一種高強鋁銅合金車輪材料及液態(tài)模鍛成型方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高強鋁銅合金車輪材料及液態(tài)模鍛成型方法，其組分及各組分的重量百分比范圍分別為：Cu:4.5-5.5％；Mn:0.3-0.5％；Ti:0.15-0.35％；V:0.05-0.3％；Zr:0.05-0.2％；B:0.005-0.06％；Cd:0.01-0.3％；Nd:0.01-0.2％；Er:0.01-0.1％；余量為Al。本發(fā)明制造的液態(tài)模鍛鋁銅合金車輪綜合力學性能好，產(chǎn)品合格率高，所制車輪解剖抗拉強度大于400MPa，屈服強度大于300MPa，延伸率大于10％，滿足了重載汽車的技術要求；尤其是在此合金配方中加入了少量的稀土元素Er，使鋁銅合金材料組織得到進一步細化，產(chǎn)品綜合性能明顯提升；同時，由于稀土元素Nd和晶粒細化元素Ti、Zr、B的加入，有效避免了鋁銅合金凝固時的熱裂現(xiàn)象，使車輪液態(tài)模鍛成型合格率大幅度提升。
【專利說明】一種高強鋁銅合金車輪材料及液態(tài)模鍛成型方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車車輪材料及加工領域，涉及鋁銅合金車輪的制備技術，尤其是一種高強鋁銅合金車輪材料及液態(tài)模鍛成型方法。
【背景技術】
[0002]鋁合金車輪具有重量輕、轉動慣性小、散熱快的優(yōu)點，對汽車節(jié)能、減少尾氣排放、減少輪胎爆裂 事故、提高汽車安全性等具有良好作用，在轎車行業(yè)得到廣泛應用。然而，卡車、客車等重載汽車載重大、安全性要求高，普通鑄造鋁合金車輪難以滿足使用要求。目前歐美等發(fā)達國家和地區(qū)商用重載汽車普遍采用鍛壓鋁合金車輪，其市場占有率40%以上，市場潛力巨大；而中國重載汽車還在使用鋼制車輪，鋁合金車輪領域還是空白。
[0003]鍛造鋁合金車輪具有組織致密度高、力學性能優(yōu)良等優(yōu)點，可以滿足重載汽車車輪使用要求；但存在制造成本高、材料利用率低、生產(chǎn)效率低等不足，限制鍛造鋁合金車輪在重載汽車領域的普及使用。液態(tài)模鍛車輪具有易成型、組織致密度高、力學性能高、生產(chǎn)效率高、材料利用率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，可彌補普通鑄造鋁合金車輪和鍛造車輪的不足，具有廣闊的市場發(fā)展前景。然而，常規(guī)鋁合金液態(tài)模鍛車輪還達不到固態(tài)鍛造車輪性能水平，不能全面滿足重載汽車性能要求。
[0004]高強鑄造鋁銅合金為性能最高的鑄造鋁合金系列，其抗拉強度可以達到450MPa以上，達到甚至超過6061鍛造鋁合金性能水平。然而，高強鑄造鋁銅合金具有塑性差、熱裂傾向性大、鑄造流動性差等弱點，多數(shù)情況下限于砂型鑄造件使用。
[0005]通過檢索，發(fā)現(xiàn)鋁銅合金的產(chǎn)品及制備工藝，但沒有發(fā)現(xiàn)模鍛乃至液態(tài)模鍛制作車輪產(chǎn)品公開專利文獻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種專用高強鋁銅合金材料及重載汽車車輪液態(tài)模鍛成型方法，采用該專有合金配方及液態(tài)模鍛技術生產(chǎn)的車輪具有組織致密度高、工藝流程短、成品率高、成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，所制車輪解剖抗拉強度大于400MPa，屈服強度大于300MPa，延伸率大于10%，滿足了重載汽車的技術要求。
[0007]本發(fā)明解決其技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的:
[0008]一種高強鋁銅合金車輪材料，其組分及各組分的重量百分比范圍分別為:
[0009]Cu:4.5-5.5% ；Mn:0.3-0.5% ；T1:0.15-0.35% ；V:0.05-0.3% ；Zr:0.05-0.2% ；Β:0.005-0.06% ；Cd:0.01-0.3% ；Nd:0.01-0.2% ；Er:0.01-0.1% ;余量為 Al。
[0010]一種采用上述鋁銅合金車輪材料制備重載汽車用鋁銅合金車輪的液態(tài)模鍛成型方法，工藝步驟為:
[0011]⑴制備鋁銅合金材料，按照上述各組分的重量配比制備專用鋁銅合金材料；
[0012]⑵鋁銅合金熔煉，將上述鋁銅合金熔化至700-740°C ；
[0013]⑶定量取液:經(jīng)精煉處理后，將溫度調(diào)整為690_730°C，采用定量取液勺進行轉液，該定量取液勺上部制有一個限制定量重量的液流槽來實現(xiàn)定量取液，定量澆注取液勺為冶金行業(yè)的現(xiàn)有技術，其結構不再給出；
[0014]⑷過濾:用定量取液勺將溫度為690_730°C的定量鋁合金熔液澆注到流槽漏斗中，經(jīng)漏斗過濾后澆注到模具中；
[0015](5)液態(tài)模鍛，將液態(tài)模鍛鋁銅合金車輪模具的上、下模分別固定在液鍛設備的上、下模架上，將經(jīng)過濾后的鋁銅液澆注到280-380°C的模具中，然后凸模下行加壓充型；加壓速度為l-20mm/s，比壓為100_200MPa，保壓時間60_200s后出模冷卻，獲得鋁銅合金車輪毛坯，對鋁銅合金車輪毛坯進行鉆中心孔處理；
[0016](6)固溶處理，固溶處理工藝為將經(jīng)轉中心孔處理后的鋁銅合金車輪送入固溶爐，538±5°C，保溫 16-20 小時，60_80°C水冷；
[0017](7)時效強化，將完成固溶處理的鋁銅合金車輪送入時效爐進行時效強化處理，時效強化工藝為160-180°C，保溫4-6小時后，出爐自然冷卻；
[0018](8)機械加工，采用專用機床依次進行內(nèi)外表面機械加工、鉆風孔、螺栓孔后，得到尺寸合格的商用車輪外觀結構；
[0019](9)表面處理，對車輪進行表面處理，完成表面處理后進行檢查，獲得合格的重載汽車鋁銅合金車輪。
[0020]而且，所述步驟(5)中，在使用液態(tài)模鍛的模具時，首先對該模具進行火焰加熱至2000C以上，然后在模具表面均勻噴涂一層油性石墨涂料。
[0021 ] 而且，所述步驟(5)中，在澆注鋁銅合金熔液前，要保證上、下模具具有一個自下而上的正溫度梯度，即輪心部位280-320°C，外輪緣部位310-340°C，輪輞部位330_360°C，上輪緣部位350-380°C。
[0022]而且，所述步驟⑶中，表面處理工藝步驟依次為:水洗-堿洗-水洗-水洗-酸洗-水洗-水洗-鈍化-水洗-水洗-烘干。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0024]1、本發(fā)明利用專用鋁銅合金配方，在傳統(tǒng)鋁銅合金基礎上加入了微量合金細化元素T1、Zr、B和稀土元素Nd、Er,明顯改善了材料的工藝性能，克服了鋁銅合金流動性差、鑄造熱裂、液鍛成型困難的問題，使液鍛車輪良品率大幅度提高。
[0025]2、本發(fā)明采用液態(tài)模鍛成型工藝制造高強鋁銅合金車輪，克服了傳統(tǒng)重力鑄造或低壓鑄造鋁銅合金車輪組織致密度低、疏松缺陷多的弱點，使鋁銅合金熔液在高壓下凝固結晶，所制備的車輪組織致密度高、組織細小均勻、車輪產(chǎn)品力學性能和疲勞性能大幅度提升；車輪抗拉強度大于400MPa，屈服強度大于300MPa，延伸率大于10%，超過鍛造車輪力學性能水平。
[0026]3、本發(fā)明采用液態(tài)模鍛成型工藝所生產(chǎn)的車輪滿足重載汽車的使用要求，比普通鋼制車輪減重60%以上，替代鋼制車輪產(chǎn)品，可以明顯降低油耗、減少尾氣污染，提高車輪對輪胎的散熱能力，減少由于車輛高速運行過程中輪胎溫升而產(chǎn)生的輪胎爆裂等惡性事故的發(fā)生，為車輛安全運行提供了可靠的保障。
[0027]4、本發(fā)明克服了現(xiàn)有固態(tài)鍛造成型工藝復雜、周期長、成品率低、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高的缺點，明顯降低了生產(chǎn)成本，使鋁銅合金車輪在重載汽車上廣泛應用成為可能。
[0028]5、本發(fā)明制造的液態(tài)模鍛鋁銅合金車輪可以替代鍛造鋁合金車輪，滿足高檔乘用車以及大、中巴車對鋁銅合金車輪向大直徑、輕量化、高強度發(fā)展的要求，提高汽車行駛過程中的舒適度。
【具體實施方式】
[0029]下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。
[0030]實施例1:
[0031]一種重載汽車用鋁銅合金車輪液態(tài)模鍛成型專用鋁銅合金材料，其組分及各組分的重量百分比分別為:
[0032]Cu:4.5 %, Μη:0.32 %, T1:0.15 %, V:0.06 %, Zr:0.05 %, B:0.01 %,
Cd:0.01% , Nd:0.02% ,Er:0.01% ,其余為 Al。
[0033]一種重載汽車用鋁銅合金車輪液態(tài)模鍛成型方法，生產(chǎn)工藝步驟為:
[0034]⑴制備鋁銅合金材料，按照上述各組分的重量配比制備專用鋁銅合金材料； [0035]⑵鋁銅合金熔煉，將上述鋁銅合金熔化至700-740°C ；
[0036]⑶定量取液:經(jīng)精煉處理后，將溫度調(diào)整為690_730°C，采用定量取液勺進行轉液，該定量取液勺上部制有一個限制定量重量的液流槽來實現(xiàn)定量取液，定量澆注取液勺為冶金行業(yè)的現(xiàn)有技術，其結構不再給出；
[0037]⑷過濾:用定量取液勺將溫度為690_730°C的定量鋁合金熔液澆注到流槽漏斗中，經(jīng)漏斗過濾后澆注到模具中；
[0038](5)液態(tài)模鍛，在使用液態(tài)模鍛的模具時，首先對該模具進行火焰加熱至200°C以上，然后在模具表面均勻噴涂一層油性石墨涂料；
[0039]將液態(tài)模鍛鋁銅合金車輪模具的上、下模分別固定在液鍛設備的上、下模架上，將經(jīng)過濾后的鋁銅液澆注到280-380°C的模具中，然后凸模下行加壓充型；加壓速度為l-20mm/s,比壓為100_200MPa，保壓時間60_200s后出模冷卻，獲得鋁銅合金車輪毛坯，對鋁銅合金車輪毛坯進行鉆中心孔處理；
[0040]在澆注鋁銅合金熔液前，要保證上、下模具具有一個自下而上的正溫度梯度，即輪心部位280-320°C，外輪緣部位310-340°C，輪輞部位330-360°C，上輪緣部位350_380°C。
[0041](6)固溶處理，固溶處理工藝為將經(jīng)轉中心孔處理后的鋁銅合金車輪送入固溶爐，538±5°C，保溫 16-20 小時，60_80°C水冷；
[0042](7)時效強化，將完成固溶處理的鋁銅合金車輪送入時效爐進行時效強化處理，時效強化工藝為160-180°C，保溫4-6小時后，出爐自然冷卻；
[0043](8)機械加工，采用專用機床依次進行內(nèi)外表面機械加工、鉆風孔、螺栓孔后，得到尺寸合格的商用車輪外觀結構；
[0044]⑶表面處理，表面處理工藝步驟依次為:水洗-堿洗-水洗-水洗-酸洗-水洗-水洗-鈍化-水洗-水洗-烘干，完成表面處理后進行檢查，獲得合格的重載汽車鋁銅合金車輪。
[0045]實施例2:
[0046]—種重載汽車用鋁銅合金車輪液態(tài)模鍛成型專用鋁銅合金材料，其組分及各組分的重量百分比分別為:[0047]Cu:4.9 %, Μη:0.37 %, T1:0.23 %, V:0.16 %, Zr:0.12 %, B:0.015 %,Cd:0.05% ,Nd:0.1% ,Er:0.05% ,其余為 Al。
[0048]其制備方法同于實施例1。
[0049]實施例3:
[0050]一種重載汽車用鋁銅合金車輪液態(tài)模鍛成型專用鋁銅合金材料，其組分及各組分的重量百分比分別為:
[0051]Cu:5.4 %, Μη:0.45 %, T1:0.35 %, V:0.29 %, Zr:0.18 %, B:0.05 %,Cd:0.26% , Nd:0.19% , Er:0.09%，其余為 Al。[0052]其制備方法同于實施例1。
[0053]需要強調(diào)的是，本發(fā)明制造的液態(tài)模鍛鋁銅合金車輪綜合力學性能好，產(chǎn)品合格率高，所制車輪解剖抗拉強度大于400MPa，屈服強度大于300MPa，延伸率大于10%，滿足了重載汽車的技術要求。尤其是在此合金配方中加入了少量的稀土元素Er，使鋁銅合金材料組織得到進一步細化，產(chǎn)品綜合性能明顯提升；同時，由于稀土元素Nd和晶粒細化元素T1、Zr、B的加入，有效避免了鋁銅合金凝固時的熱裂現(xiàn)象，使車輪液態(tài)模鍛成型合格率大幅度提升。
[0054]盡管為說明目的公開了本發(fā)明的實施例，但是本領域的技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附權利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本發(fā)明的范圍不局限于實施例所公開的內(nèi)容。
【權利要求】
1.一種高強鋁銅合金車輪材料，其特征在于:其組分及各組分的重量百分比范圍分別為:
Cu:4.5-5.5 % ；Mn:0.3-0.5 % ；T1:0.15-0.35 % ；V:0.05-0.3 % ；Zr:0.05-0.2 % ；Β:0.005-0.06% ；Cd:0.01-0.3% ；Nd:0.01-0.2% ；Er:0.01-0.1% ;余量為 Al。
2.一種采用上述鋁銅合金車輪材料制備重載汽車用鋁銅合金車輪的液態(tài)模鍛成型方法，其特征在于:工藝步驟為: ⑴制備鋁銅合金材料，按照上述各組分的重量配比制備專用鋁銅合金材料； ⑵鋁銅合金熔煉，將上述鋁銅合金熔化至700-740°C ； ⑶定量取液:經(jīng)精煉處理后，將溫度調(diào)整為690-730°C，采用定量取液勺進行轉液，該定量取液勺上部制有一個限制定量重量的液流槽來實現(xiàn)定量取液，定量澆注取液勺為冶金行業(yè)的現(xiàn)有技術，其結構不再給出； ⑷過濾:用定量取液勺將溫度為690-730°C的定量鋁合金熔液澆注到流槽漏斗中，經(jīng)漏斗過濾后澆注到模具中； (5)液態(tài)模鍛，將液態(tài)模鍛鋁銅合金車輪模具的上、下模分別固定在液鍛設備的上、下模架上，將經(jīng)過濾后的鋁銅液澆注到280-380°C的模具中，然后凸模下行加壓充型；加壓速度為l-20mm/s，比壓為1 00_200MPa，保壓時間60_200s后出模冷卻，獲得鋁銅合金車輪毛坯，對鋁銅合金車輪毛坯進行鉆中心孔處理； (6)固溶處理，固溶處理工藝為將經(jīng)轉中心孔處理后的鋁銅合金車輪送入固溶爐，538±5°C，保溫 16-20 小時，60_80°C水冷； ⑴時效強化，將完成固溶處理的鋁銅合金車輪送入時效爐進行時效強化處理，時效強化工藝為160-180°C，保溫4-6小時后，出爐自然冷卻； ⑶機械加工，采用專用機床依次進行內(nèi)外表面機械加工、鉆風孔、螺栓孔后，得到尺寸合格的商用車輪外觀結構； ⑶表面處理，對車輪進行表面處理，完成表面處理后進行檢查，獲得合格的重載汽車鋁銅合金車輪。
3.根據(jù)權利要求2所述的鋁銅合金車輪的液態(tài)模鍛成型方法，其特征在于:所述步驟(5)中，在使用液態(tài)模鍛的模具時，首先對該模具進行火焰加熱至200°C以上，然后在模具表面均勻噴涂一層油性石墨涂料。
4.根據(jù)權利要求2所述的鋁銅合金車輪的液態(tài)模鍛成型方法，其特征在于:所述步驟(5)中，在澆注鋁銅合金熔液前，要保證上、下模具具有一個自下而上的正溫度梯度，即輪心部位280-320°C，外輪緣部位310-340°C，輪輞部位330-360°C，上輪緣部位350_380°C。
5.根據(jù)權利要求2所述的鋁銅合金車輪的液態(tài)模鍛成型方法，其特征在于:所述步驟⑶中，表面處理工藝步驟依次為:水洗-堿洗-水洗-水洗-酸洗-水洗-水洗-鈍化-水洗-水洗-烘干。
【文檔編號】B21J5/02GK103924139SQ201410171279
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權日:2014年4月25日
【發(fā)明者】馬春江, 劉杰 申請人:天津那諾機械制造有限公司