CN114101557B - 一种铝合金转向节的锻造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金转向节的锻造方法，步骤为：以铝合金圆棒做为原材料，使用高速锯床将铝合金圆棒切割成坯料；将坯料加热并对坯料进行辊锻；辊锻后的棒料进行模锻，得到工件；将工件进行固溶处理；将固溶处理后的工件进行时效处理；将时效处理后的工件进行抛丸处理，检验合格，即得铝合金转向节。本发明产品与铸铝转向节相比，重量接近，但是强度可以提高30％；本发明制备的铝合金转向节具有良好的耐腐蚀性，即使在雨水、撒有融盐的冰雪环境中，也不被腐蚀；其能降低悬挂系统的负荷，提高汽车使用的安全性；还能降低汽车行驶过程中的振动强度，提高乘坐舒适性。

Description

一种铝合金转向节的锻造方法
技术领域
本发明涉及铝合金锻造技术领域，具体的说涉及一种铝合金转向节的锻造方法。
背景技术
随着能源的紧缺，汽车轻量化已经成为刻不容缓的问题。采用铝合金锻件代替钢件是轻量化的一种重要途径。转向节作为汽车底盘悬架的重要组成零件，用锻造铝合金转向节代替钢制转向节，有广阔的前景。
转向节在汽车上的工作环境极其恶劣，除了受到各项力的作用，还受到雨雪、潮湿空气对工件的腐蚀。所以对转向节的机械性能、粗晶环、耐腐蚀性都提出了严格的要求，现在部分企业，能够将转向节外形锻造出来，但是还能满足机械性能、粗晶环、耐腐蚀性要求的少之又少。
因此，提供一种各项指标满足客户要求，还能够提高材料利用率的铝合金转向节的锻造方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种铝合金转向节的锻造方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铝合金转向节的锻造方法，包括以下步骤：
(1)以铝合金圆棒做为原材料，使用高速锯床将铝合金圆棒切割成长度为340mm的坯料；
(2)将坯料加热到490-540℃并在490-540℃下对坯料进行辊锻；
(3)辊锻后的棒料进行模锻，得到工件；
(4)将工件进行固溶处理；
(5)将固溶处理后的工件进行时效处理；
(6)将时效处理后的工件进行抛丸处理，检验合格，即得铝合金转向节。
进一步，步骤(1)中所述铝合金圆棒的规格为φ105mm。
更进一步，所述铝合金圆棒中元素组成为Si0.7-1.3％，Fe≤0.5％，Cu≤0.1％，Mn0.4-1.0％；Mg0.6-1.2％，Cr≤0.25％，Zn≤0.2％，Ti≤0.1％，其余为Al。
采用上述进一步方案的有益效果在于：本发明上述合金具备的性能等同于GB/T3190-2010标准中的6082铝合金，GB/T3910中对6082的机械性能要求为Rp0.2≥260Mpa，Rm≥310Mpa，A5≥8％，本发明中的合金可以将屈服强度Rp0.2提升11.5％，抗拉强度Rm提升9.7％，同时延伸率不下降；
采用上述合金得到的转向节毛坯，粗晶环≤3mm，远小于国标的中的要求(粗晶环，一般分布在工件的表面，粗晶环内晶粒尺寸是正常组织的数十倍甚至数百倍，粗晶环会大大降低工件的机械性能，同时，在阳极氧化时，还会形成斑点，是一种不良的组织)。
进一步，步骤(2)中辊锻的操作方法为：以机油作为润滑剂，辊锻采用四道次成型，所述四道次成型采用的槽形式为依次为椭圆—圆—椭圆—圆，四道次成型的变形量依次为1.44、1.23、1.61、1.55，辊锻制坯结束后，坯料直径最小处为φ50mm，辊锻过程中辊锻模加热温度为200℃-300℃，辊锻主轴旋转速度为40-50r/min。
采用上述进一步方案的有益效果在于：本发明中的辊锻工艺，可快速将圆棒辊制成和工件轮廓类似的形状，从而可以大大提高原材料的利用率。另外，在辊锻过程中，坯料经过490-540℃加热，并配合本发明限定的多次变形量1.44、1.23、1.61、1.55的四道次变形，还会在棒料内形成沿棒料长度方向的流线，由于流线的存在，可以大大提高材料的机械性能和疲劳强度。
进一步，步骤(3)中模锻的操作方法为：模锻分为四个步骤，依次为：压弯、预锻、终锻、切边；四个工步所用的模具安装在同一台压力机上，压力机为4000吨电动螺旋压力机，压弯、预锻、终锻开始锻造前，在模具表面喷涂润滑剂，所用润滑剂为水基石墨润滑剂，模具加热温度为200-300℃，预锻工位能量为65％-95％，终锻工位能量为45％-65％；
采用上述进一步方案的有益效果在于：在传统情况下，一台压力机仅能安装一套或者两套模具，而本发明通过模具扩展台面，可以将四套模具安装在一台压力机上；本发明中对辊锻后的棒料直接进行锻造，不需要对辊锻后的棒料进行重新加热，可以大大提高生产效率，减少能耗，同时可以有效的抑制粗晶环生长。
进一步，步骤(4)中所述固溶处理温度为520-540℃，时间为45-60min，固溶处理水温为30-80℃。
进一步，步骤(5)中所述时效处理温度为165-175℃，时间为4-6h。
采用上述进一步方案的有益效果在于：本发明通过对固溶处理和时效处理的参数调整，可以控制第二相的分布状态，从而有效抑制晶间腐蚀。
进一步，步骤(6)中所述抛丸处理所用颗粒为直径φ0.6-φ1.6mm的铝颗粒，铝丸速度为50mm-70mm/s。
采用上述进一步方案的有益效果在于：抛丸过程中，抛丸介质会对工件表面的晶界产生撕裂并产生应力，在应力状态下，容易加深晶间腐蚀；在本方案采用直径为φ0.6-φ1.6mm的铝颗粒，铝丸速度为50mm-70mm/s，可使锻造的铝合金转向节在美观、强化表面的同时，将抛丸介质(铝颗粒)对晶界产生的影响降到最低，联合以上的热处理，可以将晶间腐蚀控制在300μm以内。
本发明的有益效果在于：通过本发明生产的铝合金转向节具有以下优点：
1、铝的密度约为钢材的1/3，同等形状下，与铸铁、锻钢类转向节相比，一对转向节可降低车身重量约27Kg，对节能减排起到积极的作用；
2、与铸铝转向节相比，重量接近，但是强度可以提高30％；
3、具有良好的耐腐蚀性，即使在雨水、撒有融盐的冰雪环境中，也不被腐蚀；
4、降低悬挂系统的负荷，提高汽车使用的安全性；
5、降低汽车行驶过程中的振动强度，提高乘坐舒适性；
6、铝合金的热导率高，散热性好。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种铝合金转向节的锻造方法
(1)以铝合金圆棒做为原材料，铝合金圆棒的规格为φ105mm，铝合金圆棒中元素组成为Si1.01％，Fe0.24％，Cu0.008％，Mn0.63％；Mg0.91％，Cr0.17％，Zn0.005％，Ti0.079％，其余为Al，使用高速锯床将铝合金圆棒切割成长度为340mm的坯料；
(2)将坯料加热到525℃并在525℃下对坯料进行辊锻；辊锻方法为以机油作为润滑剂，辊锻采用四道次成型，所述四道次成型采用的槽形式为依次为椭圆—圆—椭圆—圆，四道次成型的变形量依次为1.44、1.23、1.61、1.55，辊锻制坯结束后，坯料直径最小处为φ50mm，辊锻过程中辊锻模加热温度为210℃，辊锻主轴旋转速度为40r/min；
(3)辊锻后的棒料进行模锻，得到工件；模锻的方法为：模锻分为四个步骤，依次为：压弯、预锻、终锻、切边；四个工步所用的模具安装在同一台压力机上，压力机为4000吨电动螺旋压力机，压弯、预锻、终锻开始锻造前，在模具表面喷涂润滑剂，所用润滑剂为水基石墨润滑剂，模具加热温度为210℃，预锻工位能量为86％，终锻工位能量为54％
(4)将工件进行固溶处理，固溶处理温度为535℃，时间为45min，固溶处理水温为55℃；
(5)将固溶处理后的工件进行时效处理，时效处理温度为170℃，时间为5h；
(6)将时效处理后的工件进行抛丸处理抛丸处理所用颗粒为直径φ0.6-φ1.6mm的铝颗粒，铝丸速度为50mm-70mm/s，检验合格，即得铝合金转向节。
实施例2
一种铝合金转向节的锻造方法
(1)以铝合金圆棒做为原材料，铝合金圆棒的规格为φ105mm，铝合金圆棒中元素组成为Si0.92％，Fe0.21％，Cu0.019％，Mn0.63％；Mg0.93％，Cr0.16％，Zn0.011％，Ti0.053％，其余为Al，使用高速锯床将铝合金圆棒切割成长度为340mm的坯料；
(2)将坯料加热到530℃并在530℃下对坯料进行辊锻；辊锻方法为：以机油作为润滑剂，辊锻采用四道次成型，所述四道次成型采用的槽形式为依次为椭圆—圆—椭圆—圆，四道次成型的变形量依次为1.44、1.23、1.61、1.55，辊锻制坯结束后，坯料直径最小处为φ50mm，辊锻过程中辊锻模加热温度为210℃，辊锻主轴旋转速度为45r/min
(3)辊锻后的棒料进行模锻，得到工件；模锻的方法为：模锻分为四个步骤，依次为：压弯、预锻、终锻、切边；四个工步所用的模具安装在同一台压力机上，压力机为4000吨电动螺旋压力机，压弯、预锻、终锻开始锻造前，在模具表面喷涂润滑剂，所用润滑剂为水基石墨润滑剂，模具加热温度为210℃，预锻工位能量为83％，终锻工位能量为52％
(4)将工件进行固溶处理，固溶处理温度为535℃，时间为45min，固溶处理水温为55℃；
(5)将固溶处理后的工件进行时效处理，时效处理温度为170℃，时间为5h；
(6)将时效处理后的工件进行抛丸处理抛丸处理所用颗粒为直径φ0.6-φ1.6mm的铝颗粒，铝丸速度为50mm-70mm/s，检验合格，即得铝合金转向节。
实施例3
一种铝合金转向节的锻造方法
(1)以铝合金圆棒做为原材料，铝合金圆棒的规格为φ105mm，铝合金圆棒中元素组成为Si1％，Fe0.2％，Cu0.012％，Mn0.63％；Mg0.95％，Cr0.16％，Zn0.019％，Ti0.045％，其余为Al，使用高速锯床将铝合金圆棒切割成长度为340mm的坯料；
(2)将坯料加热到535℃并在535℃下对坯料进行辊锻；辊锻方法为：以机油作为润滑剂，辊锻采用四道次成型，所述四道次成型采用的槽形式为依次为椭圆—圆—椭圆—圆，四道次成型的变形量依次为1.44、1.23、1.61、1.55，辊锻制坯结束后，坯料直径最小处为φ50mm，辊锻过程中辊锻模加热温度为210℃，辊锻主轴旋转速度为50r/min
(3)辊锻后的棒料进行模锻，得到工件；模锻的方法为：模锻分为四个步骤，依次为：压弯、预锻、终锻、切边；四个工步所用的模具安装在同一台压力机上，压力机为4000吨电动螺旋压力机，压弯、预锻、终锻开始锻造前，在模具表面喷涂润滑剂，所用润滑剂为水基石墨润滑剂，模具加热温度为210℃，预锻工位能量为80％，终锻工位能量为50％
(4)将工件进行固溶处理，固溶处理温度为535℃，时间为45min，固溶处理水温为55℃；
(5)将固溶处理后的工件进行时效处理，时效处理温度为170℃，时间为5h；
(6)将时效处理后的工件进行抛丸处理抛丸处理所用颗粒为直径φ0.6-φ1.6mm的铝颗粒，铝丸速度为50mm-70mm/s，检验合格，即得铝合金转向节。
对比例1
除固溶处理温度为535℃，时间为45min，水温为55℃；时效处理温度为170℃，时间为3h之外，其他操作均与实施例1相同。
对比例2
除固溶处理温度为515℃，时间为45min，水温为55℃；时效处理温度为170℃，时间为5h之外，其他操作均与实施例1相同。
对比例3
除抛丸采用不锈钢颗粒，直径为φ1.2mm，速度为65mm/s之外，其他操作均与实施例1相同。
对比例4
除抛丸采用铝颗粒，直径为φ1.2mm，速度为90mm/s之外，其他操作均与实施例1相同。
试验例1
测试实施例、对比例1-2的屈服强度、抗拉强度、延展率和晶间腐蚀深度，结果如表1所示。
表1
项目 Rp0.2(MPa) Rm(MPa) A5(％) 晶间腐蚀深度
实施例1 325.4 351.1 11.3 181μm
实施例2 328.6 360.6 10.9 179μm
实施例3 336.3 362.8 10.8 182μm
对比例1 287 323.1 12.1 327μm
对比例2 292.3 326 11.2 336μm
试验例2
测试实施例、对比例3-4的晶间腐蚀深度，结果如表2所示。
表2
项目 晶间腐蚀深度
实施例1 190μm
对比例3 347μm
对比例4 310μm
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种铝合金转向节的锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以铝合金圆棒做为原材料，使用高速锯床将铝合金圆棒切割成长度为340mm的坯料；铝合金圆棒的规格为φ105mm；铝合金圆棒中元素组成为Si0.7-1.3％，Fe≤0.5％，Cu≤0.1％，Mn0.4-1.0％；Mg0.6-1.2％，Cr≤0.25％，Zn≤0.2％，Ti≤0.1％，其余为Al；
(2)将坯料加热到490-540℃并在490-540℃下对坯料进行辊锻；辊锻的操作方法为：以机油作为润滑剂，辊锻采用四道次成型，所述四道次成型采用的槽形式为依次为椭圆—圆—椭圆—圆，四道次成型的变形量依次为1.44、1.23、1.61、1.55，辊锻制坯结束后，坯料直径最小处为φ50mm，辊锻过程中辊锻模加热温度为200℃-300℃，辊锻主轴旋转速度为40-50r/min；
(3)辊锻后的棒料进行模锻，得到工件；模锻的操作方法为：模锻分为四个步骤，依次为：压弯、预锻、终锻、切边；四个工步所用的模具安装在同一台压力机上，压力机为4000吨电动螺旋压力机，压弯、预锻、终锻开始锻造前，在模具表面喷涂润滑剂，所用润滑剂为水基石墨润滑剂，模具加热温度为200-300℃，预锻工位能量为65％-95％，终锻工位能量为45％-65％；
(4)将工件进行固溶处理；
(5)将固溶处理后的工件进行时效处理；
(6)将时效处理后的工件进行抛丸处理，检验合格，即得铝合金转向节。
2.根据权利要求1所述一种铝合金转向节的锻造方法，其特征在于，步骤(4)中所述固溶处理温度为520-540℃，时间为45-60min，固溶处理水温为30-80℃。
3.根据权利要求1所述一种铝合金转向节的锻造方法，其特征在于，步骤(5)中所述时效处理温度为165-175℃，时间为4-6h。
4.根据权利要求1所述一种铝合金转向节的锻造方法，其特征在于，步骤(6)中所述抛丸处理所用颗粒为直径φ0.6-φ1.6mm的铝颗粒，铝丸速度为50mm-70mm/s。
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