汽車輪轂用鋁合金的製作方法

2023-05-10 21:43:21 2

專利名稱：汽車輪轂用鋁合金的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車輪轂用鋁合金，特別涉及一種利用Sr和混合稀土RE 對A356. 2鋁合金進一步實施了合金化的汽車輪轂用鋁合金。
背景技術：
以往，A356鋁合金是A1-Si-Mg系合金中應用最廣泛的合金，在陸、海、空 的交通工具中都廣泛使用著，尤其在汽車輪轂中的使用非常普遍，得到了良好 的效果。A356鋁合金的發展已經歷了三個階段，即從最初的A356. 0到後來歷 時較短的A356. 1,再到現在的已有相當長時間應用的A356. 2。根據ASTM標準， 它們的化學成分如下表1所示。
表l:
A356SiMgCu (max)Mn (max)(max)Fe (max)Ti (max)其餘 雜質 元素 (max)其 餘
A356. 06. 50-7. 500. 20-0. 400. 200. 100. 100. 200. 200. 05Al
A356.16. 50-7. 500. 25-0. 400. 100. 050. 050. 130. 200. 05Al
A356,26. 50-7. 500. 25-0. 400. 100. 050. 050. 120. 200. 05Al
由於鋁合金輪轂質量輕、散熱快、減震性能好、輪胎壽命長，目前世界
各國的鑄造鋁合金輪轂通常都利用A356. 2鋁合金(A356系列中的一個)進 行生產。該合金除了必要的合金化元素Si、 Mg以及不可避免的主要雜質元素 Cu、 Mn、 Zn、 Fe等外，還在原材料中或者後續熔鑄過程中添加一定量的Ti、 Sr
等元素分別進行晶粒細化與共晶矽變質處理，從而獲得良好的力學性能。
Al-Si系合金中的共晶Si的形貌與尺寸對合金性能有顯著的影響，只有獲 得變質良好的共晶Si相，才能夠得到良好的力學性能。因此，國內外許多研究者對Al-Si合金的變質問題進行了大量的研究，其中尤以研究不同變質元素的 作用效果與作用規律最為多見，研究涉及的變質元素基本包括了 Na、 Sr、 RE、 Ba、 Y、 Sb、 Te等元素，其中Na變質法因長效性欠佳未能在工業化連續性生產 中獲得應用，在同樣加入量下RE、 Ba、 Y、 Sb、 Te等元素變質效果不如Sr，只 是RE、 Sb、 Te變質時不會發生熔體吸氣現象，因而仍受到人們的關注；然而在 工業化連續性生產中能夠獲得穩定應用的還是以Sr變質法為主。
另外，由於鋁合金汽車輪轂形狀各異，各部位厚薄不均，再加上連續'性的 工業化生產方式，金屬型鑄模長時間處於高溫下，使得對共晶矽相起變質作用 的Sr的變質能力大為減弱，從而進一步引起力學性能下降、鑄件質量不穩定 等問題。以往，針對上述問題所採取的解決方法是根據輪轂的具體形狀，設 計模具及其冷卻方式和冷卻路徑。然而，這些設計上的工藝措施仍然不能應對 形狀千變萬化的輪轂，所以，在生產過程中常常出現輪轂輪輻、專侖心部位共晶 矽變質不穩定、力學性能不達標或不穩定的現象，從而給汽車駕駛者帶來安全 隱患。

發明內容
本發明是為解決汽車輪轂用A356. 2鋁合金中廣泛存在的上述問題而提出 的，其目的在於提供一種在A356. 2鋁合金基礎上進行了改進的汽車輪轂用鋁合 金，可以解決鋁合金在金屬型鑄模高溫下連續生產時Si相變質不足的問題。
根據本發明的一種汽車輪轂用鋁合金材料，其化學成分為Si: 6. 50~7. 50wt%， Mg: 0. 25~0. 40wt%， Cu: SO. lwt%, Mn: SO. 35wt°/。， Zn:《0. 05wt%, Fe: SO. 25wt%， Ti: SO. 20wt%, Sr: 0. 001~0. 025 wt%, RE: 0. 05 0. 35wt%,不 可避免的雜質元素含量每個不大於0. 05 wt°/ ,其餘為Al。
此外，在上述汽車輪轂用鋁合金材料的化學成分中，也可以是，Sr: 0.020~0. 025 wt°/。， RE: 0. 05~0. 20wt%,其餘元素的含量不變。
另外，在上述汽車輪轂用鋁合金材料的化學成分中，也可以是，Sr: 0. 015~0. 020 wt°/。， RE: 0. 20 0. 35 wt°/。，其餘元素的含量不變。經試驗與檢驗，本發明涉及的汽車輪轂用鋁合金材料作為一種新型材料，
易於組織生產，性價比高；在輪轂生產過程中的重熔與精煉之後、澆鑄或壓鑄 之後、模具千變萬化之後，輪轂中最不穩定的輪幅、輪心部位的共晶矽變質良 好，力學性能穩定。


圖1是表示利用本發明的第一實施例涉及的鋁合金進行輪轂壓鑄成型及熱 處理之後的輪輻部位的顯微組織。
圖2是表示利用本發明的第二實施例涉及的鋁合金進行輪轂壓鑄成型及熱 處理之後的輪輻部位的顯微組織。
圖3是表示利用本發明的第三實施例涉及的鋁合金進行輪轂壓鑄成型及熱 處理之後的輪輻部位的顯微組織。
圖4是表示利用本發明的第四實施例涉及的鋁合金進行輪轂壓鑄成型及熱 處理之後的輪輻部位的顯孩i組織。
圖5是表示利用本發明的第五實施例涉及的鋁合金進行輪轂壓鑄成型及熱 處理之後的豸&輻部位的顯孩i:組織。
圖6是表示利用本發明的第六實施例涉及的鋁合金進行輪轂壓鑄成型及熱 處理之後的輪輻部位的顯微組織。
圖7是表示利用本發明的第七實施例涉及的鋁合金進行輪轂壓鑄成型及熱 處理之後的輪輻部位的顯微組織。
圖8是表示利用比較例1涉及的鋁合金進行輪轂壓鑄成型及熱處理之後的 輪輻部位的顯微組織。
圖9是表示利用比較例2涉及的鋁合金進行輪轂壓鑄成型及熱處理之後的
具體實施例方式
下面，參照附圖詳細說明本發明的具體實施方式
。
為解決在使用A356. 2鋁合金製造汽車輪轂過程中，因上述金屬型鑄模的高溫連續生產而導致的Si相變質不足的問題，本發明人採取了使用適量稀土元素 進一 步實施合金化的方法。
由於稀土元素(尤其是成本更低的鑭鈰混合稀土元素)在金屬型鑄模高溫 連續生產時也具有較好的變質能力，而且熔體不吸氣，鑄件不產生針孔，因此 首選鑭鈰混合稀土元素實施合金化。但是，對汽車輪轂這種連續性生產方式而 言，用稀土直接實施合金化有一定的難度，其原因是，如果在輪轂生產過程中、 即熔化爐中直接添加混合稀土合金化，由於每天或每爐的新料與回爐料比不固
定，使得含量不易控制；如果在熔煉後的中間包中添加稀土或A1-RE中間合金 實施合金化，則同樣存在上述問題。再者，如果採用添加Al-RE中間合金實施 合金化，則添加量太大，中間包中熔體降溫太多，也不利於組織生產。因此， 本發明採取了在A356合金原料(錠)生產過程中添加混合稀土進行合金化的方 法，由此也催生了新型的A356合金。
另外，為了解決Si相變質不足的問題，僅僅依靠稀土元素達不到充分變質 的效果，還必須同時保留原有的Sr變質工藝。因此本發明採用了如下技術方案， 即在保持原A356. 2合金成分中各元素含量部分不變的^出上，利用Sr和混合 稀土 RE實施合金化。
本發明的汽車輪轂用鋁合金材料的具體生產方法為
① 按照與A356. 2合金相似的生產方法準備好合金熔體；
② 按熔煉噸位、將預定比例的、稱量好的、按特殊方法包裝好的混合稀土 (主要是鑭鈰混合稀土)按規定方法分批加入到上述①之合金熔體中，並採取
通常攪拌方法使之攪拌均勻；
③ 將上述②之合金熔體按照原有的A356. 2合金熔體的澆鑄方式鑄成錠。 本發明的汽車輪轂用鋁合金材料可應用於原來所有A356. 2合金所適用的範
圍與場合，尤其適用於輪轂這種高溫金屬型連續性生產的方式。
在用本發明涉及的汽車輪轂用鋁合金材料代替現有的A356. 2鋁合金來生產 汽車輪轂時，生產方式與以前用A356. 2鋁合金生產汽車輪轂時完全一樣，不需 要有任何原有工藝的改變。原有的Sr變質方法及變質量仍然保持不變，即Sr 可以先行加在原料錠中，也可於重熔後加在中間包中。但採用本發明的鋁合金材料生產的輪轂，其原來易出現共晶Si變質不足的輪幅與輪心部位變得變質優 良，從而獲得了優良與穩定的拉伸、衝擊與疲勞性能。
本發明的發明人為了驗證本發明涉及的汽車輪轂用鋁合金材料的技術效
果，在保持Sr和稀土金屬RE之外的元素成分基本不變的情況下，改變Sr和稀 土金屬RE的含量製作了若干種汽車輪轂用鋁合金材料，然後使用該汽車輪轂用 鋁合金材料製作汽車輪轂，並觀察該汽車輪轂的輪輻部位的顯微組織。經過實 際檢測，發現具有如下化學成分的鋁合金材料同已有的A356. 2鋁合金相比具有 顯著的效果Si: 6. 50 7. 50wt°/。， Mg: 0. 25 0. 40wt%， Cu:《lwt%, Mo:《35wt%， Zn: SO. 05wt%， Fe:」0.25wt%， Ti: 20.20wt%, Sr: 0. 001~0. 025 wt%, RE: 0. 05~0. 35wt°/。，不可避免的雜質元素含量每個不大於0. 05 wt%，其餘為Al。
尤其是，當Sr: 0. 020~0. 025 wt% 、 RE: 0. 05 0. 20wt% ,或者Sr: 0. 015~0. 020wt%、 RE: 0. 20~0. 35 w"/。的情況下，汽車輪敎的變質效果更加明顯。
下面，舉出幾個具體實施例來說明本發明的技術效果。在以下記載的實施 例中，除了 Sr和稀土金屬RE之外的其他元素成分為Si: 6. 5<) 7. 50wt%, Mg: 0. 25~0. 40wt%, Cu: SO. lwt%, Mn: ^0. 35wt%, Zn: ^0. 05wt%， Fe: ￡0. 25wt%, Ti: SO. 20wt%,不可避免的雜質元素含量每個不大於0. 05 wt°/。，其餘為Al。
實施例1:
在本實施例涉及的鋁合金材料的成分中，Sr: 0. 020wt%, RE: 0.05 wt%。 利用上述的鋁合金進行輪轂壓鑄成型並實施熱處理之後，輪轂的輪輻部位 的顯微組織如圖l所示，可以清楚地觀察到其變質比較充分。
實施例2:
在本實施例涉及的鋁合金材料的成分中，Sr: 0. 020wt%， RE: 0.20wt°/。。 利用上述的鋁合金進行輪轂壓鑄成型並實施熱處理之後，4侖轂的4&輻部位 的顯微組織如圖2所示，可以清楚地看到其變質^L充分。
實施例3:在本實施例涉及的鋁合金材料的成分中，Sr: 0. 020wt°/。， RE: 0. 35wt%。 利用上述的鋁合金進行輪轂壓鑄成型並實施熱處理之後，輪轂的輪輻部位 的顯微組織如圖3所示，可以清楚地觀察到其變質比較充分。
實施例4:
在本實施例涉及的鋁合金材料的成分中，Sr: 0. 015wt%, RE: 0. 20wt%。 利用上述的鋁合金進行輪轂壓鑄成型並實施熱處理之後，輪轂的輪輻部位 的顯微組織如圖4所示，可以清楚地觀察到其變質比較充分。
實施例5:
在本實施例涉及的鋁合金材料的成分中，Sr: 0. 015wt°/。， RE: 0. 35wt%。 利用上述的鋁合金進行輪轂壓鑄成型並實施熱處理之後，輪轂的輪輻部位 的顯微組織如圖5所示，可以清楚地觀察到其變質比較充分。
實施例6:
在本實施例涉及的鋁合金材料的成分中，Sr: 0. 025wt%, RE: 0. 05wt%。 利用上述的鋁合金進行輪轂壓鑄成型並實施熱處理之後，輪轂的輪輻部位 的顯微組織如圖6所示，可以清楚地觀察到其變質比較充分。
實施例7:
在本實施例涉及的鋁合金材津十的成分中，Sr: 0. 025wt%, RE: 0. 20wt%。 利用上述的鋁合金進行輪轂壓鑄成型並實施熱處理之後，輪轂的輪輻部位 的顯微組織如圖7所示，可以清楚地觀察到其變質很充分。
比專交例1:
為了與如上所述的本發明涉及的鋁合金進行對比，從上述汽車輪轂用鋁合 金中去除RE成分(即還原為A356. 2合金)而形成比較例1的鋁合金。利用上 述比較例1的鋁合金進行輪轂壓鑄成型(經過常規的Sr變質處理)並實施熱處理之後，輪轂的輪輻部位的顯微組織如圖8所示，此時，可以清楚地觀察到其 變質不充分。
比專交例2:
為了與如上所述的本發明涉及的鋁合金進行對比，從上述鋁合金中去除Sr 成分而形成比較例2的鋁合金。利用上述比較例2的鋁合金進行輪轂壓鑄成型 (未經過常規的Sr變質處理)並實施熱處理之後，輪轂的輪輻部位的顯微組織 如圖9所示，可以清楚地觀察到其變質也不充分。
經試驗與一全驗，本發明涉及的汽車輪轂用鋁合金作為一種新型材料，易於 組織生產，性價比高；在輪轂生產過程中的重熔與精煉之後、澆鑄或壓鑄之後、 模具千變萬化之後，輪轂中最不穩定的輪幅、輪心部位的共晶矽變質良好，力 學性能穩定。
權利要求
1.一種汽車輪轂用鋁合金材料，其特徵在於，其化學成分為Si6.50～7.50wt％，Mg0.25～0.40wt％，Cu≤0.1wt％，Mn≤0.35wt％，Zn≤0.05wt％，Fe≤0.25wt％，Ti≤0.20wt％，Sr0.001～0.025wt％，RE0.05～0.35wt％，不可避免的雜質元素含量每個不大於0.05wt％，其餘為Al。
2. 根據權利要求l所述的汽車輪轂用鋁合金材料，其特徵在於，在上述化 學成分中，Sr: 0. 020~0. 025 wt%， RE: 0. 05~0. 20wt%，其餘元素的含量不變。
3. 根據權利要求1所述的汽車輪轂用鋁合金材料，其特徵在於在上述化 學成分中，Sr: 0. 015~0. 020 wt%， RE: 0.20-0.35 wt°/ ，其餘元素的含量不變。
全文摘要
本發明提供一種汽車輪轂用鋁合金材料，是在現有A356.2合金的基礎上進一步用Sr和混合稀土RE實施合金化而形成，Si6.50～7.50wt％，Mg0.25～0.40wt％，Cu≤0.1wt％，Mn≤0.35wt％，Zn≤0.05wt％，Fe≤0.25wt％，Ti≤0.20wt％，Sr0.001～0.025wt％，RE0.05～0.35wt％，不可避免的雜質元素含量每個不大於0.05wt％，其餘為Al。使用該材料生產鋁合金汽車輪轂時，可有效解決高溫金屬型鑄模連續性生產時輪輻與輪心部位的共晶Si相的變質不足問題。
文檔編號C22C21/02GK101514420SQ20091013128
公開日2009年8月26日 申請日期2009年4月13日 優先權日2009年4月13日
發明者珍 葉, 李建國, 臧立中, 計國富 申請人:清華大學;保定市立中車輪製造有限公司