一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，鋁合金輪轂在汽車工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并以其美觀大方、安全舒適等 特點(diǎn)博得了越來越多的青睞。與鋼制輪轂相比，鋁合金輪轂在吸收振動和反彈力量方面表 現(xiàn)更好，提高了行車的舒適性。一般鋁合金輪轂較鋼輪轂平均輕2kg左右，減少了四輪的 轉(zhuǎn)動慣性，使汽車的加速性提高，并相對減少了制動能量的需要，當(dāng)車速為60km/h時可省 油5%~7%，有效降低了油耗。此外，鋁合金輪轂的散熱系數(shù)是普通鋼鐵輪轂的二到三倍，再 加上鋁合金輪轂的結(jié)構(gòu)特性，很容易將輪胎制動系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量排散在空氣中，即便在長 時間行車中連續(xù)剎車的情況下，也能使車輪系統(tǒng)保持適當(dāng)?shù)臏囟?。鋁合金輪轂外觀設(shè)計精 美，造型多樣化，提高了整車的美觀。鋁合金輪轂的輪胎與鋼輪轂比有所加寬，提高了抓地 力和剎車性能，并有效地提高了駕駛的操控性。有資料顯示，世界每年汽車鋁合金輪轂產(chǎn)量 在1億只以上，預(yù)計2014年鋁合金輪轂的需求量將達(dá)到2. 5億只左右，國際鋁合金輪轂 市場巨大的吸引力刺激著鋁合金輪轂行業(yè)的發(fā)展。目前，鋁合金輪轂的主要鑄造工藝有：壓 力鑄造、金屬型鑄造、擠壓鑄造和低壓鑄造，其中低壓鑄造鋁合金輪轂的產(chǎn)量約占鋁合金輪 轂總產(chǎn)量的40%左右。本文即是采用低壓鑄造的方法制備鋁合金輪轂。
[0003] 鋁合金輪轂的生產(chǎn)中，產(chǎn)品所達(dá)到的力學(xué)性能是能否保證其安全使用的直接衡量 指標(biāo)。近年來的報道中，研究者對材料成分和合金相成分、相形態(tài)進(jìn)行了研究。其中，向A356 鋁合金中添加 Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Sr、Al-Ce、Al-Sb-Mg等不同成分的細(xì)化劑與變質(zhì)劑， 或是不同冷卻方式所制備的細(xì)化與變質(zhì)劑，有效地細(xì)化了 A356鋁合金的晶粒，提高了合金 的力學(xué)性能。但是，這些研究大多在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于冷卻條件、工人操作、 模具設(shè)計、原材料等的不同，所制產(chǎn)品內(nèi)部往往混有夾雜、縮孔等各種缺陷，這些缺陷嚴(yán)重 影響了輪轂的力學(xué)性能。然而，目前對鋁合金輪轂制備過程中缺陷的產(chǎn)生與防治方面的研 究還比較少，研究熱點(diǎn)依然集中在材料的細(xì)化與變質(zhì)、輪轂的制備工藝革新等方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料及其制備工 藝，已解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料，化學(xué)成分(質(zhì)量百分 t匕）為：6.97% Si，0.258%Mg，0.128% Ti，0.009% Sr，0.131Fe，剩余雜質(zhì)元素總量〈0.05%， 余量A1。
[0006] 一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料的制備工藝，使用A356鋁錠，采用低壓鑄造 的方法，在合金熔煉過程中加入適量Al-Ti-B細(xì)化劑和Al-lOSr變質(zhì)劑，最終熔配合金的 輪轂，后進(jìn)行固溶處理 ：550°C，315-350min，淬水溫度80°C，3min，時效處理：135-155°C， 180-200min 即可。
[0007] 本發(fā)明的有益效果： (1)對二次枝晶間距與合金力學(xué)性能間的關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，隨著二次枝晶間距的增大， 合金抗拉強(qiáng)度和伸長率均在下降。當(dāng)二次枝晶間距增加到一定值時（45~70 μ m)，抗拉強(qiáng)度 和伸長率的數(shù)值趨于穩(wěn)定；當(dāng)二次枝晶間距在20-30μπι時，抗拉強(qiáng)度數(shù)值較為穩(wěn)定，伸長 率有一定幅度的波動。
[0008] (2)通過對大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，在冷卻工藝Α下，內(nèi)輪緣的綜合力學(xué)性能 明顯好于外輪緣、輪輻、輪心等處，只有很少部分有缺陷產(chǎn)生，各處二次枝晶間距依次（內(nèi)輪 緣一外輪緣一輪輻一輪心）變大；在冷卻工藝B下，輪轂各部位的力學(xué)性能均優(yōu)于冷卻工 藝A下的力學(xué)性能，五個部位的二次枝晶間距變化不大，內(nèi)外輪緣處易產(chǎn)生的缺陷主要是 夾雜，輪輻、輪心、輪輞處極易產(chǎn)生縮松缺陷。
[0009] (3)在冷卻工藝A下輪轂的冷卻過程實(shí)現(xiàn)的是順序凝固，即實(shí)現(xiàn)從內(nèi)輪緣一輪 輞一外輪緣一輪輻一輪心的冷卻順序。在冷卻工藝B下，輪轂的冷卻過程實(shí)現(xiàn)的是同時凝 固。
[0010] (4)雖然按冷卻工藝B制備的輪轂形成的缺陷范圍和比例都高于冷卻工藝A，但 冷卻工藝B實(shí)現(xiàn)的快冷和同時凝固使得合金組織晶粒細(xì)小，晶粒細(xì)化后的合金展現(xiàn)出優(yōu)良 的力學(xué)性能。如若采取進(jìn)一步措施減少完全水冷工藝產(chǎn)生的缺陷，將使得鋁合金輪轂的力 學(xué)性能達(dá)到更高的水平。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 使用A356鋁錠，采用低壓鑄造的方法，在合金熔煉過程中加入適量Al-Ti-B細(xì) 化劑和Al-10Sr變質(zhì)劑，最終熔配合金的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比）為：6.97% Si，0. 258%Mg， 0. 128% Ti，0. 009% Sr，0. 131Fe，剩余雜質(zhì)元素總量〈0. 05%，余量A1。實(shí)驗(yàn)以奔馳某一款輪 轂為研究對象，對輪轂采用不同冷卻工藝，以分析冷卻方式的不同對輪轂缺陷分布及力學(xué) 性能的影響。冷卻工藝A采用的冷卻方式是內(nèi)外輪緣、輪輞、輪輻處風(fēng)冷，輪心處水冷，實(shí)現(xiàn) 順序凝固；冷卻工藝B采用的冷卻方式是全部水冷，實(shí)現(xiàn)同時凝固。之后對輪轂分別進(jìn)行 固溶和時效熱處理，熱處理工藝規(guī)范見表1所示。
[0012] 對熱處理后的鋁合金輪轂進(jìn)行取樣，分別在輪心、輪輻、輪輞、內(nèi)外輪緣等部位取 樣，試樣直徑6mm，標(biāo)距L0=30mm，在Zwick/Roell Z100萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能測 試。將輪轂沿輪輻中央做剖切面，按照DWTC-JB004:2007進(jìn)行鑄造鋁車輪內(nèi)部缺陷低倍檢 查。經(jīng)過180#、400#、600#砂紙打磨后，在剖切面上噴滲透劑、顯像劑(滲透5min后)，觀察 滲透實(shí)驗(yàn)后剖切面顯現(xiàn)的宏觀缺陷。另對輪轂剖切面按照Q/DC001. 1-1997晶粒度試驗(yàn)方 法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行晶粒度檢測。經(jīng)過180#、400#、600#砂紙打磨后進(jìn)行強(qiáng)酸腐蝕，混合酸成 分為氫氟酸：硝酸：鹽酸=1 : 5 : 15,腐蝕后對剖切面不同位置處合金晶粒度進(jìn)行觀察。
[0013] 表2和表3分別為冷卻工藝A和冷卻工藝B下所得輪轂不同位置的力學(xué)性能 分析，由表可見：按冷卻工藝B制得輪轂所經(jīng)歷的冷卻時間大大少于冷卻工藝A，縮短了工 時；按兩種冷卻工藝凝固后，輪轂內(nèi)輪緣均表現(xiàn)出比同一輪轂其他部位更優(yōu)異的綜合力學(xué) 性能，但同時，按冷卻工藝A制得輪轂的內(nèi)輪緣帶有少量夾雜，夾雜出現(xiàn)位置位于順序凝固 最先冷卻的部位；按冷卻工藝B制得輪轂的內(nèi)輪緣帶有少量夾雜或縮松，且夾雜量越多， 對樣品伸長率的影響越大。從表中數(shù)據(jù)還可得知，按冷卻工藝A制得輪轂的其他部位(除內(nèi) 輪緣外）未檢測出有明顯缺陷，但按冷卻工藝B制得輪轂的其他部位（除內(nèi)輪緣外）均含有 少量的夾雜或縮松。值得注意的是，雖然按冷卻工藝A制得輪轂的缺陷在分布和數(shù)量上均 少于按冷卻工藝B制得輪轂的缺陷，但在輪轂相同位置上樣品力學(xué)性能的對比來看，冷卻 工藝B制得的樣品綜合性能均優(yōu)于冷卻工藝A制得樣品的綜合性能。這一結(jié)果與完全水 冷冷卻工藝產(chǎn)生的高冷速和小晶粒有關(guān)：晶粒細(xì)化使樣品綜合力學(xué)性能得到極大提升。
[0014] (1)對二次枝晶間距與合金力學(xué)性能間的關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，隨著二次枝晶間距的 增大，合金抗拉強(qiáng)度和伸長率均在下降。當(dāng)二次枝晶間距增加到一定值時（45~70 μ m)，抗拉 強(qiáng)度和伸長率的數(shù)值趨于穩(wěn)定；當(dāng)二次枝晶間距在20-30μπι時，抗拉強(qiáng)度數(shù)值較為穩(wěn)定， 伸長率有一定幅度的波動。
[0015] (2)通過對大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，在冷卻工藝Α下，內(nèi)輪緣的綜合力學(xué)性能 明顯好于外輪緣、輪輻、輪心等處，只有很少部分有缺陷產(chǎn)生，各處二次枝晶間距依次（內(nèi)輪 緣一外輪緣一輪輻一輪心）變大；在冷卻工藝B下，輪轂各部位的力學(xué)性能均優(yōu)于冷卻工 藝A下的力學(xué)性能，五個部位的二次枝晶間距變化不大，內(nèi)外輪緣處易產(chǎn)生的缺陷主要是 夾雜，輪輻、輪心、輪輞處極易產(chǎn)生縮松缺陷。
[0016] (3)在冷卻工藝A下輪轂的冷卻過程實(shí)現(xiàn)的是順序凝固，即實(shí)現(xiàn)從內(nèi)輪緣一輪 輞一外輪緣一輪輻一輪心的冷卻順序。在冷卻工藝B下，輪轂的冷卻過程實(shí)現(xiàn)的是同時凝 固。
[0017] (4)雖然按冷卻工藝B制備的輪轂形成的缺陷范圍和比例都高于冷卻工藝A，但 冷卻工藝B實(shí)現(xiàn)的快冷和同時凝固使得合金組織晶粒細(xì)小，晶粒細(xì)化后的合金展現(xiàn)出優(yōu)良 的力學(xué)性能。如若采取進(jìn)一步措施減少完全水冷工藝產(chǎn)生的缺陷，將使得鋁合金輪轂的力 學(xué)性能達(dá)到更高的水平。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料，其特征在于：化學(xué)成分(質(zhì)量百分比）為：6.97% Si，0.258%Mg，0. 128%Ti，0.009%Sr，0. 131Fe，剩余雜質(zhì)元素總量〈0.05%，余量A1。2. 如權(quán)利要求1所述的一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料的制備工藝，其特征在 于：使用A356鋁錠，采用低壓鑄造的方法，在合金熔煉過程中加入適量Al-Ti-B細(xì)化劑 和Al-lOSr變質(zhì)劑，最終熔配合金的輪轂，后進(jìn)行固溶處理：550°C，315-350min，淬水溫度 80°C，3min，時效處理：135-155°C，180-200min即可。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料，其特征在于：化學(xué)成分（質(zhì)量百分比）為：6.97%Si，0.258%Mg，0.128%Ti，0.009%Sr，0.131Fe，剩余雜質(zhì)元素總量<0.05%，余量Al。制備工藝，使用A356鋁錠，采用低壓鑄造的方法，在合金熔煉過程中加入適量Al-Ti-B細(xì)化劑和Al-10Sr變質(zhì)劑，最終熔配合金的輪轂，后進(jìn)行固溶處理：550℃，315-350min，淬水溫度80℃，3min，時效處理：135-155℃，180-200min即可。
【IPC分類】C22F1/043, C22C1/02, C22C21/02, B22D18/04
【公開號】CN105441734
【申請?zhí)枴緾N201410519517
【發(fā)明人】黃曉藝
【申請人】黃曉藝
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2014年9月30日