启超声波设备,对混合 合金液采用超声处理5min,辅助颗粒分散均匀。超声处理后的合金液加入0. IOwt. %铝合金 精炼剂进行除气精炼、扒渣、静置5min;经过最后除渣处理的铝液转入铸造机保温炉。
[0040] ⑷步骤四、低压铸造成型:
[0041] 将金属型模具预热至773K,并保温0.5小时;铝液转入铸造机保温炉后,温度控制 在973K,保温15min。低压铸造开始,加压至0.03MPa铝液进入升液管进行升液,升液时间为 IOs;加压至0. IOMPa至铝液充满模具型腔,然后将压力调整至0. OSMPa进行保压,冷却,保压 时间为180s。然后开模,顶出铸件。
[0042] 其中,步骤三中所述精炼剂成分为:45wt. %KCl、30wt. %MgCl2、5wt. %A1F3、 llwt. %Na3AlF6、5wt. %Mg3N2、2wt. %Na2C03、2wt· %C2C16。
[0043] 其中,步骤四中金属型模具冷却的方法为向模具相应的外面施加压缩空气作冷却 介质。
[0044] 上述方法制备结束后,重复进行上述工艺,同一批次进行5次试验。5组轮毂轮圈外 圆取样力学性能数据的平均值,其力学性能优良:屈服强度为175.2MPa,抗拉强度为 272.8MPa,延伸率为10.3%。如表1所示。
[0045] 实施例3:
[0046] 本实例的铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法,包括以下步骤:
[0047] (1)步骤一、铝合金配比及熔炼:
[0048] 以纯铝、Al-Si12*间合金、纯镁、Al-Sno中间合金为原料备料。按照铝合金的成分 为:Si:9.30wt. % ;Mg:2.25wt. % ;Sr:0.005wt. %;Zn:彡0.15wt. %;TK0.10wt. % ;Fe: <0.15wt. % ;余量为Al,配制错合金。将配制错合金的原料一起加入到干燥的恪炼炉中,加 热到温度为1003K条件下熔炼lh,得到铝合金熔液。
[0049] (2)步骤二、铝合金精炼:
[0050] 经熔炼的铝液转至保温炉保温,然后进行炉内精炼,在温度为1013K条件下,将旋 转吹气探头伸入保温炉底部,由旋转吹气探头向铝液通入氯气和氩气进行精炼,吹气处理 lOmin,精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量。
[0051] (3)步骤三、强化铝合金处理:
[0052] 气体净化熔体结束后加入Al-5Ti-B中间合金。中间合金加入量为0.4wt. %,机械 搅拌5min;将超声波探头下降至液面以下IOOmm并保温8min;随后开启超声波设备,对混合 合金液采用超声处理lOmin,辅助颗粒分散均匀。超声处理后的合金液加入0. IOwt. %铝合 金精炼剂进行除气精炼、扒渣、静置IOmin;经过最后除渣处理的铝液转入铸造机保温炉。
[0053] ⑷步骤四、低压铸造成型:
[0054] 将金属型模具预热至763K,并保温0.5小时;铝液转入铸造机保温炉后,温度控制 在963K,保温30min。低压铸造开始,加压至0.05MPa铝液进入升液管进行升液,升液时间为 6s;加压至0.07MPa至铝液充满模具型腔,然后将压力调整至0.06MPa进行保压,冷却,保压 时间为300s。然后开模,顶出铸件。
[0055] 其中,步骤三中所述精炼剂成分为:40wt. %KCl、35wt. %MgCl2、6wt. %A1F3、 IOwt. %Na3AlF6、5wt. %Mg3N2、2wt. %Na2C03、2wt· %C2C16。
[0056] 其中,步骤四中金属型模具冷却的方法为向模具相应的外面施加压缩空气作冷却 介质。
[0057] 上述方法制备结束后,重复进行上述工艺,同一批次进行5次试验。5组轮毂轮圈外 圆取样力学性能数据的平均值,其力学性能优良:屈服强度为182.9MPa,抗拉强度为 285.2MPa,延伸率为8.7 %。如表1所示。
[0058] 实施例4:
[0059] 本实例的铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法,包括以下步骤:
[0060] (1)步骤一、错合金配比及熔炼:
[0061] 以纯铝、Al-Si12*间合金、纯镁、纯铜、Al-Mmo中间合金、Al-Sno中间合金为原料 备料。按照铝合金的成分为:319.8(^1%;]\%:1.50;〇1:0.3(^1%;]\111:0.3(^1%;211:彡 0.15wt. % ;Ti : <0. IOwt. % ;Fe: <0.15wt. % ;余量为Al,配制错合金。将配制错合金的原 料一起加入到干燥的熔炼炉中,加热到温度为1023K条件下熔炼0.5h,得到铝合金熔液。
[0062] (2)步骤二、错合金精炼:
[0063] 经熔炼的铝液转至保温炉保温,然后进行炉内精炼,在温度为1023K条件下,将旋 转吹气探头伸入保温炉底部,由旋转吹气探头向铝液通入氯气和氩气进行精炼,吹气处理 lOmin,精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量。
[0064] (3)步骤三、强化铝合金处理:
[0065] 气体净化熔体结束后加入Al-5Ti_B中间合金。中间合金加入量为0.2wt. %,机械 搅拌3min;将超声波探头下降至液面以下IOOmm并保温5min;随后开启超声波设备,对混合 合金液采用超声处理lOmin,辅助颗粒分散均匀。超声处理后的合金液加入0. IOwt. %铝合 金精炼剂进行除气精炼、扒渣、静置IOmin;经过最后除渣处理的铝液转入铸造机保温炉。
[0066] ⑷步骤四、低压铸造成型:
[0067] 将金属型模具预热至763K,并保温0.5小时;铝液转入铸造机保温炉后,温度控制 在963K,保温30min。低压铸造开始,加压至0.06MPa铝液进入升液管进行升液,升液时间为 5s;加压至0.12MPa至铝液充满模具型腔,然后将压力调整至0. OSMPa进行保压,冷却,保压 时间为220s。然后开模,顶出铸件。
[0068] 其中,步骤二中所述精炼剂成分为:40wt. %KCl、30wt. %MgCl2、6wt. %A1F3、 IOwt. %Na3AlF6、6wt. %Mg3N2、4wt. %Na2C〇3、4wt. %C2Cl6。
[0069] 其中,步骤四中金属型模具冷却的方法为向模具相应的外面施加压缩空气作冷却 介质。
[0070] 上述方法制备结束后,重复进行上述工艺,同一批次进行5次试验。5组轮毂轮圈外 圆取样力学性能数据的平均值,其力学性能优良:屈服强度为185. OMPa,抗拉强度为 289.6MPa,延伸率为7.3 %。如表1所示。
[0071] 表1为实施例1-4中的所得到的铝合金轮毂进行力学性能测试数值。
Figure CN107952948AD00071
Τ0073Ϊ~在表1中,数据均为实施例1-4中同一批次5组轮毂轮圈外圆取样力学性能数据的 平均值,抗拉强度以及延伸率的检测按照GB/T 23301-2009进行。从上表可以看出,本发明 的铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法制备的铝合金轮毂的有高抗拉强度以及延伸率高的 特性。
[0074]以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员 来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。

Claims (3)

1. 一种铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法,其特征在于:包括以下步骤: (1) 铝合金配比及熔炼:以纯铝、Al-Si12*间合金、纯镁、纯铜、Al-Mmo中间合金、Al-Srio中间合金为原料备料;按照错合金的成分为:Si:9.30wt. %〜10.2wt· % ;Mg: 1.50wt. % 〜2·70wt·%;Cu:0·OOwt·% 〜I·OOwt·%;Mn:0·OOwt·% 〜0·30wt·%;Sr:0·OOOwt·% 〜 0 ·OlOwt · % ;Zn: <0 · 15wt · % ;Ti : <0 · IOwt · % ;Fe: <0 · 15wt · % ;余量为Al,配制错合金; 将配制铝合金的原料一起加入到干燥的熔炼炉中,加热到温度为1003-1023K条件下熔炼
0.5h〜lh,得到铝合金熔液; (2) 铝合金精炼:经熔炼的铝液转至保温炉保温,然后进行炉内精炼,在温度为1003-1023K条件下,将旋转吹气探头伸入保温炉底部,由旋转吹气探头向铝液通入氯气和氩气进 行精炼,吹气处理5-10min,精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量; (3) 强化铝合金处理:气体净化熔体结束后加入Al-5Ti-B中间合金;中间合金加入量为
0. l-0.4wt. %,机械搅拌2-5min;将超声波探头下降至液面以下IOOmm并保温3-8min;随后 开启超声波设备,对混合合金液采用超声处理3-10min,辅助颗粒分散均匀;超声处理后的 合金液加入0.05-0. IOwt. %铝合金精炼剂进行除气精炼、扒渣、静置5-10min;经过最后除 渣处理的铝液转入铸造机保温炉; (4) 低压铸造成型:将金属型模具预热至753K-773K,并保温0.5小时;铝液转入铸造机 保温炉后,温度控制在953-973K,保温15min-30min;低压铸造开始,加压至0.03〜0.06MPa 铝液进入升液管进行升液,升液时间为5〜IOs ;加压至0.07〜0.12MPa至铝液充满模具型 腔,然后将压力调整至0.06〜0.OSMPa进行保压、冷却,保压时间为120〜300s,然后开模,顶 出铸件。
2. 根据权利要求1所述的铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法,其特征在于:步骤3中所 述精炼剂成分为:35-50wt. %KCl、30-40wt. %MgCl2、5-10wt· %A1F3、10-I5wt. %Na3AlF6、 5-10wt· %Mg3N2、2-5wt. %Na2C〇3、2-5wt· %C2C16。
3. 根据权利要求I所述的铸态铝合金轮毂低压铸造制备方法,其特征在于:步骤4中,金 属型模具冷却的方法为向模具相应的外面施加压缩空气作冷却介质。
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