CN110453115A

CN110453115A - 一种新型汽车变速器壳体压铸铝合金及其制备工艺

Info

Publication number: CN110453115A
Application number: CN201910830055.8A
Authority: CN
Inventors: 申芳华; 谢春晓; 杨宇辉; 赵愈亮; 陶诚; 何凤华; 徐光周
Original assignee: Dongguan University of Technology; Guangdong Minglida Technology Co Ltd
Current assignee: Dongguan University of Technology; Guangdong Minglida Technology Co Ltd
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2019-11-15
Anticipated expiration: 2039-09-04
Also published as: CN110453115B

Abstract

本发明涉及一种新型汽车变速器壳体压铸铝合金，其特征在于，由下述质量百分比的元素组成：7.5‑13%Si、1.5‑3.5%Cu、0.5‑1.2%Mn、0.3‑0.5%Mg、0.4‑0.9%Zn、0.2‑0.6%Ni、0.1‑0.35%Sn、0.5‑0.6%Fe、0.05‑0.15%V、0.05‑0.15%Zr、0.01‑0.15%Ce、0.01‑0.15%Sb，其余为Al；通过铝合金成分的设计配合压铸制备工艺，能够得到具有较高的结构强度和耐热性，同时具有较高的气密性和致密度，达到变速器体材料性能要求。

Description

一种新型汽车变速器壳体压铸铝合金及其制备工艺

技术领域

本发明涉及新能源材料科学与技术领域，尤其涉及一种新型汽车变速器壳体压铸铝合金及其制备工艺。

背景技术

新能源汽车将逐渐成为主流；因此，高品质的新能源汽车零部件研发和制备具有广泛的市场前景；铝合金部件具有成型好，结构强度适中、质量轻等特点，具备替代钢铁材料实现轻量化的潜力。

Al-Si-Cu铝合金（类似YL113）是一种典型近共晶点成分铝合金；其在凝固过程中经历较小的液固混合区，往往具备致密的层状凝固组织和良好的流动性，是理想的压铸材料；此外，该合金强度适中，通过添加一定量的Cu, Mg, Zn等强化元素，可获得一定固溶强化效果；再次，该合金对Fe元素含量要求较低（通常作为杂质元素，防止粘模），是一种回收利用效率高铝合金；因此，该合金在压铸领域应用较为广泛。

汽车变速器体内部结构较为复杂，存在加强筋、曲面、台阶等难于机械加工的部位；工业生产中通常采用压铸和CNC相结合的制备工艺；这就需要变速器体材料具有好的压铸成型性；此外，为了适应混合动力的要求，材料本身还要求具有较高的结构强度、高的气密性和致密度；生产实践表明，当前市面上已有材料尚难完全满足上述要求，实现稳定生产。

发明内容

本发明的目的是一种新型汽车变速器壳体压铸铝合金及其制备工艺，通过铝合金成分的设计配合压铸制备工艺，能够得到具有较高的结构强度（抗压缩性能），耐腐蚀性和耐热性，同时具有较高的气密性和致密度，达到变速器体材料性能要求。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种新型汽车变速器壳体压铸铝合金，其特征在于，由下述质量百分比的元素组成：7.5-13% Si、1.5-3.5% Cu、0.5-1.2%Mn、0.3-0.5% Mg、0.4-0.9% Zn、0.2-0.6% Ni、0.1-0.35% Sn、0.5-0.6% Fe、0.05-0.15% V、0.05-0.15% Zr、0.01-0.15% Ce、0.01-0.15% Sb，其余为Al。

本发明还涉及一种新型汽车变速器壳体制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1）、称量，按照元素百分比称取Si、Cu、Mn、Mg、Zn、Ni、Sn、Fe、V、Zr、Ce、Sb和Al；

2）、熔炼，将步骤1）称取的Si、Cu、Mn、Mg、Zn、Ni、Sn、Fe、V、Zr和Al清洁干燥后投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为690-760℃；

3）、除气，保持炉内温度为730-750℃，然后通入六氯乙烷精炼除气，静置15min，保持通风；

4）、变质，添加步骤1）中称取的Ce和Sb进行变质处理，并确保加入的Ce和Sb的质量一致；

5）、保温，将步骤4）得到的铝合金液转移至压铸机旁保温炉待用；

6）、压铸成型，通过压铸机对保温炉内的铝合金液进行压铸成型得到汽车变速器壳体。

优选的，步骤1中称取的Si为Al-20%Si中间合金、Mn为Al-10%Mn中间合金、Ni为Al-5%-Ni中间合金、Ce为Al-15%Ce中间合金、Sb为Al-15%Sb中间合金。

优选的，保温炉在使用之前喷砂清洁，并在260℃情况下烘烤72h。

优选的，步骤6）压铸成型中，压铸机的参数为，开模时间：5-7s；压铸比压；30-60MPa（300-400Bar）；慢压射速度（射料一速）：0.1-0.85 m/s；快压速度（射料二速）；3-10m/s；模具温度：200±20℃；浇注温度:660±15℃。

优选的，步骤3）中通入的六氯乙烷质量为总炉料的0.5%。

本发明的有益效果为：

1、通过添加的Ce和Sb具有显著细化共晶组织和晶粒，从而提高压铸件致密度和强度，有效变质时间大于4小时，使合金组织具有较好的重熔稳定性；在一定范围内，Mn能够显著提高铝合金的强度、耐腐蚀性和焊接性能；一方面，形成Al₆（FeMn）相，削弱杂质元素铁的影响；另一方面，较为细小的Al₆Mn能够钉扎晶界，细化晶粒，减少晶间腐蚀；但是，晶界上的粗大Al₆Mn能够诱导PSN再结晶；配合添加的V、Zr元素，以及Ce和Sb显著细化共晶组织和晶粒的作用，在铝合金基体中形成大量细小弥散的Al₃Zr和Al₃V相，钉轧晶界，从而提高再结晶温度，抑制再结晶及其软化现象，进而提高压铸件的热稳定性。

2、制备工艺配合压铸机的参数设计，尤其是压射比的设计能够有效提高溶体充填质量，尤其是薄壁处，提高致密度，但是Ce和Sb以及Zr、V等再结晶元素的添加对铝合金溶体的粘度会有一定影响，通过Fe元素含量能够有效减少粘膜现象，此外，在一定Fe含量范围内可以提高回收利用率。

本发明制备的新型铝合金变速器材料，其力学性能指标如下：屈服强度180-265MPa，断裂强度280-360MPa；延伸率2.5-7.5% ；气孔率：2.5-7.5%。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

实施例1

一种新型汽车变速器壳体制备工艺，包括如下步骤：

1）、称量，称取Al-20%Si中间合金、Cu、Al-10%Mn中间合金、Mg、Zn、Al-5%-Ni中间合金、Sn、Fe、V、Zr、Al-15%Ce中间合金、Al-15%Sb中间合金和Al 并使元素质量百分比为：7.5%Si、1.7% Cu、0.6% Mn、0.35% Mg、0.45% Zn、0.3% Ni、0.15% Sn、0.5% Fe、0.05% V、0.05%Zr、0.01% Ce、0.01% Sb，余量为Al；

2）、熔炼，将步骤1）称取的Al-20%Si中间合金、Cu、Al-10%Mn中间合金、Mg、Zn、Al-5%-Ni中间合金、Sn、Fe、V、Zr和Al清洁干燥后投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃；

3）、除气，保持炉内温度为730℃，然后通入六氯乙烷精炼除气(用量占总炉料的0.5%)，静置15min，保持通风；

4）、变质，添加步骤1）中称取的Al-15%Ce中间合金和Al-15%Sb中间合金进行变质处理；

5）、保温，将步骤4）得到的铝合金液转移至压铸机旁保温炉待用；保温炉在使用之前喷砂清洁，并在260℃情况下烘烤72h；

6）、压铸成型，通过压铸机对保温炉内的铝合金液进行压铸成型得到汽车变速器壳体；压铸机的参数为，开模时间：5-7s；压铸比压；30-60 MPa（300-400Bar）；慢压射速度（射料一速）：0.1-0.85 m/s；快压速度（射料二速）；3-10m/s；模具温度：200±20℃；浇注温度:660±15℃。

实施例2

一种新型汽车变速器壳体制备工艺，包括如下步骤：

1）、称量，称取Al-20%Si中间合金、Cu、Al-10%Mn中间合金、Mg、Zn、Al-5%-Ni中间合金、Sn、Fe、V、Zr、Al-15%Ce中间合金、Al-15%Sb中间合金和Al 并使元素质量百分比为：10% Si、1.5% Cu、1.2% Mn、0.3% Mg、0.9% Zn、0.2% Ni、0.35% Sn、0.6% Fe、0.1% V、0.1% Zr、0.15%Ce、0.15% Sb，余量为Al；

2）、熔炼，将步骤1）称取的Al-20%Si中间合金、Cu、Al-10%Mn中间合金、Mg、Zn、Al-5%-Ni中间合金、Sn、Fe、V、Zr和Al清洁干燥后投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为690℃；

3）、除气，保持炉内温度为750℃，然后通入六氯乙烷精炼除气(用量占总炉料的0.5%)，静置15min，保持通风；

4）、变质，添加步骤1）中称取Al-15%Ce中间合金和Al-15%Sb中间合金进行变质处理；

实施例3

一种新型汽车变速器壳体制备工艺，包括如下步骤：

1）、称量，称取Al-20%Si中间合金、Cu、Al-10%Mn中间合金、Mg、Zn、Al-5%-Ni中间合金、Sn、Fe、V、Zr、Al-15%Ce中间合金、Al-15%Sb中间合金和Al 并使元素质量百分比为： 13%Si、3.5% Cu、0.5% Mn、0.5% Mg、0.4% Zn、0.6% Ni、0.1% Sn、0.55% Fe、0.1% V、0.1% Zr、0.05% Ce、0.05% Sb，余量为Al；

2）、熔炼，将步骤1）称取的Al-20%Si中间合金、Cu、Al-10%Mn中间合金、Mg、Zn、Al-5%-Ni中间合金、Sn、Fe、V、Zr和Al清洁干燥后投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为720℃；

3）、除气，保持炉内温度为740℃，然后通入六氯乙烷精炼除气(用量占总炉料的0.5%)，静置15min，保持通风；

实施例4

一种新型汽车变速器壳体制备工艺，包括如下步骤：

1）、称量，称取Al-20%Si中间合金、Cu、Al-10%Mn中间合金、Mg、Zn、Al-5%-Ni中间合金、Sn、Fe、V、Zr、Al-15%Ce中间合金、Al-15%Sb中间合金和Al 并使元素质量百分比为：12% Si、2% Cu、1% Mn、0.35% Mg、0.6% Zn、0.4% Ni、0.2% Sn、0.5% Fe、0.08% V、0.08% Zr、0.06%Ce、0.06% Sb，余量为Al；

2）、熔炼，将步骤1）称取的Al-20%Si中间合金、Cu、Al-10%Mn中间合金、Mg、Zn、Al-5%-Ni中间合金、Sn、Fe、V、Zr和Al清洁干燥后投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为740℃；

3）、除气，保持炉内温度为735℃，然后通入六氯乙烷精炼除气(用量占总炉料的0.5%)，静置15min，保持通风；

对实施例1-4制备的变速器壳体进行屈服强度（压缩）、断裂强度（压缩）、延伸率、气孔率和最大孔直径的测试，同时选取3种国内类似牌号YL112的合金产品进行对比，在测试时，确保实施例1-4和对比例选取测试的部位面积一致、厚度一致；得到如下性能表：

通过上述表格可以得出，本实施例1-4制备的变速器壳体各项性能指标相对于现有的YL112的合金产品均有显著的提高，能够达到汽车变速器的材料要求。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，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、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种新型汽车变速器壳体压铸铝合金，其特征在于，由下述质量百分比的元素组成：7.5-13% Si、1.5-3.5% Cu、0.5-1.2% Mn、0.3-0.5% Mg、0.4-0.9% Zn、0.2-0.6% Ni、0.1-0.35% Sn、0.5-0.6% Fe、0.05-0.15% V、0.05-0.15% Zr、0.01-0.15% Ce、0.01-0.15% Sb，其余为Al。

2.采用权利要求1中的压铸铝合金的一种新型汽车变速器壳体制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种新型汽车变速器壳体制备工艺，其特征在于，步骤1中称取的Si为Al-20%Si中间合金、Mn为Al-10%Mn中间合金、Ni为Al-5%-Ni中间合金、Ce为Al-15%Ce中间合金、Sb为Al-15%Sb中间合金。

4.根据权利要求2所述的一种新型汽车变速器壳体制备工艺，其特征在于，保温炉在使用之前喷砂清洁，并在260℃情况下烘烤72h。

5.根据权利要求2所述的一种新型汽车变速器壳体制备工艺，其特征在于，步骤6）压铸成型中，压铸机的参数为，开模时间：5-7s；压铸比压；30-60 MPa；慢压射速度：0.1-0.85 m/s；快压速度；3-10m/s；模具温度：200±20℃；浇注温度:660±15℃。

6.根据权利要求2所述的一种新型汽车变速器壳体制备工艺，其特征在于，步骤3）中通入的六氯乙烷质量为总炉料的0.5%。