一種制備高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度鋁合金輪轂的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度鋁合金輪轂的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車車輪是汽車上重要的安全件和外觀件，出于對(duì)汽車安全性、平穩(wěn)性、操縱性、 舒適性、節(jié)能、環(huán)保等各方面的要求，對(duì)車輪的要求就在于尺寸和形狀精度高、動(dòng)平衡好、疲 勞強(qiáng)度高、剛度和彈性好、質(zhì)量輕、美觀等。因此，車輪材料的選擇顯得非常重要。
[0003] 熱軋低碳鋼作為車輪的傳統(tǒng)材料，在20世紀(jì)70年代的乘用車鋼制車輪的輪輞和 輪輻用料中占據(jù)著絕對(duì)的支配地位，但由于鋁合金在強(qiáng)度和重量上的優(yōu)勢(shì)，逐漸得到制造 商的重視。日本是世界上生產(chǎn)鋁車輪最多的國(guó)家，1973年成批生產(chǎn)轎車鋁合金車輪，1977 年成批生產(chǎn)載貨車與大客車鋁合金車輪，1979年成批生產(chǎn)摩托車鋁合金車輪。我國(guó)的輕合 金輪轂工業(yè)起步較晚，但發(fā)展極為迅速，到2002年我國(guó)轎車的輕合金輪轂的裝車率已接近 45%。在過去的10年，全球鋁合金汽車輪轂產(chǎn)量的年平均增長(zhǎng)率達(dá)到7. 6%，據(jù)測(cè)算世界汽車 鋁合金輪轂裝車率在40%左右，且覆蓋了所有車型，鋁合金輪轂在現(xiàn)代汽車制造中正逐步 取代傳統(tǒng)的鋼制輪轂而被廣泛地推廣應(yīng)用。
[0004] 目前，國(guó)內(nèi)鋁合金車輪制造主要采用較低成本的低壓鑄造工藝，其次就是采用最 簡(jiǎn)便的重力鑄造工藝，但是，采用鑄造法制備的輪轂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度普遍不高，鑄件的表面質(zhì)量也 不盡如人意，不適合于高檔汽車的使用；另外有部分輪轂采用鍛造方法生產(chǎn)，常規(guī)鍛造法 采用壓力機(jī)使整塊錠料在模具上直接成形的加工工藝，但是由于常規(guī)鍛造輪轂制造成本較 高，能源及原材料消耗較大且工藝復(fù)雜，并沒有得到大規(guī)模地應(yīng)用。另外，在以上各種制備 工藝中，模具均容易損壞，其維修和更換的費(fèi)用巨大，并且脫模較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的各種問題，本發(fā)明提供一種制備高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度鋁合金輪轂的方法。 首先將6061鋁合金烙煉，再采用電磁鑄造技術(shù)制備具有等軸晶粒的半固態(tài)6061鋁合金述料，接 下來(lái)將半固態(tài)6061鋁合金述料進(jìn)行觸變模鍛成形，最后對(duì)成形件進(jìn)行T6熱處理，整個(gè)工藝過 程操作簡(jiǎn)單，對(duì)模具損傷小，制備的鋁合金輪轂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種制備高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度鋁合金輪轂的方法，包括以下工藝步驟： (1) 以6061鋁合金為原料，在坩堝式電阻爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，將熔煉后的鋁合金轉(zhuǎn)入靜置 爐內(nèi)進(jìn)行二次深度凈化，最后加入Al-5Ti-lB變質(zhì)劑，靜置得到鋁合金熔體； (2) 將下拉式半連續(xù)鑄造機(jī)的導(dǎo)流槽、結(jié)晶器、引錠桿預(yù)先進(jìn)行烘干處理，采用下拉式半 連續(xù)鑄造機(jī)對(duì)鋁合金熔體進(jìn)行澆鑄，得到具有等軸晶粒的半固態(tài)6061鋁合金坯料，澆鑄工藝 參數(shù)為：澆鑄溫度為720°C ;電磁攪拌頻率為20Hz ;電流強(qiáng)度為60A ;開鑄鑄造速度為60~ 70mm/min，優(yōu)選為60mm/min ;穩(wěn)定鑄造速度為100~110mm/min，優(yōu)選為100mm/min ;液面深度 為140~145mm,優(yōu)選為140mm ;冷卻水流量為0. 09~0. 095m3/min，優(yōu)選為0. 09m3/min ; (3) 將半固態(tài)6061鋁合金坯料用電阻爐進(jìn)行加熱重熔處理，加熱溫度為620-650°C，保 溫時(shí)間為30-50min ;之后采用1200噸壓力機(jī)進(jìn)行觸變模鍛成形，得到半固態(tài)輪轂成形件； (4) 將半固態(tài)輪轂成形件進(jìn)行T6熱處理，空氣冷卻，得到高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的鋁合金輪轂。
[0006] 所述觸變模鍛成形的條件為：模具加熱溫度為300-500°C，觸變成形速度為 2_5cm/s〇
[0007] 所述T6熱處理的條件為：半固態(tài)輪轂成形件加熱至525±5°C，保溫65min后進(jìn)行固 熔處理，然后進(jìn)行常溫水淬，再將半固態(tài)輪轂成形件加熱至165°C，保溫8h進(jìn)行時(shí)效處理。
[0008] 所述高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的鋁合金輪轂尺寸在15-21英寸。 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的一種制備高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度鋁合金輪轂的方法，工藝過 程操作簡(jiǎn)單，對(duì)模具損傷小，且能制備出高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的鋁合金輪轂，所制備的15~21英寸鋁 合金輪轂的硬度為142. 3~158Hv，抗拉強(qiáng)度為392~405. 5MPa，延伸率為10. 0~11. 5%，比常規(guī) 鑄造方法制備的鋁合金輪轂的硬度、抗拉強(qiáng)度和延伸率分別高出50~60Hv、160~170 MPa和 2-3% 〇
【附圖說明】
[0009] 圖1為半固態(tài)輪轂成形件； 圖2為半固態(tài)輪轂成形件顯微組織形貌； 圖3為半固態(tài)輪轂成形件拉伸斷口形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 本發(fā)明實(shí)施采用的6061鋁合金為市購(gòu)產(chǎn)品； 本發(fā)明實(shí)施采用的坩堝式電阻爐、靜置爐以及下拉式半連續(xù)鑄造機(jī)均為自制，其中電 阻爐和靜置爐的容量分別為500kg和200kg ; 實(shí)施例1 制備21英寸高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度鋁合金輪轂的方法 (1) 以6061鋁合金為原料，在坩堝式電阻爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，將熔煉后的鋁合金轉(zhuǎn)入靜置 爐內(nèi)進(jìn)行二次深度凈化，最后加入Al-5Ti-lB變質(zhì)劑，靜置得到鋁合金熔體； (2) 將下拉式半連續(xù)鑄造機(jī)的導(dǎo)流槽、結(jié)晶器、引錠桿預(yù)先進(jìn)行烘干處理，采用下拉式 半連續(xù)鑄造機(jī)對(duì)鋁合金熔體進(jìn)行澆鑄，得到具有等軸晶粒的半固態(tài)6061鋁合金坯料，澆鑄 參數(shù)為：溫度為720°C，電磁攪拌頻率為20Hz，電流強(qiáng)度為60A，開鑄鑄造速度為70mm/min， 穩(wěn)定鑄造速度為ll〇mm/min，液面深度為145mm，冷卻水流量為0. 095m3/min ; (3) 將半固態(tài)6061鋁合金坯料用電阻爐進(jìn)行加熱重熔處理，加熱溫度為650°C，保溫時(shí) 間為50min ;之后采用1200噸壓力機(jī)進(jìn)行觸變模鍛成形，得到半固態(tài)輪轂成形件；模具加熱 溫度為500°C，觸變成形速度為2cm/s。
[0011] (4)將半固態(tài)輪轂成形件進(jìn)行T6熱處理，空氣冷卻，得到21英寸鋁合金輪轂，其硬 度為142. 3 Hv，抗拉強(qiáng)度為392MPa，延伸率為11. 5%。表1給出本發(fā)明方法制備的21英寸 鋁合金輪轂與常規(guī)鑄造鋁合金輪轂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比較結(jié)果。
[0012] 表1本發(fā)明方法制備的21英寸鋁合金輪轂與常規(guī)鑄造鋁合金輪轂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比 較
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種制備高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度鋁合金輪轂的方法，其特征在于包括以下工藝步驟： (1) 以6061鋁合金為原料，在坩堝式電阻爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，將熔煉后的鋁合金轉(zhuǎn)入靜置 爐內(nèi)進(jìn)行二次深度凈化，最后加入Al-5Ti-lB變質(zhì)劑，靜置得到鋁合金熔體； (2) 將下拉式半連續(xù)鑄造機(jī)的導(dǎo)流槽、結(jié)晶器、引錠桿預(yù)先進(jìn)行烘干處理，采用下拉式 半連續(xù)鑄造機(jī)對(duì)鋁合金熔體進(jìn)行澆鑄，得到具有等軸晶粒的半固態(tài)6061鋁合金坯料，澆鑄 工藝參數(shù)為：澆鑄溫度為720°C，電磁攪拌頻率為20Hz，電流強(qiáng)度為60A，開鑄鑄造速度為 60~70mm/min，穩(wěn)定鑄造速度為100~110mm/min，液面深度為140~145謹(jǐn)，冷卻水流量 為 0? 09 ~0? 095m3/min ; (3) 將半固態(tài)6061鋁合金坯料用電阻爐進(jìn)行加熱重熔處理，加熱溫度為620-650°C，保 溫時(shí)間為30-50min ;之后采用1200噸壓力機(jī)進(jìn)行觸變模鍛成形，得到半固態(tài)輪轂成形件； (4) 將半固態(tài)輪轂成形件進(jìn)行T6熱處理，空氣冷卻，得到高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的鋁合金輪轂。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度鋁合金輪轂的方法，其特征在于所述澆 鑄工藝參數(shù)為：澆鑄溫度為720°C，電磁攪拌頻率為20Hz，電流強(qiáng)度為60A，開鑄鑄造速度為 60mm/min，穩(wěn)定鑄造速度為100mm/min，液面深度為140mm，冷卻水流量為0. 09m3/min。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度鋁合金輪轂的方法，其特征在于所述觸 變模鍛成形的條件為：模具加熱溫度為300-500°C，觸變成形速度為2-5cm/s。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度鋁合金輪轂的方法，其特征在于所述T6 熱處理的條件為：半固態(tài)輪轂成形件加熱至525±5°C，保溫65min后進(jìn)行固熔處理，然后進(jìn) 行常溫水淬，再將半固態(tài)輪轂成形件加熱至165°C，保溫8h進(jìn)行時(shí)效處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度鋁合金輪轂的方法，其特征在于所述高 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的鋁合金輪轂尺寸在15-21英寸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度鋁合金輪轂的方法，其特征在于所述高 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的鋁合金輪轂的硬度為142. 3~158Hv，抗拉強(qiáng)度為392~405. 5MPa，延伸率為10. 0~ 11. 5%。
【專利摘要】一種制備高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度鋁合金輪轂的方法，屬于金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法首先將6061鋁合金熔煉，再采用電磁鑄造技術(shù)制備具有等軸晶粒的半固態(tài)6061鋁合金坯料，接下來(lái)將半固態(tài)6061鋁合金坯料進(jìn)行觸變模鍛成形，最后對(duì)成形件進(jìn)行T6熱處理，整個(gè)工藝過程操作簡(jiǎn)單，對(duì)模具損傷小，且能制備出高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的鋁合金輪轂，所制備的15~21英寸鋁合金輪轂比常規(guī)鑄造方法制備的鋁合金輪轂的硬度、抗拉強(qiáng)度和延伸率分別高出50~60Hv、160~170MPa和2~3%。
【IPC分類】C22F1-047, C22C1-02, C22C21-08
【公開號(hào)】CN104674032
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510105912
【發(fā)明人】王平, 劉思冕, 張東
【申請(qǐng)人】東北大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年3月11日