CN116145055A - 铝合金车轮的铸造及热处理一体化制造方法及流水线设备 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金车轮的铸造及热处理一体化制造方法，包括：将690～710℃铝合金液利用压缩空气压入铝合金车轮模具型腔，成形并冷却至100～300℃后打开模具取出铝合金车轮铸件；（2）将100～300℃的铸件直接进入热处理炉内加热到540～550℃；（3）将铸件在540～550℃的温度下保持不少于240分钟；（4）将铸件出炉在30s内放在70～90℃的水中淬火180秒；（5）将淬火完毕的铸件在室温下放置24～48小时；（6）将铸件再进入热处理炉内加热到150～160℃；（7）将铸件在150～160℃下保温不少于180分钟；以及（8）将铸件在空气中冷却到室温。还相应提供一种生产流水线设备，由此所铸造的铸件在经热处理后可得到良好的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件铸造领域，具体地涉及一种铝合金车轮的铸造、热处理一体化制造方法以及用于铝合金车轮铸件的热处理的生产流水线设备。
背景技术
目前，汽车车轮主要使用铝合金来进行制造，并且铸造成形占据了主要的地位。在铸造铝合金车轮的加工制造过程中，铸造成形和热处理是很重要的环节，直接决定了铝合金车轮的力学性能和内部组织。本发明的工艺出现之前，也有关于铝合金车轮的铸造、热处理工艺，但铸造、热处理分工序制造，铸造成形冷却后再加热进行热处理，造成能源浪费和变形量增加。
发明内容
因此，本发明的目的是设计一种铝合金车轮铸造热处理一体化制造工艺，可以获得足够高的强度，并且保持适当塑性，改善铝合金车轮组织和力学性能及切削加工性能。
在本发明的一个方面，提供了一种铝合金车轮的铸造及热处理一体化制造方法，其包括步骤：1）将从铝合金车轮模具取出的铝合金车轮铸件进入第一热处理炉内加热到540～550℃；2）将所述铝合金车轮铸件在540～550℃的温度下保持不少于240分钟；3）将所述铝合金车轮铸件放在70～90℃的淬火介质中淬火180秒；4）将所述淬火完毕的铝合金车轮铸件在室温下放置24～48小时；5）将所述铝合金车轮铸件在第二热处理炉内加热到150～160℃；6）将所述铝合金车轮铸件在150～160℃下保温不少于180分钟；以及7）将所述铝合金车轮铸件在空气中冷却到室温。
在本发明一个优选的方面，在步骤1）之前还包括步骤0）：将690～710℃铝合金液利用压缩空气压入所述铝合金车轮模具的型腔，在所述型腔内成形。
在本发明一个优选的方面，在所述步骤0），铝合金液在所述型腔内成形后冷却至100～300℃后，打开所述铝合金车轮模具取出铝合金车轮铸件。
在本发明一个优选的方面，在所述步骤1），将所述100～300℃的铝合金车轮铸件直接进入所述热处理炉内加热到540～550℃。
在本发明一个优选的方面，在所述步骤2）以均匀加热的方式使车轮中心和表面及各部位均达到540～550℃的温度范围。
在本发明一个优选的方面，在所述步骤3）将所述铝合金车轮铸件从所述第一热处理炉在30s内出炉放到70～90℃的淬火介质水中。
在本发明一个优选的方面，在所述步骤3）中，对淬火介质水进行搅拌。
在本发明一个优选的方面，提供一种生产流水线设备，能够用于实现任一项上述的方法，包括：低压铸造机，用于将690～710℃铝合金液利用压缩空气压入铝合金车轮模具的型腔，在所述型腔内成形并能够冷却至100～300℃；用作第一热处理炉的固熔炉，用于将所述铝合金车轮铸件保持于540～550℃的温度；淬火水槽，用于以设定为70～90℃的温度对所述铝合金车轮铸件淬火；用作第二热处理炉的时效炉，用于将所述铝合金车轮铸件加热到150～160℃的温度；传送装置，用于在铝合金车轮低压铸造成形后将铝合金车轮铸件依次运送到所述固熔炉、所述淬火水槽、所述时效炉和用于室温下放置所述铝合金车轮铸件的空冷停留装置。
在本发明一个优选的方面，所述淬火水槽包括搅拌装置。
在本发明一个优选的方面，所述传送装置设置成用于将低压铸造机中成形的铝合金车轮铸件送入所述固熔炉中，和/或，在所述固熔炉中达到540～550℃之后在所述固熔炉中停留至少240分钟，在所述淬火水槽中停留180秒，以及在所述时效炉中所述铝合金车轮铸件的温度达到150～160℃后停留至少180分钟。
根据本发明的技术方案，可以确保加热均匀，使车轮中心和表面及各部位均达到要求的下限温度以上；在保温过程中，可使车轮温度始终在要求的温度上下限范围内；在淬火过程中，车轮可以控制在30秒以内的方式从固溶炉快速转移到淬火池中，从而在转移过程中，车轮温度即使下降也不至于使固溶相析出；在时效炉的再加热过程中，可确保加热均匀，使车轮中心和表面及各部位均达到要求的下限温度以上；在随后的保温过程中，可使车轮温度始终在要求的温度上下限范围内。
而且，本发明的方法和生产流水线设备通过正交试验优化设计，使得铝合金车轮铸件经热处理后可以得到良好的抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度，其对力学性能的改进优于本领域目前所采用的其他方法。
附图说明
图1示意性地示出根据本发明实施例的铝合金车轮铸造热处理一体化制造工艺流程图。
具体实施方式
在此所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例而不是本发明的全部实施例，应理解本发明不受这里描述的示例实施例的限制。对于本发明实施例中提及的任一部件或结构，在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下，一般可以理解为一个或多个。本发明对各个实例的描述着重强调各个实例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。而且本文中所陈述的任何数值范围旨在包括其中包含的所有子范围，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。另外本发明中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
下面，详细地描述根据本发明的示例实施例的铝合金车轮铸造热处理一体化制造工艺。
<实施例1>
承接某A汽车公司的某款车轮的生产任务。该车轮采用低压铸造方法生产毛坯（对应于铝合金车轮铸件）并且随后按照本发明的方法来进行热处理。具体使用的方法如下：1）将铝合金车轮铸件加热到540～550℃；2）将所述铝合金车轮铸件在540～550℃的温度下保持240分钟；3）将所述铝合金车轮铸件放在70～90℃的水中淬火180秒；4）将所述淬火完毕的铝合金车轮铸件在室温下放置24小时；5）将所述铝合金车轮铸件加热到150～160℃；6）将所述铝合金车轮铸件在150～160℃下保温180分钟；以及7）将所述铝合金车轮铸件在空气中冷却到室温。在步骤3）中对淬火介质水进行搅拌使其温度尽可能均匀。在本实施例的方法中所涉及到的温度范围是指在各处分布的温度传感器的温度均在所指示的温度范围内。在所使用的炉中的设置过程中，不可能所有位置的温度均相同，而是在一个温度的分布范围内。
经热处理，在本申请人的试验车间生产了1000只车轮，该车轮的力学性能如下。
表1：实施例1所述车轮的力学性能：
生产得到的车轮符合A汽车公司的设计要求，并且获得了客户的好评。
<实施例2>
承接某B汽车公司的某款车轮的生产任务。该车轮采用低压铸造方法生产毛坯并且随后按照本发明的方法来进行热处理。具体使用的方法如下：1）将铝合金车轮铸件加热到540～550℃；2）将所述铝合金车轮铸件在540～550℃的温度下保持240分钟；3）将所述铝合金车轮铸件放在70～90℃的水中淬火180秒；4）将所述淬火完毕的铝合金车轮铸件在室温下放置24～48小时；5）将所述铝合金车轮铸件加热到150～160℃；6）将所述铝合金车轮铸件在150～160℃下保温180分钟；以及7）将所述铝合金车轮铸件在空气中冷却到室温。在步骤3）中对淬火介质水进行搅拌使其温度尽可能均匀。在本实施例的方法中所涉及到的温度范围是指温度传感器的温度均在所指示的温度范围内。在所使用的炉中的设置过程中，不可能所有位置的温度均相同，而是在一个温度的分布范围内。
经热处理，在本申请人的试验车间生产了1000只车轮，该车轮的力学性能如下。
表2：实施例2所述车轮的力学性能：
生产得到的车轮符合B公司的设计要求，并且获得了客户的好评。
<实施例3>
在根据本发明的铸造及热处理的一体化制造方法中，在步骤1）之前还可包括步骤0）：将690～710℃铝合金液利用压缩空气压入铝合金车轮模具型腔，在模具型腔内成形并冷却至100～300℃后打开模具取出铝合金车轮铸件。
可选地，通过后述的用于铝合金车轮铸件的热处理的生产流水线设备，在步骤1）将100～300℃的铝合金车轮铸件直接进入热处理炉内加热到540～550℃。可以设置成在步骤3）中将所述铝合金车轮铸件从保温状态转移到淬火池（例如淬火水槽）中的时间在30秒之内。此外，在步骤2）中的保温操作，需要使得车轮在保温阶段温度始终在540-550℃范围内。在步骤（6）的保温过程中，使车轮温度始终在温度150-160℃范围内。
<实施例4>
根据本发明的用于铝合金车轮铸件的热处理的生产流水线设备，包括：固熔炉，所述固熔炉的温度可设定为540～550℃；淬火水槽，可装有洁净的水，并将温度设定为70～90℃；时效炉，所述时效炉的温度可设定为150～160℃；铝合金车轮的传送装置，可将铸造铝合金车轮依次运送到固熔炉、淬火水槽、时效炉。
其中，固熔炉优选地邻近低压铸造机设置，以将低压铸造机中成形的铝合金车轮铸件直接或快速送入所述固熔炉中，此时可例如利用传送装置，但不限于此。所述传送装置可设置为在固熔炉中铝合金车轮达到540～550℃之后在固熔炉中保温至少240分钟，在淬火水槽中停留180秒；出炉后在室温下放置于例如空冷停留装置24～48小时；以及在时效炉中铝合金车轮的温度达到150～160℃后在时效炉中保温至少180分钟。
在此，上述的第一、第二热处理炉根据需要也可以设为同一热处理炉，而且，淬火介质当然并不限于水。淬火水槽可包括搅拌装置用于对淬火介质进行搅拌。
<技术效果>
本发明人还基于例如A356.2铸造铝合金进行了大量对比试验。对比试验表明，在步骤2）中，固溶温度越高，越接近共晶转变温度或固相线温度，淬火的效果越好，但如果炉子温度控制不好会增大过烧的风险；固溶保温时间取决于强化相溶入ɑ固溶体中所需要的时间。在步骤6）中，时效温度越高，时间越长，强度、硬度越高，但塑性会下降；时效温度越低，时间越短，强度、硬度越低，但塑性会高；在较高的温度下短保温时间或较低的温度下长时间保温，都可以得到要求的力学性能，通过正交试验找到温度时间最佳组合。在步骤3）中，淬火介质水中增加搅拌，即可以增加水温的均匀性，又可以增加车轮的冷却速率，提高固溶效果。本发明人经分析认为，基于A356.2铸造铝合金的多相亚共晶组织特征为：铸态A356.2铸造铝合金固溶体晶粒周围存在粗大的共晶组织；固溶体内部固溶相浓度不均匀和存在第二相质点，从而可以通过如下方式，改变A356.2铸造铝合金的组织状态，达到改善力学性能的目的。具体地，在A356.2铸造铝合金中，Si或金属间化合物在ɑ固溶体内的溶解度随温度的下降而减少，通过将A356.2铸造铝合金车轮加热到尽可能高的温度，并在该温度下保持足够长的时间，可使强化相充分溶入ɑ固溶体内，强化相在ɑ固溶体内达到最大的溶解度，随后快速冷却，使高温时的固溶体呈过饱和状态保留到室温。这种过饱和固溶体是一种亚稳定状态，随放置时间的增长，过饱和固溶体分解和扩散，温度越高，分解和扩散速率越大。为了连续生产的需要，将A356.2铸造铝合金车轮加热到一定的温度，加速过饱和固溶体分解和扩散，并保持一定的时间，使A356.2铸造铝合金的结晶点阵结构恢复到较稳定的状态，从而可改变A356.2铸造铝合金的组织状态，达到改善力学性能的目的。
尽管已经参考各种具体实施例描述了本发明，但是应当理解，可以在所描述的发明构思的精神和范围内做出变形。因此，意图是本发明不限于所描述的实施例，而是将具有由所附权利要求的语言所定义的全部范围。
Claims (10)
1.一种铝合金车轮的铸造及热处理一体化制造方法，其特征在于，包括步骤：1）将从铝合金车轮模具取出的铝合金车轮铸件进入第一热处理炉内加热到540～550℃；2）将所述铝合金车轮铸件在540～550℃的温度下保持不少于240分钟；3）将所述铝合金车轮铸件放在70～90℃的淬火介质中淬火180秒；4）将所述淬火完毕的铝合金车轮铸件在室温下放置24～48小时；5）将所述铝合金车轮铸件在第二热处理炉内加热到150～160℃；6）将所述铝合金车轮铸件在150～160℃下保温不少于180分钟；以及7）将所述铝合金车轮铸件在空气中冷却到室温。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1）之前还包括步骤0）：将690～710℃铝合金液利用压缩空气压入所述铝合金车轮模具的型腔，在所述型腔内成形。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤0），铝合金液在所述型腔内成形后冷却至100～300℃后，打开所述铝合金车轮模具取出铝合金车轮铸件。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤1），将所述100～300℃的铝合金车轮铸件直接进入所述热处理炉内加热到540～550℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2）以均匀加热的方式使车轮中心和表面及各部位均达到540～550℃的温度范围。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤3）将所述铝合金车轮铸件从所述第一热处理炉在30s内出炉放到70～90℃的淬火介质水中。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤3）中，对淬火介质水进行搅拌。
8.一种生产流水线设备，能够用于实现根据权利要求1～8中任一项所述的方法，其特征在于，所述生产流水线设备包括：低压铸造机，用于将690～710℃铝合金液利用压缩空气压入铝合金车轮模具的型腔，在所述型腔内成形并能够冷却至100～300℃；用作第一热处理炉的固熔炉，用于将所述铝合金车轮铸件保持于540～550℃的温度；淬火水槽，用于以设定为70～90℃的温度对所述铝合金车轮铸件淬火；用作第二热处理炉的时效炉，用于将所述铝合金车轮铸件加热到150～160℃的温度；传送装置，用于在铝合金车轮低压铸造成形后将铝合金车轮铸件依次运送到所述固熔炉、所述淬火水槽、所述时效炉和用于室温下放置所述铝合金车轮铸件的空冷停留装置。
9.根据权利要求8所述的生产流水线设备，其特征在于，所述淬火水槽包括搅拌装置。
10.根据权利要求8所述的生产流水线设备，其特征在于，所述传送装置设置成用于将低压铸造机中成形的铝合金车轮铸件送入所述固熔炉中，和/或，在所述固熔炉中达到540～550℃之后在所述固熔炉中停留至少240分钟，在所述淬火水槽中停留180秒，以及在所述时效炉中所述铝合金车轮铸件的温度达到150～160℃后停留至少180分钟。
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