鍛造輪轂用高強鋁合金厚板的製備材料及製備方法與流程
2024-02-15 15:45:15
本發明涉及一種鋁合金材料，具體涉及一種鍛造輪轂用高強鋁合金厚板的製備材料。本發明還涉及一種鍛造輪轂用高強鋁合金厚板的製備方法。
背景技術：
世界汽車工業正向著輕量、高速、安全、節能、舒適與環境汙染輕的方向發展，因此鋁合金零部件在汽車中的用量日益增多。輪轂作為汽車行駛系統中的重要部件之一，也是一種要求較高的保安件，它不僅承載汽車的重量，同時也體現著汽車的外觀造型。在過去的10年，全球鋁合金汽車輪轂產量的年平均增長率達7.6%。由此可見，隨著汽車輕量化的需求日益擴大，鋁合金輪轂在現代汽車製造中正逐步取代傳統的鋼製輪轂而被廣泛地推廣應用。
但是，傳統鍛造鋁合金車輪採用鋁合金鑄棒為原材料，通常需經鋸切、鐓粗、粗鍛、精鍛等工序製備鋁合金輪轂，具有工藝複雜，能耗高等缺點。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種鍛造輪轂用高強鋁合金厚板的鋁合金材料，它可以減少常規採用圓棒鍛造鋁合金輪轂中鐓粗預製坯料的過程，提高生產效率。
為解決上述技術問題，本發明鍛造輪轂用高強鋁合金厚板的鋁合金材料的技術解決方案為：
包括：Si1.0～1.2％，Mg0.90～1.1％，Mn0.5～0.7％，Cu0.4～0.6％，Cr ≤0.1％，Ti≤0.05％，Zn≤ 0.25％，Fe≤0.5％，剩餘為Al。
本發明還提供一種鍛造輪轂用高強鋁合金厚板的製備方法，其技術解決方案為，包括以下步驟：
步驟一，將鋁錠進行熔煉和澆鑄，得到鋁合金鑄錠；
所述步驟一的具體方法為：將鋁錠熔化後，待熔體溫度為730～750℃時，向其中加入中間合金和覆蓋劑，當中間合金全部熔化攪拌熔體；待熔體溫度降至720～740℃，向其中加入Mg，並充分攪拌，成分調整合格後進行造渣、除氣精煉、靜置，最後澆鑄成型，得到鑄錠。所述中間合金為AlSi20、AlCu50或AlMn10。
所述步驟一中澆鑄之前，鋁合金熔體含氫量控制在0.12ml/100g以內。
所述步驟一中澆鑄之前，鋁合金熔體含雜量控制在0.08mm2/kg以內。
步驟二，將所述鑄錠依次進行鋸切、銑面，將鋸切銑面好的鑄錠置入加熱爐進行均勻化處理，然後熱軋，得到厚板；
所述步驟二中鑄錠均勻化處理的溫度為550～580℃，其保溫時間不低於6h。
所述步驟二中熱軋的初軋溫度為450～510℃。
所述步驟二中熱軋的終軋厚度為30～200mm。
步驟三，根據鍛造輪轂坯料所需體積，將厚板製備成方片或圓片。
所述步驟三中將厚板製備成方片或圓片的方法為鋸切或衝裁。
所述步驟三中將厚板製備成方片或圓片之前或之後，採用超聲波探傷儀對其進行探傷檢測，檢測合格後，即得到鍛造輪轂用高強鋁合金厚板。
本發明可以達到的技術效果是：
本發明的厚板是鑄錠經熱軋而成。鑄錠經熱軋後，晶粒被細化延伸，使晶向趨於一致，縮孔和疏鬆被壓實。由於熱軋是在再結晶溫度以上的加工，在金屬發生塑性變形的同時，會發生恢復、再結晶等退火作用。熱軋能將鑄造狀態的粗大晶粒破碎，顯微裂紋癒合，減少或消除鑄造缺陷，將鑄態組織轉變為變形組織，改善合金的組織結構。
本發明採用鋁合金熱軋厚板為原材料，能夠減少常規採用圓棒鍛造鋁合金輪轂中鐓粗預製坯料的過程，提高生產效率。
下面結合具體實施方式和實施例對本發明作進一步詳細的說明。
具體實施方式
本發明鍛造輪轂用高強鋁合金厚板的鋁合金材料，包括：Si 1.0～1.2％，Mg 0.90～1.1％，Mn 0.5～0.7％，Cu 0.4～0.6％，Cr ≤0.1％，Ti ≤0.05％，Zn ≤ 0.25％，Fe ≤0.5％，剩餘為Al（本文均為重量百分比）。
本發明鍛造輪轂用高強鋁合金厚板的製備方法，包括以下步驟：
步驟一，將符合上述鋁合金材料組分含量的鋁錠進行熔煉和澆鑄，得到鋁合金鑄錠；
具體方法為：
將鋁錠熔化後，待熔體溫度為730～750℃時，向其中加入AlSi20、AlCu50、AlMn10 等中間合金和覆蓋劑，當中間合金全部熔化攪拌熔體；待熔體溫度降至720～740℃，向其中加入Mg，並充分攪拌，成分調整合格後進行造渣、除氣精煉、靜置，最後通過半連續鑄造機澆鑄成型，得到鑄錠。
其中，覆蓋劑是鋁合金熔煉過程中撒在熔體表面的各種化學藥品混合物，防止燒損，屬於鋁合金熔煉過程中的常用輔料。
鑄錠澆鑄前，鋁合金熔體含氫量控制在0.12ml/100g以內。
氫是熔融鋁和水反應生成的，在一定的大氣壓下，溫度越高，氫在鋁中的溶解度就越大。在固態時，氫幾乎不溶於鋁。而從固態到液態時，氫在鋁中的溶解度出現一個突變，這種溶解度急劇變化的特點，決定了鋁在凝固時，使氫原子從金屬中析出成為分子氫，最後以疏鬆、氣孔的形式存在於鑄錠中，造成疏鬆、氣孔等缺陷。本發明限定較低的鋁合金熔體含氫量，能夠防止鋁合金厚板及輪轂內部含有汽包等缺陷，提高產品質量。
鑄錠澆鑄前，鋁合金熔體含雜量控制在0.08mm2/kg以內。
本發明限定較低的鋁合金熔體含雜量，能夠防止鋁合金厚板及輪轂內部含有夾雜等缺陷，提高產品質量。
步驟二，將所述鑄錠依次進行鋸切、銑面，將鋸切銑面好的鑄錠置入加熱爐進行均勻化處理，然後熱軋，得到厚板；
鑄錠均勻化處理的溫度為550～580℃，其保溫時間不低於6h。
熱軋的初軋溫度為450～510℃；
熱軋的終軋厚度為30～200mm；
均勻化處理過程中，主要組織變化是枝晶偏析消除、非平衡相溶解和過飽和的過渡元素相沉澱，溶質的濃度逐漸均勻化。在均勻化處理的過程中，不溶的過剩相也會發生聚集、球化。本發明將經過均勻化處理的鋁合金板材緩慢冷卻，在緩慢冷卻的過程中，高溫下溶入固溶體的溶質，將按溶解度隨溫度降低而減小的規律，在晶粒內部較均勻地沉澱析出。溫度升高將使擴散過程大大加速，為加速均勻化過程，則儘可能提高均勻化處理的溫度。
步驟三，根據鍛造輪轂坯料所需體積，將厚板製備（可以是鋸切或衝裁）成方片或圓片。
厚板製備成方片或圓片之前或之後，採用超聲波探傷儀對其進行探傷檢測，檢測合格後，即得到鍛造輪轂用高強鋁合金厚板。
傳統鍛造鋁合金輪轂是以鑄態鋁合金圓棒為原材料，本發明生產的鋁合金厚板能夠根據鋁合金輪轂的大小計算所需坯料的體積製備成方片或圓片。
實施例 1
首先將鋁錠熔化後，待熔體溫度為730～750℃時，向其中加入AlSi20、AlCu50、AlMn10 等中間合金和覆蓋劑，當中間合金全部熔化攪拌熔體；待熔體溫度降至720℃～740℃，向其中加入Mg，並充分攪拌，成分調整合格後進行造渣、除氣精煉、靜置，最後通過半連續鑄造機澆鑄成型，得到鑄錠；
將鑄錠尾部鋸切120mm，然後每面銑削16～18mm，鑄錠銑完面後表面不允許有粘鋁、氣孔、夾渣、腐蝕、表面裂紋及疏鬆、鋁屑，不允許有髒物；
然後將鑄錠送入加熱爐進行加熱均勻化處理，金屬溫度到達560℃後保溫9h；
均勻化處理後降溫降至510℃出爐熱軋至100mm，然後根據19寸輪轂鍛造毛坯所需的體積鋸切成100mm×278mm×278mm的方片，將方片進行超聲波探傷，檢測合格後即製備成鍛造輪轂專用高強鋁合金厚板方片。
實施例 2
首先將鋁錠熔化後，待熔體溫度為730～750℃時，向其中加入AlSi20、AlCu50、AlMn10 等中間合金和覆蓋劑，當中間合金全部熔化攪拌熔體；待熔體溫度降至720～740℃，向其中加入Mg，並充分攪拌，成分調整合格後進行造渣、除氣精煉、靜置，最後通過半連續鑄造機澆鑄成型，得到鑄錠；
將鑄錠尾部鋸切120mm，然後每面銑削16～18mm，鑄錠銑完面後表面不允許有粘鋁、氣孔、夾渣、腐蝕、表面裂紋及疏鬆、鋁屑，不允許有髒物；
然後將鑄錠送入加熱爐進行加熱均勻化處理，金屬溫度到達570℃後保溫7h；
均勻化處理後降溫降至480℃出爐熱軋至123mm，然後根據22.5寸輪轂鍛造毛坯所需的體積鋸切成Ø420×123的圓片，將圓片進行超聲波探傷，檢測合格後即製備成鍛造輪轂專用高強鋁合金厚板圓片。