TWI752740B - 鋁合金輪圈與其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供之車用鋁合金輪圈，包括：輪圈中心部、輪緣部及複數個徑向元件，其中所述鋁合金輪圈係經由離心鑄造與鍛造加工，以形成輪圈中心部的側向晶粒尺寸變化率由內部往外部具有梯度下降的形貌。

Description

鋁合金輪圈與其製造方法
本揭露係關於一種車用鋁合金輪圈，更特別係關於一種6XXX系列鋁合金輪圈及其鑄鍛合一之製程方法。
6XXX系列鋁合金由於流動特性差不易加工，需先經過連續鑄造法緩慢的將鋁合金製成長條狀鑄造基材，再依需求切割近成產品大小的鑄錠。傳統6XXX系列車用鋁合金圈的製造，從鋁合金鑄錠鍛造到鋁合金輪圈半成品，需經過三道鍛造製程包含:預鍛、粗鍛及細鍛，逐漸成形為一個輪圈初胚。以上每一道的鍛造製程均需使用不同的鍛造機與模具，大幅提高設備投資成本。由於上述6XXX系列鋁合金輪圈製造是直接將實心的鑄造錠鍛造成中空的輪圈胚，鋁合金材料浪費高達70%；且回收的材料須先送回連鑄廠大型熔爐重新熔煉，再送回鍛造廠加工，除了費時，也會大幅提升能源損耗，增加生產成本。
雖然上述的6XXX系列鋁合金鍛造輪圈品質優異，但成本高，一般都用在高級房車或跑車。另一種以AXXX系列鋁合金鑄造的鋁合金輪圈機械性能較低，但成本便宜，一般都用在普通房車。因此，目前的鋁合金輪圈製造技術無法滿足多樣化的輪圈市場需求。
本揭露之一實施例揭示一種車用鋁合金輪圈，其結構包含: 一輪圈中心部；一輪緣部，圍繞該輪圈中心部；以及複數個徑向元件，連接該輪圈中心部與該輪緣部，其中上述之輪圈中心部的側向晶粒尺寸變化率由內部往外部呈現梯度下降。
本揭露之另一實施例揭示一種車用鋁合金輪圈的製造方法，包含以下步驟：提供6XXX系列鋁合金熔湯；將所述鋁合金熔湯澆注於具有輪圈形貌模穴的模具，以利用離心鑄造形成輪圈形貌的鑄胚；對所述鑄胚進行均質化處理；以及對所述鑄胚依序進行細鍛與後加工；得到該鋁合金輪圈。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是依照本發明的實施例之車用6XXX系列鋁合金輪圈半成品的立體剖面示意圖。請參照圖1，本揭露的鋁合金輪圈半成品100主要包含輪圈中心部110、輪盤部120、輪緣部130以及複數個徑向元件140。上述之輪圈中心部110的側向晶粒尺寸變化率由內部往外部呈現梯度下降。
雖然圖1是本發明揭露之用於車用鋁合金輪圈的半成品，但應知經過後續加工處理(如車銑加工、T6熱處理、塗裝)後，所形成的車用鋁合金輪圈是由精密設計得到的輪圈中心部110、輪緣部130以及徑向元件140所組成，且因為後續加工處理並無高溫處理，所以並不影響鋁合金的材料特性，如側向晶粒尺寸及其變化，因此鋁合金輪圈半成品100的輪圈中心部110的側向晶粒尺寸變化一樣會顯現在完成品。
在一些實施例中，車用鋁合金輪圈係使用6XXX系列鋁合金。此外，如圖1所示，鋁合金輪圈半成品100的表面處設為第一區111、鋁合金輪圈半成品100的核心處設為第三區113、第一區111與第三區113之間的區域設為第二區112，則第一區111之晶粒尺寸變化率例如為5%至20%；第二區112之晶粒尺寸變化率例如為25%至45%；第三區113之晶粒尺寸變化率例如為46%至60%。前述「晶粒尺寸變化率」是以「單一區域(第一區111、第二區112或第三區113)的平均晶粒尺寸」為分母、「單一區域之晶粒尺寸的最大值(或最小值)對該區域的平均晶粒尺寸之差異」為分子，所得到的百分比值。在一實施例中，上述鋁合金輪圈半成品100之輪圈中心部110的第一區111之晶粒尺寸變化率為10%；第二區112之晶粒尺寸變化率為40%；第三區113之晶粒尺寸變化率為50%。也就是說，鋁合金輪圈半成品100的表面處(第一區111)的晶粒尺寸分布範圍最小、鋁合金輪圈半成品100的核心處(第三區113)的晶粒尺寸分布範圍最大。
在一些實施例中，上述鋁合金輪圈半成品100之輪圈中心部110的第一區111之晶粒尺寸範圍為90微米至110微米；第二區112之晶粒尺寸範圍為100微米至230微米；第三區113之晶粒尺寸範圍為100微米至300微米。
圖2A是依照本發明的另一實施例之車用鋁合金輪圈製造步驟的示意圖。
請參閱圖2A，本實施例之鋁合金輪圈的製造步驟包含，首先提供6XXX鋁合金熔湯200，其製備方式例如是將鑄錠或塊料放入溶解爐內熔解形成熔湯，然後將所述鋁合金熔湯200澆注於具有輪圈形貌模穴的模具202內(請參閱圖2B的模具結構示意圖)，並利用離心鑄造機（未繪示）旋轉模具202，形成輪圈形貌的鑄胚204。隨後對所述的鑄胚204進行均質化處理；再依序進行細鍛得到更細緻的鋁合金輪圈半成品204’，之後進行後加工處理，以形成鋁合金輪圈206。
在一些實施例中，在鑄胚204進行細鍛之前，還可先對所述鑄胚204進行粗鍛。
在一些實施例中，經離心鑄造之6XXX系列鋁合金可直接淨成形成一具有機械強度與輪圈形貌的鑄胚204。上述鋁合金輪圈206的降伏強度例如大於130 MPa及壓縮率例如大於80%。由於上述實施例揭示的離心鑄造所形成的輪圈形貌鑄胚204之機械特性已可達到傳統以連續鑄造法製造之6XXX系列鋁合金鑄錠的初鍛胚之機械特性標準。因此，本揭露的實施例可取代傳統鋁合金輪圈鍛造之初鍛胚製程，可直接省略預鍛步驟，甚至是粗鍛步驟，而直接以細鍛搭配後加工處理形成鋁合金輪圈206。
在一些實施例中，車用鋁合金輪圈製造僅需8次工序，包含: 鋁合金熔煉(含除氣、除渣)、離心鑄造、均質化、粗鍛、細鍛、車銑加工、T6熱處理以及塗裝。相較之下以傳統連續鑄造鑄錠鍛造法製造6XXX系列鋁合金需多達10次工序，包含: 鋁合金熔煉(含除氣、除渣)、連續鑄造、鑄錠切割、均質化、預鍛、粗鍛、細鍛、車銑加工、T6熱處理以及塗裝。
在一些實施例中，以離心鑄造形成輪圈形貌的鑄胚204，已具輪圈形貌，可省略變形量大的預鍛步驟，僅需進行粗鍛和細鍛就可取得更細緻的鋁合金輪圈半成品204’。相較之下，在傳統6XXX系列鋁合金圈的製造中，於預鍛、粗鍛和細鍛三道鍛造製程時皆會置入模具中才開始鍛造，而第一道的預鍛製程所使用的成形壓力最大，晶粒變形量最多，粗鍛和細鍛只是將輪圈形貌修飾更明顯更美觀，因此傳統6XXX系列鋁合金鍛造鋁圈的晶粒尺寸較均勻也較細緻化，主要歸於第一道預鍛製程的貢獻。本揭露的鋁合金輪圈206，因透過離心鑄造成形出一輪圈形貌之鑄胚204，最後才將輪圈形貌的鑄胚放入模具中進行粗鍛和細鍛加工，粗鍛和細鍛之成形壓力較預鍛小，造成鋁合金輪圈中心部110由內部(第三區113)往外部(第一區111)所承受的成形壓力不相同，內部晶粒加工變形量較低，外部加工變形量較高因此晶粒小於內部晶粒，使鋁合金輪圈206中心部110的微組織呈現外部晶粒較細緻，內部晶粒較粗大的梯度變化。
在一些實施例中，離心鑄造後之6XXX系列鋁合金輪圈形貌的鑄胚204可直接淨成形成一具有機械強度與輪圈形貌的鑄胚，再依序經過粗鍛和細鍛製形成鋁合金輪圈。因此，鋁合金下料到鋁合金輪圈206之平均得料率例如大於40%，可降低鋁合金材料耗損。
在一些實施例中，將6XXX 鋁合金熔湯200澆注於具有輪圈形貌模穴的模具202內之澆鑄溫度例如680至800°C。
在一些實施例中，以旋轉速度例如1200至2500 rpm 進行離心鑄造，以形成輪圈形貌的6XXX鋁合金鑄胚204。
在一些實施例中，上述6XXX鋁合金鑄胚204之均質化處理溫度例如550至590℃，且處理時間例如5至9小時。
以下列舉幾個實驗來驗證本發明實施例的功效，但本發明的範圍並不侷限於以下內容。
實驗例1
將6061系列鋁合金(鑄錠或塊料)放入熔解爐內熔解形成鋁合金熔湯，接著將上述鋁合金熔湯持溫在750°C下，澆注於具有輪圈形貌模穴的模具進行離心鑄法。隨後旋轉凝固上述鋁合金以形成輪圈形貌的鑄胚；實驗中，改變不同離心鑄造的轉速。離心鑄造完成的鑄胚再以溫度為570°C 的均質化熱處理7小時後，利用光學顯微鏡觀察其金相，並測量其緻密度與機械特性。本實驗例的緻密度係以阿基米得法測得每一個樣品之外觀體積，再計算樣品之緻密度。
將上述離心鑄造轉速及其所對應的金相、緻密度與機械特性整理如圖3及表1。
表1
編號 轉速(rpm) UTS (MPa) YS (MPa) El. (%) 緻密度( %)
1 1000 125.4 99.9 7.6 97.8
2 1200 176.8 131.3 9.5 98.6
3 1500 233.1 186.8 16.5 99.7
4 2000 231.8 170.4 15.9 99.6
請參閱圖3，說明本揭露之離心鑄造轉速過低時，無法靠離心力將鋁合金熔湯中的氫氣甩到鑄錠表面，造成氫氣包覆在鑄錠內，影響機械性能和緻密度。詳細結果如表1所示，隨著轉速提升到1500 rpm 以上，鑄錠內氣孔可大幅改善，緻密度可達99.5%以上，抗拉強度大於230、降伏強度大於170MPa以及伸長率大於15%。
實驗例2
將6061系列鋁合金(鑄錠或塊料)放入熔解爐內熔解形成鋁合金熔湯，接著將上述鋁合金熔湯澆注於具有輪圈形貌模穴的模具進行離心鑄造。隨後以固定轉速1500 rpm 旋轉凝固上述鋁合金以形成輪圈形貌的鑄胚；實驗中，改變鋁合金熔湯的澆鑄溫度。接著將離心鑄造完成之鑄胚再以溫度為570°C 的均質化熱處理7小時後，觀察其金相、緻密度與機械特質。
將上述離心鑄造澆鑄溫度及其所對應的金相、緻密度與機械特性整理如圖4及表2。
表2
編號 澆鑄溫度 (°C) UTS (MPa) YS (MPa) El. (%) 緻密度( %)
1 680 205.1 135.1 10.6 98.9
2 730 236.8 176.4 16.9 99.8
3 780 228.4 163.8 14.3 99.3
請參考圖4，說明本揭露之離心鑄造澆鑄溫度過低時，會造成鋁合金熔湯凝固過快，把氫氣包覆在鑄錠內。將澆鑄溫度提升到730°C，鑄錠內氣孔明顯改善，緻密度可達99.8%，抗拉強度大於230 MPa、降伏強度大於170MPa以及伸長率大於16%，如表2所示。
實驗例3
從實驗例1及實驗例2選擇出緻密度達99.5%以上之6061系列鋁合金離心鑄造鑄錠進行壓縮測試。實驗中使用Gleeble3500熱加工模擬系統將鋁合金離心鑄造之鑄錠進行高溫壓縮測試。表3詳細說明實離心鑄造之鑄錠緻密度達99.5%時，測量得到的壓縮率皆可達80%，且並無發現測試片中有損傷。由上述數據得知，離心鑄造之鋁合金鑄錠具有可鍛造性，可省略鍛造的預鍛步驟，直接以粗鍛和細鍛形成鋁合金輪圈。
表3
編號 轉速(rpm) 澆鑄溫度(°C) 緻密度(%) 壓縮率(%)
1 1500 730 99.8 80
2 1500 750 99.7 80
3 2000 750 99.6 80
實驗例4
將6061鋁合金進行離心鑄造形成具輪圈形貌的鑄胚，以570°C均質化熱處理7小時後，再依序經過粗鍛和細鍛製造形成鋁合金輪圈半成品，如圖1所示。
相較於傳統鋁合金圈鍛造製程，本發明揭示的離心鑄造可取代鋁圈鍛造之初鍛胚製程。因此，鋁合金輪圈半成品的加工變形量較低，使輪圈組織的側向晶粒尺寸變化率由內部往外部呈現梯度下降。請參考圖5，說明利用光學顯微鏡觀察鋁合金輪圈半成品的輪圈中心部在側向之不同區域的微結構變化情形。對應到圖1所示的鋁合金輪圈半成品，位於輪圈中心部110 近表面處的第一區111(圖5的(a))之晶粒尺寸最小值是90微米、最大值是110微米、平均晶粒尺寸為100微米，因此根據表4所示的計算方法，第一區111之晶粒尺寸變化率為10%；位於輪圈中心部100 中間處的第二區112(圖5的(b))之晶粒尺寸最小值是100微米、最大值是230微米、平均晶粒尺寸為165微米，所以根據表4所示的計算方法，第二區112之晶粒尺寸變化率為40%；同理，位於輪圈中心部110接近核心的第三區113(圖5的(c))之晶粒尺寸最小值是為100微米、最大值是300微米、平均晶粒尺寸為200微米，因此根據表4所示的計算方法，第三區113之晶粒尺寸變化率為50%。
表4
區域 晶粒尺寸 (微米) 平均晶粒尺寸(A) (微米) 晶粒尺寸差異值(B) (微米) 晶粒尺寸變化率(B/A*100) (%)
111 90至110 100 ± 10 10 %
112 100至 230 165 ± 65 40 %
113 100至300 200 ± 100 50 %
實驗例5
將6061鋁合金進行離心鑄造形成輪圈形貌的鑄胚，再依序經過粗鍛和細鍛加工成輪圈外貌。由於離心鑄造完成的鑄胚已具輪圈形貌，降低了鋁合金材料耗損，本實驗例的平均得料率為48.42%，如表5所示。
表5
下料重(Kg) 成品重(Kg) 得料率(%)
27.5 13.3 48.3%
26.9 12.9 47.9%
27.3 13.2 48.3%
平均得料率 48.2%
比較例1
將6061系列鋁合金(鑄錠或塊料)放入熔解爐內熔解形成鋁合金熔湯;接著將上述鋁合金熔湯持溫在750°C下，澆注於具有輪圈形貌模穴的模具進行離心鑄造機，隨後旋轉凝固上述鋁合金以形成輪圈形貌的鑄胚。實驗中，改變不同離心鑄造轉速。離心鑄造完成之鑄胚再以溫度為570°C的質化熱處理7小時後，觀察其金相、緻密度與機械特質。
將上述離心鑄造轉速及其所對的金相、緻密度與機械特性整理如圖6及表6。
表6
編號 轉速(rpm) UTS (MPa) YS (MPa) El. (%) 緻密度 （%）
1 2500 121.2 96.6 5.8 95.2
2 3000 113.1 93.7 4.3 92.3
3 3500 109.7 92.2 3.6 91.7
請參考圖6，說明本揭露的離心鑄造轉速過快時，由於6061系列之鋁合金熔湯的流動性差，熔湯溫度會下降過快，使熔湯快速凝固，造成填充性變差，鑄錠內部易殘留大孔洞，影響機械性能和緻密度，表6顯示隨著轉速高達3500 rpm，鑄錠孔洞變大，使鋁合金的緻密度降低，機械性能變差。
比較例2
將傳統連續鑄造製程取得之6061鋁合金鑄錠(鑄造溫度:687~693 °C，鑄造壓力:8,500 pounds/hr，鑄造速率:1.2~1.3 m/min)，以570°C進行均質化熱處理7小時後，觀察其金相、緻密度與機械特性。
將上述連續鑄造製程及其所對的金相、緻密度與機械特質整理如圖7及表7。
表7
UTS (MPa) YS (MPa) El. (%)
1 147.3 70.2 15.6
2 148.2 68.5 17.4
3 144.6 72.2 16.9
平均 146.7 70.3 16.6
相對於本發明揭露的離心鑄造，以傳統連續鑄造製程所取得之6061鋁合金鑄錠，除了伸長率大於15%以及壓縮為99.1%，其他機械性質均低，其中抗拉強度均小於150MPa、降伏強度平均為70Mpa。
因此，以連續鑄造形成的鋁合金鑄錠，均質化處理後，必須再經過三道鍛造製程(細鍛+粗鍛+細鍛)才能達到鋁合金輪圈半成品所需之機械特性標準。
比較例3
將6061鋁合金依傳統鋁圈鍛造製程所取得之連續鑄造鑄錠後(鑄造溫度:687~693˚C，鑄造壓力:8,500 pounds/hr，鑄造速率:1.2~1.3 m/min)，以570°C均質化熱處理7小時後，依序進行預鍛、粗鍛和細鍛成形，以獲得鋁合金輪圈半成品。接著，利用光學顯微鏡觀察鋁圈的微結構變化，如圖8所示。
傳統鋁圈鍛造製程，由於須經過3道次封閉式鍛造加工，鋁圈加工變形量較高。對應到圖1所示的鋁合金輪圈半成品100，輪圈中心部110的第一區111、第二區112及第三區113從外部到內部皆呈現細緻且均一的晶粒，晶粒尺寸均約80至100微米。比較例3說明鋁合金輪圈的輪圈中心部在側向不同區域的晶粒尺寸均相同。
根據表8所揭示的計算方法，可取得第一區111、第二區112以及第三區113的晶粒尺寸變化率為均相同的11.11%。
表8
區域 晶粒尺寸 (微米) 平均晶粒尺寸(A) (微米) 晶粒大小差異值(B) (微米) 晶粒大小變化率(B/A*100) (%)
111 80至100 90 ± 10 11.11%
112 80至 100 90 ± 10 11.11%
113 80至100 90 ± 10 11.11%
比較例4
將6061鋁合金依照傳統連續鑄製程形成的鑄錠，初鍛出輪圈形貌的鑄胚，再依序經過粗鍛、細鍛和後加工獲得成品，平均材料耗損達約68%，如表9所示。
表9
下料重 (kg) 成品重 (kg) 得料率(%)
36.6 12.82 35.03%
41.2 13.46 32.67%
42.0 12.72 30.29%
36.0 13.16 36.56%
41.2 14.35 34.83%
32.37 9.9 30.58%
37.4 11.3 30.21%
34.4 10.55 30.67
34.8 11.3 32.47%
平均得料率 32.59%
綜上所述，本發明揭露離心鑄造與鍛造之優勢，提出一鑄鍛合一形成的鋁合金輪圈以及其製程方法，以提供價格合宜、機械性能優越，同時又可解決既有鍛造製程得料率過低之問題。
雖然本揭露已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、204’:鋁合金輪圈半成品 110:輪圈中心部 111:輪圈中心部的第一區 112:輪圈中心部的第二區 113:輪圈中心部的第三區 120:輪盤部 130:輪緣部 140:徑向元件 200:鋁合金熔湯 202:模具 204:鑄胚 206:鋁合金輪圈
圖1是依照本發明的實施例之6XXX系列鋁合金輪圈半成品的立體剖面示意圖。 圖2A是依照本發明的另一實施例之車用鋁合金輪圈製造步驟的示意圖。 圖2B是圖2A的模具結構的剖面示意圖。 圖3是依照本發明的實驗例1之6XXX系列鋁合金輪圈的製造方法所對應的金相微結構圖。 圖4是依照本發明的實驗例2之6XXX系列鋁合金輪圈的製造方法所對應的金相微結構圖。 圖5是依照本發明的實驗例4之6XXX系列鋁合金輪圈的製造方法所對應的金相微結構圖。 圖6是依照本發明的比較例1之6XXX系列鋁合金輪圈的製造方法所對應的金相微結構圖。 圖7是依照本發明的比較例2之6XXX系列鋁合金輪圈的製造方法所對應的金相微結構圖。 圖8是依照本發明的比較例3之6XXX系列鋁合金輪圈的製造方法所對應的金相微結構圖。
100:鋁合金輪圈半成品
110:輪圈中心部
111:輪圈中心部的第一區
112:輪圈中心部的第二區
113:輪圈中心部的第三區
120:輪盤部
130:輪緣部
140:徑向元件

Claims (10)

  1. 一種車用鋁合金輪圈，包含：一輪圈中心部；一輪緣部，圍繞所述輪圈中心部；以及複數個徑向元件，連接所述輪圈中心部與所述輪緣部，其中所述輪圈中心部的側向晶粒尺寸變化率由內部往外部呈現梯度下降，其中所述輪圈中心部包含第一區、第二區與第三區，所述第一區位於所述輪圈中心部的表面處，所述第三區位於所述輪圈中心部的核心處，所述第二區位於所述第一區與所述第三區之間，且所述第一區之晶粒尺寸變化率為5%至20%；所述第二區之晶粒尺寸變化率為25%至45%；以及所述第三區之晶粒尺寸變化率為46%至60%。
  2. 如請求項1所述的車用鋁合金輪圈，其中所述車用鋁合金輪圈係6XXX系列鋁合金。
  3. 一種車用鋁合金輪圈的製造方法，包含以下步驟：提供6XXX鋁合金熔湯；將所述鋁合金熔湯澆注於具有輪圈形貌模穴的模具，以利用離心鑄造形成輪圈形貌的鑄胚；對所述鑄胚進行均質化處理；以及對所述均質化處理的所述鑄胚依序進行細鍛與後加工，得到所述車用鋁合金輪圈，其中所述車用鋁合金輪圈，包含：一輪圈中心部； 一輪緣部，圍繞所述輪圈中心部；以及複數個徑向元件，連接所述輪圈中心部與所述輪緣部，其中所述輪圈中心部的側向晶粒尺寸變化率由內部往外部呈現梯度下降，其中所述輪圈中心部包含第一區、第二區與第三區，所述第一區位於所述輪圈中心部的表面處，所述第三區位於所述輪圈中心部的核心處，所述第二區位於所述第一區與所述第三區之間，且所述第一區之晶粒尺寸變化率為5%至20%；所述第二區之晶粒尺寸變化率為25%至45%；以及所述第三區之晶粒尺寸變化率為46%至60%。
  4. 如請求項3所述的車用鋁合金輪圈的製造方法，其中在所述鑄胚進行細鍛之前，更包括先對所述鑄胚進行粗鍛。
  5. 如請求項3所述的車用鋁合金輪圈的製造方法，其中所述車用鋁合金輪圈的製程工序小於等於8次。
  6. 如請求項3所述的車用鋁合金輪圈的製造方法，其中所述車用鋁合金輪圈的降伏強度大於130MPa。
  7. 如請求項3所述的車用鋁合金輪圈的製造方法，其中所述車用鋁合金輪圈的平均得料率為大於40%。
  8. 如請求項3所述的車用鋁合金輪圈的製造方法，其中所述鋁合金熔湯的澆鑄溫度為680至800℃。
  9. 如請求項3所述的車用鋁合金輪圈的製造方法，其中所述離心鑄造的旋轉速度為1200至2500rpm。
  10. 如請求項3所述的車用鋁合金輪圈的製造方法，其中所述均質化處理的溫度為550至590℃，且處理時間為5至9小時。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010026780A1 (ja) * 2008-09-05 2010-03-11 ワシ興産株式会社 押出しによるホイールの製造方法及びホイール
TW201143930A (en) * 2010-02-02 2011-12-16 Washi Kosan Kk Forge billet, light-metal-made wheel and method of making them
CN105937003A (zh) * 2016-06-29 2016-09-14 贵州华科铝材料工程技术研究有限公司 一种替代qt500大直径传动轮盘的铝合金材料及其离心铸造成型方法
CN110695278A (zh) * 2019-11-28 2020-01-17 西南铝业（集团）有限责任公司 2014铝合金航空精密轮毂模锻件的预压件制作方法
CN111687395A (zh) * 2019-03-14 2020-09-22 通用电气公司 铸造合金中的多种材料和微观结构
CN111770840A (zh) * 2018-01-12 2020-10-13 阿库莱德公司 铝轮和制造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA89987B (en) 1988-02-22 1989-10-25 Phillips Petroleum Co Method and apparatus of measuring the interface level between liquid and other fluid
JP2891356B2 (ja) 1988-10-17 1999-05-17 保夫 米田 チタンまたはチタン基合金の鋳造法
GB9413631D0 (en) 1994-07-06 1994-09-14 Inco Engineered Prod Ltd Manufacture of forged components
JP2001252754A (ja) 2000-03-09 2001-09-18 Hitachi Metals Ltd アルミホイール及びその製造方法
TW534843B (en) 2001-12-24 2003-06-01 Metal Ind Res & Dev Ct Manufacturing method for vacuum chamber of aluminum alloy by centrifugal casting
TWI224985B (en) 2002-12-05 2004-12-11 Chung Shan Inst Of Science A method of casting for materials comprising an amorphous alloy matrix structure
US9574684B1 (en) 2009-08-17 2017-02-21 Ati Properties Llc Method for producing cold-worked centrifugal cast composite tubular products
US8141615B1 (en) 2009-08-21 2012-03-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Aluminum engine cylinder liner and method
TWI491456B (zh) 2013-05-17 2015-07-11 Fs Prec Tech Co Ltd 真空離心鑄造方法及其裝置
DE102015211718B4 (de) 2015-06-24 2020-12-03 MTU Aero Engines AG Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von TiAl-Schmiedebauteilen
CN106238633B (zh) 2016-08-31 2017-12-12 吕天保 一种轮辋环轧成型设备及方法
CN107164659A (zh) 2017-03-23 2017-09-15 广州鼎盛合金铸造有限公司 一种高性能耐磨合金件的配方及其生产工艺
CN111114197B (zh) 2019-11-15 2021-10-22 张译 双金属制动毂外壳、钢制车轮、筒形钢制部件及其制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010026780A1 (ja) * 2008-09-05 2010-03-11 ワシ興産株式会社 押出しによるホイールの製造方法及びホイール
TW201143930A (en) * 2010-02-02 2011-12-16 Washi Kosan Kk Forge billet, light-metal-made wheel and method of making them
CN105937003A (zh) * 2016-06-29 2016-09-14 贵州华科铝材料工程技术研究有限公司 一种替代qt500大直径传动轮盘的铝合金材料及其离心铸造成型方法
CN111770840A (zh) * 2018-01-12 2020-10-13 阿库莱德公司 铝轮和制造方法
CN111687395A (zh) * 2019-03-14 2020-09-22 通用电气公司 铸造合金中的多种材料和微观结构
CN110695278A (zh) * 2019-11-28 2020-01-17 西南铝业（集团）有限责任公司 2014铝合金航空精密轮毂模锻件的预压件制作方法

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