一种制备高结构强度铝合金轮毂的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种制备高结构强度铝合金轮毂的 方法。
【背景技术】
[0002] 汽车车轮是汽车上重要的安全件和外观件，出于对汽车安全性、平稳性、操纵性、 舒适性、节能、环保等各方面的要求，对车轮的要求就在于尺寸和形状精度高、动平衡好、疲 劳强度高、刚度和弹性好、质量轻、美观等。因此，车轮材料的选择显得非常重要。
[0003] 热轧低碳钢作为车轮的传统材料，在20世纪70年代的乘用车钢制车轮的轮辋和 轮辐用料中占据着绝对的支配地位，但由于铝合金在强度和重量上的优势，逐渐得到制造 商的重视。日本是世界上生产铝车轮最多的国家，1973年成批生产轿车铝合金车轮，1977 年成批生产载货车与大客车铝合金车轮，1979年成批生产摩托车铝合金车轮。我国的轻合 金轮毂工业起步较晚，但发展极为迅速，到2002年我国轿车的轻合金轮毂的装车率已接近 45%。在过去的10年，全球铝合金汽车轮毂产量的年平均增长率达到7. 6%，据测算世界汽车 铝合金轮毂装车率在40%左右，且覆盖了所有车型，铝合金轮毂在现代汽车制造中正逐步 取代传统的钢制轮毂而被广泛地推广应用。
[0004] 目前，国内铝合金车轮制造主要采用较低成本的低压铸造工艺，其次就是采用最 简便的重力铸造工艺，但是，采用铸造法制备的轮毂结构强度普遍不高，铸件的表面质量也 不尽如人意，不适合于高档汽车的使用；另外有部分轮毂采用锻造方法生产，常规锻造法 采用压力机使整块锭料在模具上直接成形的加工工艺，但是由于常规锻造轮毂制造成本较 高，能源及原材料消耗较大且工艺复杂，并没有得到大规模地应用。另外，在以上各种制备 工艺中，模具均容易损坏，其维修和更换的费用巨大，并且脱模较为困难。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的各种问题，本发明提供一种制备高结构强度铝合金轮毂的方法。 首先将6061铝合金烙炼，再采用电磁铸造技术制备具有等轴晶粒的半固态6061铝合金述料，接 下来将半固态6061铝合金述料进行触变模锻成形，最后对成形件进行T6热处理，整个工艺过 程操作简单，对模具损伤小，制备的铝合金轮毂结构强度高。本发明的技术方案如下： 一种制备高结构强度铝合金轮毂的方法，包括以下工艺步骤： (1) 以6061铝合金为原料，在坩埚式电阻炉内进行熔炼，将熔炼后的铝合金转入静置 炉内进行二次深度净化，最后加入Al-5Ti-lB变质剂，静置得到铝合金熔体； (2) 将下拉式半连续铸造机的导流槽、结晶器、引锭杆预先进行烘干处理，采用下拉式半 连续铸造机对铝合金熔体进行浇铸，得到具有等轴晶粒的半固态6061铝合金坯料，浇铸工艺 参数为：浇铸温度为720°C ;电磁搅拌频率为20Hz ;电流强度为60A ;开铸铸造速度为60~ 70mm/min，优选为60mm/min ;稳定铸造速度为100~110mm/min，优选为100mm/min ;液面深度 为140~145mm,优选为140mm ;冷却水流量为0. 09~0. 095m3/min，优选为0. 09m3/min ; (3) 将半固态6061铝合金坯料用电阻炉进行加热重熔处理，加热温度为620-650°C，保 温时间为30-50min ;之后采用1200吨压力机进行触变模锻成形，得到半固态轮毂成形件； (4) 将半固态轮毂成形件进行T6热处理，空气冷却，得到高结构强度的铝合金轮毂。
[0006] 所述触变模锻成形的条件为：模具加热温度为300-500°C，触变成形速度为 2_5cm/s〇
[0007] 所述T6热处理的条件为：半固态轮毂成形件加热至525±5°C，保温65min后进行固 熔处理，然后进行常温水淬，再将半固态轮毂成形件加热至165°C，保温8h进行时效处理。
[0008] 所述高结构强度的铝合金轮毂尺寸在15-21英寸。 本发明的有益效果为：本发明提供的一种制备高结构强度铝合金轮毂的方法，工艺过 程操作简单，对模具损伤小，且能制备出高结构强度的铝合金轮毂，所制备的15~21英寸铝 合金轮毂的硬度为142. 3~158Hv，抗拉强度为392~405. 5MPa，延伸率为10. 0~11. 5%，比常规 铸造方法制备的铝合金轮毂的硬度、抗拉强度和延伸率分别高出50~60Hv、160~170 MPa和 2-3% 〇
【附图说明】
[0009] 图1为半固态轮毂成形件； 图2为半固态轮毂成形件显微组织形貌； 图3为半固态轮毂成形件拉伸断口形貌。
【具体实施方式】
[0010] 本发明实施采用的6061铝合金为市购产品； 本发明实施采用的坩埚式电阻炉、静置炉以及下拉式半连续铸造机均为自制，其中电 阻炉和静置炉的容量分别为500kg和200kg ; 实施例1 制备21英寸高结构强度铝合金轮毂的方法 (1) 以6061铝合金为原料，在坩埚式电阻炉内进行熔炼，将熔炼后的铝合金转入静置 炉内进行二次深度净化，最后加入Al-5Ti-lB变质剂，静置得到铝合金熔体； (2) 将下拉式半连续铸造机的导流槽、结晶器、引锭杆预先进行烘干处理，采用下拉式 半连续铸造机对铝合金熔体进行浇铸，得到具有等轴晶粒的半固态6061铝合金坯料，浇铸 参数为：温度为720°C，电磁搅拌频率为20Hz，电流强度为60A，开铸铸造速度为70mm/min， 稳定铸造速度为ll〇mm/min，液面深度为145mm，冷却水流量为0. 095m3/min ; (3) 将半固态6061铝合金坯料用电阻炉进行加热重熔处理，加热温度为650°C，保温时 间为50min ;之后采用1200吨压力机进行触变模锻成形，得到半固态轮毂成形件；模具加热 温度为500°C，触变成形速度为2cm/s。
[0011] (4)将半固态轮毂成形件进行T6热处理，空气冷却，得到21英寸铝合金轮毂，其硬 度为142. 3 Hv，抗拉强度为392MPa，延伸率为11. 5%。表1给出本发明方法制备的21英寸 铝合金轮毂与常规铸造铝合金轮毂的结构强度比较结果。
[0012] 表1本发明方法制备的21英寸铝合金轮毂与常规铸造铝合金轮毂的结构强度比 较
【主权项】
1. 一种制备高结构强度铝合金轮毂的方法，其特征在于包括以下工艺步骤： (1) 以6061铝合金为原料，在坩埚式电阻炉内进行熔炼，将熔炼后的铝合金转入静置 炉内进行二次深度净化，最后加入Al-5Ti-lB变质剂，静置得到铝合金熔体； (2) 将下拉式半连续铸造机的导流槽、结晶器、引锭杆预先进行烘干处理，采用下拉式 半连续铸造机对铝合金熔体进行浇铸，得到具有等轴晶粒的半固态6061铝合金坯料，浇铸 工艺参数为：浇铸温度为720°C，电磁搅拌频率为20Hz，电流强度为60A，开铸铸造速度为 60~70mm/min，稳定铸造速度为100~110mm/min，液面深度为140~145謹，冷却水流量 为 0? 09 ~0? 095m3/min ; (3) 将半固态6061铝合金坯料用电阻炉进行加热重熔处理，加热温度为620-650°C，保 温时间为30-50min ;之后采用1200吨压力机进行触变模锻成形，得到半固态轮毂成形件； (4) 将半固态轮毂成形件进行T6热处理，空气冷却，得到高结构强度的铝合金轮毂。
2. 根据权利要求1所述的一种制备高结构强度铝合金轮毂的方法，其特征在于所述浇 铸工艺参数为：浇铸温度为720°C，电磁搅拌频率为20Hz，电流强度为60A，开铸铸造速度为 60mm/min，稳定铸造速度为100mm/min，液面深度为140mm，冷却水流量为0. 09m3/min。
3. 根据权利要求1所述的一种制备高结构强度铝合金轮毂的方法，其特征在于所述触 变模锻成形的条件为：模具加热温度为300-500°C，触变成形速度为2-5cm/s。
4. 根据权利要求1所述的一种制备高结构强度铝合金轮毂的方法，其特征在于所述T6 热处理的条件为：半固态轮毂成形件加热至525±5°C，保温65min后进行固熔处理，然后进 行常温水淬，再将半固态轮毂成形件加热至165°C，保温8h进行时效处理。
5. 根据权利要求1所述的一种制备高结构强度铝合金轮毂的方法，其特征在于所述高 结构强度的铝合金轮毂尺寸在15-21英寸。
6. 根据权利要求1所述的一种制备高结构强度铝合金轮毂的方法，其特征在于所述高 结构强度的铝合金轮毂的硬度为142. 3~158Hv，抗拉强度为392~405. 5MPa，延伸率为10. 0~ 11. 5%。
【专利摘要】一种制备高结构强度铝合金轮毂的方法，属于金属材料加工技术领域。本发明方法首先将6061铝合金熔炼，再采用电磁铸造技术制备具有等轴晶粒的半固态6061铝合金坯料，接下来将半固态6061铝合金坯料进行触变模锻成形，最后对成形件进行T6热处理，整个工艺过程操作简单，对模具损伤小，且能制备出高结构强度的铝合金轮毂，所制备的15~21英寸铝合金轮毂比常规铸造方法制备的铝合金轮毂的硬度、抗拉强度和延伸率分别高出50~60Hv、160~170MPa和2~3%。
【IPC分类】C22F1-047, C22C1-02, C22C21-08
【公开号】CN104674032
【申请号】CN201510105912
【发明人】王平, 刘思冕, 张东
【申请人】东北大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月11日