鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料及制備鋁輪轂用圓片的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料，包括Mg6.0wt%～7.5wt%，Zn0.90wt%～1.50wt%，Mn0.20wt%～0.70wt%，Ti0.05～0.15wt%，Be0.0005wt%～0.005wt%，Cr≤0.20wt%，Zr≤0.20%，Cu≤0.10wt%，Si≤0.20wt%，F(xiàn)e≤0.30wt%，余量的Al以及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種制備鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金圓片的方法。本發(fā)明鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料具有良好的鍛造及旋壓性能，所制作的輪轂具有較高的強(qiáng)度及韌性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料及制備鋁輪轂用圓片的方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種制備鋁輪轂的材料，具體涉及一種鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材 料。本發(fā)明還涉及一種制備鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金圓片的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，汽車(chē)工業(yè)正朝著輕量、高速、安全、節(jié)能、舒適與環(huán)境污染輕的方向發(fā)展，因 此鋁合金零部件在汽車(chē)中的用量日益增多。輪轂作為汽車(chē)行駛系統(tǒng)中的重要部件之一，也 是一種要求較高的保安件，它不僅承載汽車(chē)的重量，同時(shí)也體現(xiàn)著汽車(chē)的外觀造型。在過(guò)去 的十年中，全球鋁合金汽車(chē)輪轂產(chǎn)量的年平均增長(zhǎng)率達(dá)7. 6%。由此可見(jiàn)，隨著汽車(chē)輕量化的 需求日益擴(kuò)大，鋁合金輪轂在現(xiàn)代汽車(chē)制造中正逐步取代傳統(tǒng)的鋼制輪轂而被廣泛地推廣 應(yīng)用。
[0003] 但是，現(xiàn)有的鋁合金輪轂通常以Al-Mg-Si合金為原材料，輪轂成形后需經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí) 間的固溶及時(shí)效對(duì)鋁合金進(jìn)行強(qiáng)化，具有工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，能耗高等缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料，它可以 解決現(xiàn)有技術(shù)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低和能耗高的問(wèn)題，達(dá)到降低能耗，提高生產(chǎn)效率的目 的。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料的技術(shù)解決方案為： 包括Mg 6.0wt% ?7.5wt%,Zn 0.90wt% ?1.50wt%,Mn 0.20wt% ?0.70wt%,Ti 0.05 ? 0· 15wt%，Be (λ 0005wt% ?（λ 005wt%，Cr 彡 0· 20wt%，Zr 彡（λ 20%，Cu 彡 0· 10wt%，Si 彡0. 20wt%，F(xiàn)e彡0. 30wt%，余量的A1以及不可避免的雜質(zhì)。
[0006] 進(jìn)一步，包括 Mg 6. 5wt% ?7. 0wt%，Zn 1. lwt% ?1. 4wt%，Mn 0· 30wt% ?0· 60wt%， Ti 0. 09 ?0. 12wt%，Be 0. OOlwt% ?0. 005wt%，Cr 0. 05wt% ?0. 15wt%，Zr 0. 10wt% ? 0· 15wt%，Cu彡（λ 05wt%，Si彡（λ 15wt%，F(xiàn)e彡（λ 25wt%，余量的A1和不可避免的雜質(zhì)。
[0007] 所述Mg的質(zhì)量百分含量為6. 5wt%?7. Owt%。
[0008] 所述Zn的質(zhì)量百分含量為1. lwt%?1. 4wt%。
[0009] 所述Μη的質(zhì)量百分含量為0· 30wt%?0· 60wt%。
[0010] 所述Ti的質(zhì)量百分含量為0· 09wt%?0· 12wt%。
[0011] 所述Cr的質(zhì)量百分含量為0· 05wt%?0· 15wt%。
[0012] 所述Zr的質(zhì)量百分含量為0· 10wt%?0· 15wt%。
[0013] 所述Cu的質(zhì)量百分含量彡0· 05wt%。
[0014] 本發(fā)明還提供一種制備鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金圓片的方法，其技術(shù)解決方案 為，包括以下步驟： 第一步，對(duì)所述Al-Mg-Zn鋁合金進(jìn)行熔煉，鑄造成扁錠； 第二步，對(duì)扁錠進(jìn)行鋸切銑面； 所述第一步與第二步之間執(zhí)行下述步驟：對(duì)扁錠進(jìn)行均勻化處理；扁錠均勻化處理的 溫度為440°C?490°C，處理時(shí)間為10?36小時(shí)。
[0015] 第三步，加熱熱軋成厚板； 所述厚板的厚度為15mm?150mm。
[0016] 熱軋的開(kāi)軋溫度為420°C?490°C，終軋溫度不小于300°C ; 第四步，將厚板沖裁成厚板鋁圓片。
[0017] 本發(fā)明可以達(dá)到的技術(shù)效果是： 本發(fā)明鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料具有良好的鍛造及旋壓性能，所制作的輪轂具 有較高的強(qiáng)度及韌性。
[0018] 本發(fā)明的Al-Mg-Zn鋁合金厚板由鑄錠經(jīng)熱軋而成。鑄錠經(jīng)熱軋后，晶粒被細(xì)化延 伸，使晶向趨于一致，縮孔和疏松被壓實(shí)。由于熱軋是在再結(jié)晶溫度以上的加工，在金屬發(fā) 生塑性變形的同時(shí)，會(huì)發(fā)生恢復(fù)、再結(jié)晶等退火作用。通過(guò)熱軋能將鑄造狀態(tài)的粗大晶粒破 碎，顯微裂紋愈合，減少或消除鑄造缺陷，將鑄態(tài)組織轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅艿睦w維狀變形組織，從而 達(dá)到了改善合金組織結(jié)構(gòu)的效果。本發(fā)明Al-Mg-Zn鋁合金材料應(yīng)用于鍛造鋁合金輪轂，可 以實(shí)現(xiàn)無(wú)需鐓粗、減少鍛造次數(shù)的效果，同時(shí)本發(fā)明Al-Mg-Zn鋁合金材料為不可熱處理強(qiáng) 化鋁合金，所制備的鋁合金無(wú)需進(jìn)行高溫長(zhǎng)時(shí)間的固溶及時(shí)效處理，不僅能簡(jiǎn)化鋁合金輪 轂生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)能夠降低能耗。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料，其化學(xué)成分為：Mg 6. Owt%?7. 5wt%， Zn 0. 90wt% ?1. 50wt%，Μη 0. 20wt% ?0. 70wt%，Ti 0. 05 ?0. 15wt%，Be 0. 0005wt% ? 0· 005wt%，Cr 彡 0· 20wt%，Zr 彡 0· 20%，Cu 彡 0· 10wt%，Si 彡 0· 20wt%，F(xiàn)e 彡 0· 30wt%，余 量的A1以及不可避免的雜質(zhì)。
[0020] 優(yōu)選化學(xué)成分為：Mg 6. 5wt% ?7. Owt%，Zn 1. lwt% ?1. 4wt%，Μη 0· 30wt% ? 0. 60wt%，Ti 0. 09 ?0. 12wt%，Be 0. OOlwt% ?0. 005wt%，Cr 0. 05wt% ?0. 15wt%，Zr 0· 10wt% ?0· 15wt%，Cu 彡 0· 05wt%，Si 彡 0· 15wt%，F(xiàn)e 彡 0· 25wt%，余量的 A1 和不可避免 的雜質(zhì)。
[0021] 其中，優(yōu)選Mg的質(zhì)量百分含量為6. 5wt%?7. Owt%。
[0022] 優(yōu)選Zn的質(zhì)量百分含量為1. lwt%?1. 4wt%。
[0023] 優(yōu)選Μη的質(zhì)量百分含量為0· 30wt%?0· 60wt%。
[0024] 優(yōu)選Ti的質(zhì)量百分含量為0· 09wt%?0· 12wt%。
[0025] 優(yōu)選Cr的質(zhì)量百分含量為0· 05wt%?0· 15wt%。
[0026] 優(yōu)選Zr的質(zhì)量百分含量為0· 10wt%?0· 15wt%。
[0027] 優(yōu)選Cu的質(zhì)量百分含量彡0· 05wt%。
[0028] 本發(fā)明的鋁合金材料中，Mg提高了合金的強(qiáng)度；Μη、Cr、Zr與A1會(huì)形成Al6Mn、 Al7Cr、Al12 (CrMn)、Al3Zr等彌散質(zhì)點(diǎn)，阻礙再結(jié)晶的形核和長(zhǎng)大，細(xì)化再結(jié)晶晶粒，能夠進(jìn) 一步提商合金的強(qiáng)度。
[0029] 本發(fā)明的鋁合金材料中，Mg是鋁合金的主要合金元素，其通過(guò)固溶強(qiáng)化為合金產(chǎn) 品提供主要強(qiáng)度，使得到的鋁合金具有較高的強(qiáng)度。經(jīng)研究表明，Mg含量過(guò)高會(huì)使合金產(chǎn) 品在熱軋過(guò)程中，易產(chǎn)生邊緣開(kāi)裂，Mg含量過(guò)低則不能為合金提供足夠的強(qiáng)度。因此，本發(fā) 明將Mg的質(zhì)量百分含量控制在6. Owt%?7. 5wt%，優(yōu)選為6. 5wt%?7. Owt%，這一質(zhì)量百分 含量范圍內(nèi)的Mg既保證了鋁合金的強(qiáng)度，又滿足了其作為汽車(chē)鋁輪轂抗腐蝕性的要求。
[0030] 本發(fā)明的鋁合金材料中，Zn是組成鋁合金的另一主要元素，Zn可以以MgZn2、 Al2Mg3Zn3的方式沉淀產(chǎn)生，可抑制Mg原子的擴(kuò)散，阻滯β (Mg2Al3)相的析出，使緩慢析出 的β (Mg2Al3)相呈不連續(xù)分布,提高合金的抗應(yīng)力腐蝕能力。當(dāng)合金中Zn的質(zhì)量百分含 量小于0. 90wt%時(shí)，則合金的強(qiáng)化作用不明顯；如果Zn的質(zhì)量百分含量超過(guò)1.5wt%時(shí)，會(huì) 導(dǎo)致合金延伸率降低。因此，本發(fā)明限定為Zn的質(zhì)量百分含量為0. 90wt%?1. 5wt%，優(yōu)選 為 1. lwt% ?1. 4wt%。
[0031] 本發(fā)明的鋁合金材料中，Μη能夠提高鋁合金的強(qiáng)度，且Μη會(huì)與A1形成Al6Mn，對(duì) 鋁及鋁合金的再結(jié)晶過(guò)程有很大影響，Al 6Mn彌散質(zhì)點(diǎn)對(duì)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大起阻礙作用，能 夠細(xì)化再結(jié)晶晶粒。Al6Mn是與Al-Mn固溶體相平衡的相，它除了能提高合金的強(qiáng)度，細(xì)化 再結(jié)晶晶粒外，另一重要作用是能融解雜質(zhì)鐵，形成Al 6(Fe、Μη)，減小鐵的有害影響。經(jīng)研 究表明，如果合金中Μη的質(zhì)量百分含量小于0. 20wt%時(shí)，Α16Μη彌散質(zhì)點(diǎn)較少，對(duì)再結(jié)晶晶 粒長(zhǎng)大阻礙作用較低，晶粒容易粗大，鋁合金中Μη的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總含量大于0.70wt%時(shí)，則 會(huì)形成粗大、硬脆的化合物。因此，本發(fā)明限定Μη的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總含量為0. 20wt%?0. 70wt% ，優(yōu)選為 〇· 30wt% ?0· 60wt%。
[0032] 本發(fā)明的鋁合金材料中，Ti可以提高鋁合金的抗腐蝕性能和鑄造過(guò)程中的熱裂紋 傾向，同時(shí)又避免降低鋁合金的加工性能；而且Ti可以細(xì)化材料組織，改善材料性能。
[0033] 本發(fā)明在高鎂鋁合金中加入微量的Be，能夠降低鑄錠的裂紋傾向性，改善軋制板 材的質(zhì)量，同時(shí)減少熔煉時(shí)Mg的燒損，并且還能減少熱加工過(guò)程中材料表面形成的氧化 物。
[0034] 本發(fā)明的鋁合金材料中，Cr與Μη起到相同的效果，Cr在鋁中形成Al7(CrFe)和 Al12(CrMn)等金屬間化合物，阻礙再結(jié)晶的形核和長(zhǎng)大過(guò)程，對(duì)合金有一定的強(qiáng)化作用，還 能改善合金韌性和降低應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性。本發(fā)明中鉻的質(zhì)量百分含量大于〇. 20wt% 時(shí)，會(huì)生成粗糙的金屬間化合物，導(dǎo)致成形性差。因此，本發(fā)明限定Cr的質(zhì)量百分含量為 彡 0· 20wt%，優(yōu)選為 0· 05wt% ?0· 15wt%。
[0035] 本發(fā)明的鋁合金材料中，Zr能夠與A1形成Al3Zr化合物，阻礙再結(jié)晶的形核和長(zhǎng) 大，細(xì)化再結(jié)晶晶粒，提高了合金的強(qiáng)度。
[0036] 本發(fā)明的鋁合金材料嚴(yán)格控制Cu含量不高于0. 10wt%，優(yōu)選Cu含量< 0. 05wt%。 微量的Cu會(huì)導(dǎo)致合金耐蝕性能變差，故作為鋁輪轂專(zhuān)用合金應(yīng)嚴(yán)格控制合金中Cu含量。
[0037] 本發(fā)明鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金圓片的制備方法，包括以下步驟： 第一步，對(duì)上述化學(xué)成分的Al-Mg-Zn鋁合金進(jìn)行熔煉，鑄造成大扁錠； 第二步，對(duì)大扁錠進(jìn)行鋸切銑面； 大扁錠鑄造完成之后，鋸切銑面之前可以先對(duì)大扁錠進(jìn)行均勻化處理；大扁錠均勻化 處理的溫度為440°C?490°C，處理時(shí)間為10?36小時(shí)； 均勻化退火的目的是為后續(xù)加工做組織準(zhǔn)備。均勻化退火中的主要組織變化是枝晶偏 析消除、非平衡相溶解和過(guò)飽和的過(guò)渡元素相沉淀，溶質(zhì)的濃度逐漸均勻化。在均勻化退火 過(guò)程中，不溶的過(guò)剩相也會(huì)發(fā)生聚集、球化。均勻化退火保溫后慢冷時(shí)，高溫下溶入固溶體 的溶質(zhì)，將按溶解度隨溫度降低而減小的規(guī)律，在晶粒內(nèi)部較均勻地沉淀析出。溫度升高將 使擴(kuò)散過(guò)程大大加速，為加速均勻化過(guò)程，應(yīng)盡可能提高均勻化退火溫度。通常采用的均勻 化退火溫度為0.9?0.95Tm。Tm表示鑄錠實(shí)際開(kāi)始熔化溫度，它低于平衡相圖上的固相 線。
[0038] 第三步，加熱熱軋成厚板； 熱軋的開(kāi)軋溫度為420°C?490°C，終軋溫度不小于300°C ; 由于軋制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，熱軋溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致鋁合金過(guò)熱而開(kāi)裂；而低溫軋制 會(huì)導(dǎo)致熱軋裂邊嚴(yán)重。所以，本發(fā)明將熱軋溫度控制在420°C?490°C較合理。
[0039] 厚板的厚度為15mm?150mm。
[0040] 第四步，將厚板沖裁成厚板鋁圓片。
[0041] 所制得的厚板鋁圓片適用于鍛壓或旋壓制備鋁合金輪轂，所制備的鋁合金輪轂的 抗拉強(qiáng)度彡350MPa，屈服強(qiáng)度彡200MPa，延伸率彡14%。
[0042] 實(shí)施例1 將化學(xué)成分為 Mg 6.73wt%，Zn 1.2wt%，Mn 0.53wt%，Ti 0.06wt%，Cr 0.07wt%，Cu 0. 008wt%，Si 0. 090wt%，F(xiàn)e 0. 23wt%，余量為A1 (其余為不可避免的雜質(zhì)）的Al-Mg-Zn鋁 合金進(jìn)行熔煉鑄造成大扁錠，然后在480°C保溫12h進(jìn)行均勻化處理，冷卻后對(duì)大扁錠進(jìn)行 鋸切、銑面，然后重新加熱到460°C進(jìn)行熱軋，乳至70mm的厚度； 將厚板沖裁成圓片，然后鍛造、旋壓制備成鋁合金輪轂。
[0043] 實(shí)施例2 將化學(xué)成分為 Mg 6. 2wt%，Zn 0· 95wt%，Μη 0· 45wt%，Ti 0· 05wt%，Cr 0· 03wt%，Cu 0. 006wt%，Si 0. 080wt%，F(xiàn)e 0. 22wt%，余量為A1 (其余為不可避免的雜質(zhì)）的Al-Mg-Zn鋁 合金進(jìn)行熔煉鑄造成大扁錠，然后對(duì)大扁錠進(jìn)行鋸切、銑面，然后加熱到480°C并保溫12h， 然后出爐熱軋至70mm的厚度； 將厚板沖裁成圓片，然后鍛造、旋壓制備成鋁合金輪轂。
[0044] 實(shí)施例3 將化學(xué)成分為 Mg 6.4wt%，Mn 0.32wt%，Zn 1.4wt%，Ti 0.07wt%，Cr 0.06wt%，Zr 0.15wt%，Cu 0.006wt%，Si 0.070wt%，F(xiàn)e 0.23wt%，余量為 A1 (其余為不可避免的雜質(zhì)）的 Al-Mg-Zn鋁合金進(jìn)行熔煉鑄造成大扁錠，然后在460°C保溫16h進(jìn)行均勻化處理，冷卻后對(duì) 大扁錠進(jìn)行鋸切、銑面，然后重新加熱到480°C進(jìn)行熱軋，乳至40mm的厚度； 將厚板沖裁成圓片，然后直接旋壓制備成鋁合金輪轂。
[0045] 對(duì)實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3合金材料制備的鋁輪轂進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)性能測(cè) 試，采用圓棒拉伸度樣，選用d6 X 30,具體按照GB/T228-2002檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，表1 是實(shí)施例制備方法得到的鋁合金厚板的測(cè)試結(jié)果，具體試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

【權(quán)利要求】
1. 一種鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料，其特征在于：包括Mg 6.0wt%?7.5wt%， Zn 0. 90wt% ?1. 50wt%，Μη 0. 20wt% ?0. 70wt%，Ti 0. 05 ?0. 15wt%，Be 0. 0005wt% ? 0· 005wt%，Cr 彡 0· 20wt%，Zr 彡 0· 20%，Cu 彡 0· 10wt%，Si 彡 0· 20wt%，F(xiàn)e 彡 0· 30wt%，余 量的A1以及不可避免的雜質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料，其特征在于：包括Mg 6. 5wt% ?7. Owt%, Zn 1. lwt% ?1. 4wt%, Μη 0· 30wt% ?0· 60wt%, Ti 0· 09 ?0· 12wt%, Be 0· OOlwt% ?0· 005wt%,Cr 0· 05wt% ?0· 15wt%,Zr 0· 10wt% ?0· 15wt%,Cu < 0· 05wt%,Si 彡0· 15wt%，F(xiàn)e彡0· 25wt%，余量的A1和不可避免的雜質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料，其特征在于：所述Mg的質(zhì) 量百分含量為6. 5wt%?7. Owt%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料，其特征在于：所述Zn的質(zhì) 量百分含量為1. lwt%?1. 4wt%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料，其特征在于：所述Μη的質(zhì) 量百分含量為〇· 30wt%?0· 60wt%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料，其特征在于：所述Ti的質(zhì) 量百分含量為〇· 〇9wt%?0· 12wt%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料，其特征在于：所述Cr的質(zhì) 量百分含量為〇· 〇5wt%?0· 15wt%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料，其特征在于：所述Zr的質(zhì) 量百分含量為〇· l〇wt%?0· 15wt%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金材料，其特征在于：所述Cu的質(zhì) 量百分含量< 0. 05wt%〇
10. -種采用權(quán)利要求1所述的Al-Mg-Zn鋁合金材料制備鋁輪轂用Al-Mg-Zn鋁合金 圓片的方法，其特征在于，包括以下步驟： 第一步，對(duì)所述Al-Mg-Zn鋁合金進(jìn)行熔煉，鑄造成扁錠； 第二步，對(duì)扁錠進(jìn)行鋸切銑面； 第二步，加熱熱乳成厚板； 熱軋的開(kāi)軋溫度為420°C?490°C，終軋溫度不小于300°C ; 第四步，將厚板沖裁成厚板鋁圓片。
【文檔編號(hào)】B23P15/00GK104195386SQ201410425259
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】朱其柱, 李書(shū)通, 丁榮輝, 王新春, 張超, 茅海波 申請(qǐng)人:浙江巨科實(shí)業(yè)有限公司