CN109913685A

CN109913685A - 一种高性能轮毂铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN109913685A
Application number: CN201711328383.5A
Authority: CN
Inventors: 张立民
Original assignee: Qingdao Engelhard Technology Co Ltd
Current assignee: Qingdao Engelhard Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2019-06-21

Abstract

一种高性能轮毂铝合金材料制备方法，属于金属材料领域。本发明通过增加合金中有效形核相TiB₂及改变其表面元素吸附层，实现在慢冷速下的晶粒细化，包括以下步骤：加入轮毂铝合金全部熔化后覆盖熔体；加入元素V、Sc、Ce、Y其中的一种或几种后保温；加入元素Ti、B后搅拌保温；熔体经精炼后便可浇注成锭或零件，冷却后便可得高性能的轮毂铝合金。与其它工艺相比，本发明采用表面改性的TiB₂作为有效形核相，解决了Al‑5Ti‑1B及Al‑Nb‑B的细化能力不足问题，利用TiB₂颗粒的细晶强化作用及在铝基体中的弥散强化作用，从而制备出高性能的轮毂铝合金。

Description

一种高性能轮毂铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于金属材料领域的铝合金制备技术，特别是一种高性能轮毂铝合金的制备方法。

背景技术

A356铝合金由于良好的铸造性能、机械性能、机加工性能、较低的成本等特点，是乘用汽车轮毂的首选材料。目前，轮毂的生产是通过低压铸造工艺实现的。鉴于低压铸造的特点，充型过程中轮辐部分起横浇道作用，这样会使该部分模具一直处于过热状态，在随后的冷却过程中由于冷速较慢导致凝固后的零件显微组织粗大及材料的性能恶化。如轮辋部位的延伸率为8%，而轮辐部位延伸率大大下降，其值为2-3%，达不到延伸率超过4%的技术及安全要求。尽管铸造过程中，加入晶粒细化剂进行晶粒细化，但常规的Al5Ti1B晶粒细化剂在这样的冷却条件下已不能起到有效的细化作用。轮辐部位过低的机械性能，大大降低了轮毂生产效率、产品成品率及增加了生产成本。因此，发展新型铝毂铝合金，解决轮辐部位延伸率偏低的问题，对于提高我国轮毂制造水平具有重要意义。

经文献检索发现，Nowak等（Development of Al-Nb-B master alloys using Nband KBF₄ powders. Materials and Design, 2015，75：40-46）报道了利用AlNbB中间合金细化铝硅合金，实验室条件下可以得到很好的晶粒细化。但由于NbB₂质点的密度（6.97g/cm³）大于铝合金的密度（2.7 g/cm³），导致其在熔体中沉降速度过快，细化效果衰退过快，不能满足工业化生产需求。目前，还未检索到有关可以解决轮辐性能偏低的新型轮毂铝合金方面的研究报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种提高轮辐性能的新型轮毂铝合金制备方法。

轮辐性能降低的原因在于慢冷速下的晶粒粗大。基于晶粒细化机理，通过发明有效的晶粒形核核心加入到现有的A356铝合金中，实现其性能的提高。

本发明高性能轮毂铝合金材料制备工艺，通过增加合金中有效形核相TiB₂及改变其表面元素吸附层，实现在慢冷速下的晶粒细化，包括以下步骤：

（1）加入轮毂铝合金全部熔化后覆盖熔体；

（2）加入元素V、Sc、Ce、Y其中的一种或几种后保温；

（3）加入元素Ti、B后搅拌保温；

将经上述处理后的铝合金熔体经精炼后便可浇注成锭或零件，冷却后便可得高性能轮毂铝合金。

步骤（2）中，元素V、Sc、Ce、Y的加入温度在680℃～780℃之间，加入总量为0.01～0.05%。

步骤（3）中，元素Ti、B的加入温度在720℃～800℃之间，Ti、B的比例为2.1-1.5，加入总量为0.01～0.05%。元素Ti的加入方式为K₂TiF₆、海绵钛或Al-Ti中间合金。元素B的加入方式为KBF₄或Al-B中间合金。

步骤（3）中，搅拌方式为机械搅拌，搅拌速度为100-200rpm，搅拌时间为15-30分钟。

与其它工艺相比，本发明采用表面改性的TiB₂作为有效形核相，解决了Al-5Ti-1B及Al-Nb-B的细化能力不足问题，利用TiB₂颗粒的细晶强化作用及在铝基体中的弥散强化作用，从而制备出高性能的轮毂铝合金。

具体实施方式

结合本发明的内容提供以下实施例，对本发明作进一步的理解：

实施例1

将A356铝合金20Kg放入坩埚中熔化，温度达到680℃时，加入0.01%Sc。待熔体温度为720℃时，加入Ti、B比例为2.1、总量为0.01%的Al-Ti、Al-B中间合金，200rpm下机械搅拌15分钟，精炼后浇入模具内便得具有良好性能的轮毂铝合金。与轮辐部位相同冷却速度时试棒的机械性能为抗拉强度280MPa，延伸率为5%。

实施例2

将A356铝合金20Kg放入坩埚中熔化，温度达到780℃时，加入0.01%Sc、0.01%V、0.02%Ce、0.01%Y。待熔体温度为800℃时，加入Ti、B比例为1.5、总量为0.05%的K₂TiF₆、KBF₄，200rpm下机械搅拌30分钟，精炼后浇入模具内便得具有良好性能的轮毂铝合金。与轮辐部位相同冷却速度时试棒的机械性能为抗拉强度320MPa，延伸率为10%。

实施例3

将A356铝合金20Kg放入坩埚中熔化，温度达到730℃时，加入0.02%V、0.01%Ce。待熔体温度为760℃时，加入Ti、B比例为1.8、总量为0.03%的海绵钛、KBF₄，150rpm下机械搅拌20分钟，精炼后浇入模具内便得具有良好性能的轮毂铝合金。与轮辐部位相同冷却速度时试棒的机械性能为抗拉强度300MPa，延伸率为8%。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims

1.一种高性能轮毂铝合金材料制备方法，其特征在于，通过增加合金中有效形核相TiB₂及改变其表面元素吸附层，实现在慢冷速下的晶粒细化，包括以下步骤：

（1）加入轮毂铝合金全部熔化后覆盖熔体；

（2）加入元素V、Sc、Ce、Y其中的一种或几种后保温；

（3）加入元素Ti、B后搅拌保温。

2.根据权利要求1所述的高性能轮毂铝合金材料制备方法，其特征是，步骤（2）中，加入元素为V、Sc、Ce、Y中的一种或几种。

3.根据权利要求1、2所述的高性能轮毂铝合金材料制备方法，其特征是，元素加入量为0.01～0.05%，加入温度为680~780℃。

4.根据权利要求1所述的高性能轮毂铝合金材料制备方法，其特征是，步骤（3）中，加入元素为Ti、B，其比例为2.1-1.5。加入总量为0.01～0.05%，加入温度为720℃～800℃。

5.根据权利要求1、4所述的高性能轮毂铝合金材料制备方法，其特征是，步骤（3）中，元素Ti的加入方式为K₂TiF₆、海绵钛或Al-Ti中间合金。元素B的加入方式为KBF₄或Al-B中间合金。

6.根据权利要求1、4、5所述的高性能轮毂铝合金材料制备方法，其特征是，步骤（3）中，搅拌方式为机械搅拌，搅拌速度为100-200rpm，搅拌时间为15-30分钟。