CN111004947A - 一种铝合金轮毂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Al‑7Si‑0.35Mg‑Sb铝合金轮毂及其制备方法与应用，其化学成分为：硅6.7‑7.3wt％，Mg：0.26‑0.43wt％，Ti：0.03‑0.3wt％，Sb：0.15‑0.6wt％，Sr：0.025‑0.075w％，其它元素＜0.09％，其余：Al。本发明的制备方法简单，实验过程可操作性强，工艺简单，易于操作。

Description

一种铝合金轮毂的制备方法
技术领域
本发明属于合金材料领域，具体涉及一种Al-7Si-0.35Mg-Sb铝合金轮毂及其制备方法。
背景技术
A356.2铝合金由于密度小、比强度和比刚度高、耐腐蚀性能和铸造性能好等特点，被广泛作为用于铸造汽车铝合金轮毂选材。在铸造条件下，对于未经过变质的A356.2铝合金，其初生α-Al枝晶较粗大，共晶硅呈粗大针片状分布，且硅相质脆，使合金基体被严重割裂，使得合金的塑性和强度明显下降，严重影响A356.2铝合金的力学性能。
而现有技术中稀土变质已成为一种改善A356.2性能方面的热点，稀土的加入，可以明显细化初生α-Al相，对共晶硅起到良好的变质作用。细化铸态材料的晶粒尺寸，同时显著抑制再结晶发生。还可以提高铝合金基体强度，于此同时可显著改善铸件的抗拉强度和延伸率。相比于钠盐变质和锶变质，锑变质后的Al-7Si-0.35Mg合金后的力学性能更佳，熔体中加入适量的Sb变质剂能够降低熔体的吸气倾向，增加合金的致密度，并且Sb变质效果具有长效性。本公司就现有A356.2铝合金轮毂生产技术方法，通过一种稀土复合方法细化和变质Al-7Si-0.35Mg，提高其综合力学性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种Al-7Si-0.35Mg-Sb铝合金轮毂，具体的，提供一种含锑的稀土变质铝合金，综合力学性能相对于未加稀土锑变质提升30％，提供一种工艺简单的含锑的稀土变质铝合金的制备方法，还提供一种锑稀土加入量、加入时间点及加入形。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种Al-7Si-0.35Mg-Sb铝合金轮毂，其特征在于，其化学成分为：硅6.7-7.3wt％，Mg：0.26-0.43wt％，Ti：0.03-0.3wt％，Sb：0.15-0.6wt％，Sr：0.025-0.075％，Cu-Ru合金0.01-0.02wt％，其它元素＜0.09％，其余：Al；所述Mg的含量为Si的含量的5％。
进一步地，所述其他元素包括Ag+F，含量为0.001-0.002wt％。
进一步地，所述的Al-7Si-0.35Mg-Sb铝合金轮毂，其化学成分为：硅7wt％，Mg：0.35wt％，Ti：0.15wt％，Sb：0.25wt％，Sr：0.025-0.075％，Cu-Ru合金0.015wt％，Ag+F，0.0015％，其它元素＜0.0885％，其余：Al
一种Al-7Si-0.35Mg-Sb铝合金轮毂的制备方法，其特征在于包含以下步骤：(1)将Al-Si-Mg合金体系化学元素配比；(2)熔炼，将坩埚电阻炉预热到250-500℃，将高纯铝块，Cu-Ru合金放入箱式电阻炉内预热至100-250℃，然后轻放入预热后的坩埚内，并记录仪实时监控坩埚炉内铝液的温度；(3)待铝块完全熔化且温度稳定在730-780℃后，在铝液加入一定百分比的硅保温30min后，加入Al-10Sb中间合金并在735±5℃下保温10-20min后，加入一定百分比的纯Mg充分搅拌15s以上，保温15min后并通高纯N2除气10min，静置15min后；(4)待温度降至710±10℃时浇铸到预热250-300℃的轮毂模具中；(5)等待200-300s后脱模；(6)将铸件按T6热处理工艺+时效。
进一步地，所述的T6：固溶540±5℃，保温时间3-8h；55-90℃水淬火80-150s；自然时效2-4h；人工时效155±5℃，4-10h。
进一步地，步骤3还包括加入一定百分比的纯Mg充分搅拌15s以上，保温15min后还加入AgF，然后再保温15min后并通高纯N2除气10min，静置15min后。
本发明具有以下有益效果：
本发明的制备方法简单，实验过程可操作性强，工艺简单，易于操作；
Sb能够极大程度地提高Al-7Si-0.35Mg合金的力学性能，尤其是合金的铸态伸长率。Sb变质的Al-7Si-0.35Mg合金抗拉强度相比于未变质条件下提高了35％；其在铸态下的伸长率可以达到15％，相比于未变质合金提高了50％。通过加入Ag+F可以进一步提高Sb的变质效果，进一步提高合金性能。
本发明中Si，Mg的比例限定在7Si-0.35Mg能达到最佳的发明效果，在其他比例范围内时，合金效果出现较大幅度下降，推测是由于在此比例下能实现能形成特殊的细微合金相态，从而促进产品的效果。
本发明中加入Cu-Ru合金可以与铝形成Cu-Ru-Al合金相，从而提高延展性，但是通过实验验证，发现Si的加入后会影响Cu-Ru合金的增强效果，因此Cu-Ru合金需要在Si加入之前加入。实验还发现，Cu-Ru对Sb的变质作用有增强效果。
本发明的制备方法中掺杂元素的加入量、加入时间点及加入形式都对合金性能有一定的影响。特别注意的是需要将Cu-Ru合金需要与铝同时加入，Al-10Sb合金需要在Si加入后添加，从而实现形成各种特殊的合金相，从而实现最佳的发明效果。
说明书附图
图1为本发明的T6工艺图。
图2为本发明的金相显微组织图(200x倍下未添加Sb稀土变质剂)。
图3为本发明的金相显微组织图(200x倍下添加Sb稀土变质剂)。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
实施例1
化学成分按照Sb：0.15，0.25，0.35，0.45，0.6wt％，Si7wt％，Mg：0.35wt％，Ti：0.15wt％，Sb：0.25wt％，Sr：0.05wt％，Cu-Ru合金0.015wt％，其余为Al。
Al-7Si-0.35Mg-Sb铝合金轮毂的制备方法的制备方法，包含以下步骤：
一种Al-7Si-0.35Mg-Sb铝合金轮毂的制备方法，其特征在于包含以下步骤：(1)将Al-Si-Mg合金体系化学元素配比；(2)熔炼，将坩埚电阻炉预热到250-500℃，将高纯铝块，Cu-Ru合金放入箱式电阻炉内预热至100-250℃，然后轻放入预热后的坩埚内，并记录仪实时监控坩埚炉内铝液的温度；(3)待铝块完全熔化且温度稳定在730-780℃后，在铝液加入一定百分比的硅保温30min后，加入Al-10Sb中间合金并在735±5℃下保温10-20min后，加入一定百分比的纯Mg充分搅拌15s以上，保温15min后并通高纯N2除气10min，静置15min后；(4)待温度降至710±10℃时浇铸到预热250-300℃的轮毂模具中；(5)等待200-300s后脱模；(6)将铸件按T6热处理工艺+时效。
所述的T6：固溶540±5℃，保温时间3-8h；55-90℃水淬火80-150s；自然时效2-4h；人工时效155±5℃，4-10h。合金的显微硬度到峰值，抗拉强度和伸长率也很好地到达最优。
在加入0.35wt％的Sb变质的Al-7Si-0.35Mg合金抗拉强度效果最优，相比于对比例5提高了35％；其在铸态下的伸长率可以达到15％，相比于未变质合金提高了50％。
实施例2
与实施例1的区别在于还加入了Ag+F，含量为0.0015wt％。步骤3还包括加入一定百分比的纯Mg充分搅拌15s以上，保温15min后还加入AgF，然后再保温15min后并通高纯N2除气10min，静置15min后。
在加入0.35wt％的Sb和AgF的效果不是最优，而是0.25wt％Sb和0.0015wt％AgF变质的Al-7Si-0.35Mg合金抗拉强度效果最优，相比于对比例5提高了40％；其在铸态下的伸长率可以达到20％，相比于未变质合金提高了55％。
对比例1
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是T6的固溶温度为520℃，时效温度为140℃。
相比于对比例5提高了30％；其在铸态下的伸长率可以达到18％，相比于未变质合金提高了50％。
对比例2
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是T6的固溶温度为560℃，时效温度为180℃。
相比于对比例5提高了35％；其在铸态下的伸长率可以达到20％，相比于未变质合金提高了50％。
对比例3
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是T6的淬火转移时间30s。
相比于对比例5提高了25％；其在铸态下的伸长率可以达到15％，相比于未变质合金提高了40％。
对比例4
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是不加入Cu-Ru合金。
相比于对比例5提高了25％；其在铸态下的伸长率可以达到15％，相比于未变质合金提高了40％。
对比例5
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是不加入Sb。
对比例6
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是不加入Sb，Cu-Ru合金。
相比于对比例5降低了5％；其在铸态下的伸长率可以降低了10％。
对比例7
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是Cu-Ru合金与Al-10Sb中间合金一起加入。
相比于对比例5提高了30％；其在铸态下的伸长率可以达到18％，相比于未变质合金提高了50％。
对比例8
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是Cu-Ru合金，Al-10Sb合金在步骤2中与高纯铝块一起加入。
相比于对比例5提高了35％；其在铸态下的伸长率可以达到20％，相比于未变质合金提高了50％。
对比例9
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是Si-Mg的比例为8∶0.3。
相比于对比例5提高了30％；其在铸态下的伸长率可以达到10％，相比于未变质合金提高了40％。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种Al-7Si-0.35Mg-Sb铝合金轮毂，其特征在于，其化学成分为：Si 6.7-7.3wt％，Mg：0.26-0.43wt％，Ti：0.03-0.3wt％，Sb：0.15-0.6wt％，Sr：0.025-0.075wt％，Cu-Ru合金0.01-0.02wt％，其它元素＜0.09％，其余：Al；所述Mg的含量为Si的含量的5％。
2.根据权利要求1所述的Al-7Si-0.35Mg-Sb铝合金轮毂，其特征在于，所述其他元素包括Ag+F，含量为0.001-0.002wt％。
3.根据权利要求2所述的Al-7Si-0.35Mg-Sb铝合金轮毂，其特征在于，其化学成分为：Si 7wt％，Mg：0.35wt％，Ti：0.15wt％，Sb：0.25wt％，Sr：0.05wt％，Cu-Ru合金0.015wt％，Ag+F，0.0015％，其它元素＜0.0885％，其余：Al。
4.一种Al-7Si-0.35Mg-Sb铝合金轮毂的制备方法，其特征在于包含以下步骤：(1)将Al-Si-Mg合金体系化学元素配比；(2)熔炼，将坩埚电阻炉预热到250-500℃，将高纯铝块，Cu-Ru合金放入箱式电阻炉内预热至100-250℃，然后轻放入预热后的坩埚内，并记录仪实时监控坩埚炉内铝液的温度；(3)待铝块完全熔化且温度稳定在730-780℃后，在铝液加入一定百分比的硅保温30min后，加入Al-10Sb中间合金并在735±5℃下保温10-20min后，加入一定百分比的纯Mg充分搅拌15s以上，保温15min后并通高纯N2除气10min，静置15min后；(4)待温度降至710±10℃时浇铸到预热250-300℃的轮毂模具中；(5)等待200-300s后脱模；(6)将铸件按T6热处理工艺+时效。
5.根据权利要求4所述的Al-7Si-0.35Mg-Sb铝合金轮毂的制备方法，其特征在于，所述的T6：固溶540±5℃，保温时间3-8h；55-90℃水淬火80-150s；自然时效2-4h；人工时效155±5℃，4-10h。
6.根据权利要求4所述的Al-7Si-0.35Mg-Sb铝合金轮毂的制备方法，其特征在于，步骤3还包括加入一定百分比的纯Mg充分搅拌15s以上，保温15min后还加入AgF，然后再保温15min后并通高纯N2除气10min，静置15min后。
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