一种替代qt500汽车轮毂的铝合金材料及其液态模锻成型方法
【专利摘要】本发明公开一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比计：四羰合钴负离子体Co(CO)4－：0.005?0.02%，锰Mn:≤2%，镉Cd:0.05%～0.5%，铜Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%；路易斯酸碱对总量1%×10?4～2.0%，合金平均晶粒度＜120微米，余量为铝Al。
【专利说明】
一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料及其液态模锻成型方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]铝合金轮毂在汽车或工程车领域代替球铁或钢制轮毂已成为产业发展的方向，汽车铝合金轮毂已经得到普及。但工程铝合金车轮毂还在起步阶段，国外在该领域已经形成规模，就其原因，是还未找到能够满足要求的基础材料及配套制造技术。
[0003]目前工程车铝合金轮毂依靠进口，引进的生产线是用锻造工艺，该工艺存在制造成本高、材料利用率低、生产效率低等不足，限制锻造铝合金车轮在重载汽车及工程车的推广。
[0004]通过中国国家标准《耐热高强韧铸件用铝合金锭》(GB/T 29434—2012)及其对应的专利ZL2009103061769介绍，211Z耐热高强韧铸造铝合金因具有“四高三好”特征(即高强、高韧、高硬、耐高温，同时铸造性能好、加工性能好、循环性能好)而进入了铝材料国际领先水平。
[0005]但是，从材料设计角度看，211Z材料也存在一些难以克服的问题。微观分析发现，有一些大颗粒有很高的钛Ti和稀土浓度，作为用来促使晶粒细化的物质，这种现象表明Ti和稀土走向了需要解决问题的对立面，一;而在211Z合金铸件的生产过程中，也发生着与普通铝合金一样常见的缺陷，包括针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗大固溶体、高硬度化合物、夹杂(渣)、冷隔、冷豆、裂纹、变质缺陷、固溶不足和过烧等。
[0006]这些缺陷，主要原因仍然要从合金本身的化学成分及其形成的微观物相结构入手来研究，尤其是对物相分子组合结构的形成机理进行深入研究，才能认清本质，进而找到解决问题、消除缺陷的有效途径。
[0007]通过对铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金最高达0.08nm的极高分辨率的球差校正扫描透射电子显微镜(STEM)精微选区分析，获得了建立在原子尺度上的各种物相结构、原子分辨和化学元素分布。证实其中存在一系列强化相，包括众所周知的Al-Cu 二元亚稳相(GP区、θ"、θ。、新的盘片相和平衡相Q(Al2Cu);其中在基体晶粒内部，新发现一种棒叉状(Τ+ΘΗ)组合相，该组合相的主干部分T相是Al-Cu-Mn三元相，分子结构式Al2oCu2Mri3，分子物相特征是直径约lOOnm、长度约600?100nm呈棒轴状且其(010)面与铝合金基体的{010}面共格，二；而T相周围附着生长了尺寸较大(厚度约20nm、长约50nm)的Al-Cu 二元次生相，三和六，由于该次生相与基体中其它Al-Cu亚稳相(GP区、Θ"、Θ '或者其它盘片相)比较，在结构上有很大差别，特别是厚度比其它Al-Cu亚稳相厚得多，因此本发明称之为ΘΗ相，其分子结构式AlxCu(X可能小于2)，是一种富Cu分子。
[0008]根据合金强化理论，合金的强度是材料中界面或位错滑移受到质点的阻碍而产生的，阻碍越强，材料的强度也越大。而质点阻碍行为与材料中界面或位错滑移相互作用的结果，有两种:一种是当质点本身强硬度不够高时，位错将切过质点继续滑移，另一种是质点强度很高，位错无法切过，则只能绕过质点而继续滑移，而在质点周围留下一圈位错环。
[0009]两种结果对材料强度贡献的大小是显而易见的:绕过质点比切过质点对材料强度的贡献大;切过质点能够提供材料较好的延伸率，而绕过质点由于位错环的增强作用，将提供材料更高的屈服强度和抗拉强度。
[0010]在关于铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金的传统观念中，由于从来都认为Al-Cu二元相是合金强化的主要因素，因此，材料研究和设计关注的重点，就是使Al-Cu 二元相各亚稳态实现在合金中的最佳组合。虽然也发现有T三元相，但都不认为T相对合金强度的贡献能够与Al-Cu二元各亚稳相的组合相比，而且认为T相容易在晶界聚集形成粗大脆性相，因此要严格控制其数量。
[0011]GP区、θ"、θ'或者其它盘片状的二元Al-Cu亚稳相对合金强度的贡献特点属于位错切过质点方式，其特点是盘片长得越大，切过越困难，因此对强度的贡献也越大，但是，当盘片大到一定程度(直径超过150nm而厚度只有I?3nm)，其晶格点阵与基体晶格点阵的失配度过高，就不再能与基体保持完全共格，而逐渐显出脆性相的特征。因此，既要保持共格又有最大的失配应力场以发挥最大阻碍位错滑移能力，二元Al-Cu各亚稳相质点有一个最佳组合的问题，同时也需要它对基体的延伸率保持较大的贡献，这是以前乃至今后材料设计始终要考虑的主要问题之一。
[0012]通过查阅相关文献，国内在液态模锻生产汽车轮毂方面已有研究，存在一些不足，其抗拉强度大于400Mpa，最高抗拉强度为450Mpa，在复杂工况下轮毂寿命过短，不能在更大范围内使用铝合金轮毂。
【发明内容】
[0013]本发明要解决的技术问题是:提供一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料及其制备方法，其中添加路易斯酸碱对，以有效催生临界晶核(得到等轴晶)，使合金在凝固之前获得最佳的分子物相组合结构((Τ+ΘΗ)组合相)，促使合金晶态优化，使铝合金基材实现500MPa及更高的强度等级，从而达到生产替代QT500汽车轮毂的铝合金制品。
[0014]本发明的技术方案是:一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料，主成分含量按重量百分比计:四羰合钴负离子体Co (CO) 4一: 0.005-0.02%，猛Mn:彡2%，镉Cd: 0.05%?0.5%，铜Cu: 4.2%?8.0%且Cu彡0.8Mn+4.05%;路易斯酸碱对总量1% X 10-4?2.0%，合金平均晶粒度<120微米，余量为铝Al。
[0015]所述的合金晶粒为等轴晶。
[0016]所述的合金晶粒内亚纳米(Τ+ΘΗ)组合相数量达到彡I个/平方微米。
[0017]所述路易斯酸碱对为金属与配体结合而成的正离子体、复杂配体化合物、超大杂多化合物、主族类元素中的一种，或者一种以上混合。
[0018]所述的金属与配体结合而成的正离子体:包括三乙二胺合镍正离子体[Ni(en)3]2
+ ο
[0019]所述的复杂配体化合物或超大杂多化合物，包括二氯氧钛T1Cl2。
[0020]所述路易斯酸碱对，按元素添加量占Al基体重量百分比，范围为:Sr<0.02%，Ba<
0.05%，B<0.03%，[Ni(en)3]2+<0.02%，Ti0Cl2<0.01%o
[0021 ] 一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料的制备方法，包含以下步骤: (1)在前述路易斯酸碱对、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量；
(2)往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热并在7000C以上保温；
(3)加入猛Mn、镉Cd、铜Cu和四羰合钴负离子体Co(CO)4—，搅拌，加入选定的路易斯酸碱对，或者加入选定的路易斯酸碱对组合，搅拌均匀；
(4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼；
(5)精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规定的偏差范围内；调温至650 °C以上，合金液出炉，在线除气、除渣；
(6)液态模锻铸造:是指合金液液态时在外力作用下通过模锻成型、凝固结晶。
[0022]所述液态模锻，步骤如下:
①过滤后可浇注铸造；
②铸造前应将模具预热，用压缩空气将模具型腔吹干净；
③采取自动化浇注，用机械手从炉内g取合金液倒入模具，上模在在一定的压力作用下向下运动，使熔体产生流变，充型保压、凝固结晶。
[0023]④开模取出产品，水冷，清理非产品部分，打磨飞边；
⑤外观质量检测:毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面的浇冒口应清理到铸件表面齐平；
⑥内部质量检测；
⑦固溶处理:将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行560°C以下固溶处理，保温完成后立刻淬火，使用水冷或油冷；
⑧时效强化:将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，在230°C以下时效强化，保温后，出炉自然冷却；
⑨取样分析测试验证；
⑩实用性能验证。
[0024]本发明的有益效果:把路易斯酸碱理论所指向的、能在铝合金熔体中发生分子解体或有助于次纳米区域内(即小于I纳米的范围)物相分子结构优化的“酸碱对”物质，应用于熔体纳米尺度范围的精细结构调整，是本发明的最主要的创造性技术手段。
[0025]通过运用路易斯酸碱理论，使有关路易斯酸碱对承载的微量元素的添加和排除，在铝合金熔体环境发生分子解体和转化，以提供熔体超精细微区内(0.1nm?1nm尺度范围)的充分扰动和激活效应，达到催生临界晶核大量形成，使合金晶粒度得到进一步细化，形态更加圆整；同时优化微细区域(微米级:尺度I?30μπι左右)和精微区域(亚纳米级或次微米级质点:尺度1nm?<1μηι)的物相分子组合结构，增加(Τ+ΘΗ)组合相在合金基体中的含量，是本发明解决的合金强化的机理问题。
[0026]由于(Τ+ΘΗ)组合相的发现，在铝合金强化设计时，就可以通过增加(Τ+ΘΗ)组合相，使铝合金材料的基体强度获得大的提升，在屈服强度在400?600MPa之间得到良好控制，这是本发明要解决的工程应用问题，即替代系列球铁材料和制品。
[0027]按照路易斯酸碱理论，酸是任意可以接受电子的分子或离子，碱是可以给出电子的分子或离子，酸碱之间的化合以共价键相结合，并不发生电子转移。
[0028]本发明前述金属与配体结合而成的正负离子体、复杂配体化合物、超大杂多化合物、由于其离子或分子结构中的金属原子或离子是电子受体，为路易斯酸，而其配体非金属原子或原子团是电子给予体，为路易斯碱，整个离子或分子则组成了路易斯“酸碱对”。比如，正离子体[Ni(en)3]2+是路易斯“酸碱对”，这些物质中的能接受电子对的Mn3+、Fe2+、Ni2+和Mn2+都是路易斯酸，相应的提供电子对的配体-en、-Cl都是路易斯碱。
[0029]正离子体作为路易斯“酸碱对”，对合金晶粒细化具有普通物质无法实现的优异效果，这是由于:这些离子体在常温下与正常的物质分子一样能稳定存在，而在铝合金熔体这样的高温酸碱环境中发生分子解体，生成路易斯酸和路易斯碱；由于是分子解体，故而是一种次纳米范围的原子组合结构的“散架”，其配体部分以气态排放出来，释放出来的核心金属离子则重新选择结合其它原子。
[0030]复杂配体化合物、超大杂多化合物作为路易斯酸碱对，对合金晶粒细化也具有普通物质无法实现的良好效果，因为它们的分子结构与正、负离子体的结构类似，都能在铝合金熔体这样的环境中发生分子的解体、酸碱转化和超精微区内原子重构，也能在分子解体时释放出气态或液态的配体，经过一系列反应后随从净化气体排出熔体(比如生成C02、CH4、他、順3或!^)或进入熔渣(比如他(:1、1((:1^1(!10)3^1203或414(:3)，其中释放的金属原子或离子，非金属原子或离子，都是次纳米级的超细小质点，有着最大的比表面积，能提供熔体超精微区内的充分扰动和激活效应，达到催生临界晶核大量生成和抑制晶粒长大作用的机理。通过这种机理，使基体结晶状态普遍成为等轴晶，晶粒度平均小于120μπι，进一步的优化效果可达到晶粒度平均在50?ΙΟΟμπι，这种效果，是单纯使用铝钛硼和铝钛碳等常规晶粒细化剂以及常规的气体净化技术所无法实现的。
[0031]本发明基于对合金微观结构极高分辨率的衬度图像和精微选区结构分析，发现了晶内存在着次微米级的(Τ+ΘΗ)棒叉状组合相的超精细结构。与Al-Cu各二元相比较，(Τ+ΘΗ)组合相有许多优点，包括:质点粒度大，抗位错滑移面大;主干部分T是高硬高稳定化合物聚合而成的棒状孪晶，能够以位错绕过方式为合金提供强度支撑;其次生ΘΗ附着相在主干上斜向或垂直于T棒轴方向而向周围基体生长同时又与基体共格，增强了主干对周围晶格点阵的收紧能力，或者换句话说，T棒轴通过附着其上向周围生长的ΘΗ次生相，把收紧作用向周围的基体空间传递和扩散，这种作用，在次微米区域内对基体产生了类似建筑结构中钢筋网格在混凝土中的强化作用(可称为“类砼强化结构”)，使基体强度大大提高。这种作用，如果从单体比较，是基体中薄片状Al-Cu亚稳相(GP区、θ"、θ'或者其它盘片相)或者其组合都远不能相比的；但是，在常见的铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金中，由于各二元Al-Cu亚稳相在基体内部的分布密度远远高于(Τ+ΘΗ)组合相的分布密度，致使(Τ+ΘΗ)组合相的作用被掩盖而一直没有被发现。
[0032](Τ+ΘΗ)组合相中的ΘΗ却以不同位向和大得多的厚度(约20nm)，对合金基体产生了优于以游离态存在的GP区、θ"、θ'或者其它盘片状的二元Al-Cu亚稳相的强化贡献:ΘΗ除了把主干T相的收紧作用向周围的基体空间传递和扩散外，由于抗基体滑移面更大，故对基体增强作用更大；由于方向更多，故对基体的强化作用显出各向同性的均匀性；由于不属于高硬性质点，所以仍可以位错切过方式提供给基体较好的塑韧性;总之，(Τ+ΘΗ)组合相优化了铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金的物相分子组合结构，为基体提供了高硬质点T相的绕过强化效应和高于游离态Al-Cu亚稳相组合的切过强化效应两种作用;所以，研究发挥这种优异的综合效应，必须把材料设计关注的重点从传统单纯对Al-Cu亚稳相组合转移出来，而集中在对(Τ+ΘΗ)组合相的催生效果上。
[0033]本发明配方设计作为主要技术手段之一，是使合金的晶态组合实现平均晶粒度<120微米的等轴晶前提下，还可实现合金晶粒内部(Τ+ΘΗ)组合相数量在I个/[μπι]2以上。因此，主成分含量按重量百分比计:四羰合钴负离子体Co(C0)4一: 0.005-0.02%，锰Mn:彡2%，镉Cd: 0.05%?0.5%，铜Cu: 4.2%?8.0%且Cu彡0.8Mn+4.05% ；路易斯酸碱对总量1% X I O—4?
2.0%，合金平均晶粒度< 120微米，余量为铝Al。四羰合钴负离子体Co (CO) 4—的加入，提高了轮毂的的强度和刚度，减少轮毂重载情况下变形几率。
[0034]由于(Τ+ΘΗ)组合相的主干T相中铜锰元素的质量比约为0.8，而合金中在保证(Τ+ΘH)生成的同时也应该保证各级(GP区、θ"、θ'或者其它盘片相)Al-Cu 二元弥散相的浓度和分布密度不降低，因此，把铜含量设计在超过其饱和溶解度以上的一个范围，同时保证必须有锰存在。在一般条件下，(Τ+ΘΗ)组合相的数量不足I个/[μπι]2，所以很难被发现，本发明通过路易斯酸碱对的优化，可保证(Τ+ΘΗ)组合相的数量在I个/[μπι]2以上，深度优化效果可达到3个/[μπι]2以上。
[0035]根据材料强化理论一一位错对质点的绕过和切过理论，材料的破坏过程首先是其中大颗粒质点的集中受力，然后是次一级的较小颗粒质点集中受力，然后是更小颗粒的质点受力，以次类推；当发生破坏时，综合抗力最弱的质点先破坏，综合抗力最强的质点最后破坏，只有当所有的颗粒都抵抗不住时，材料才发生宏观的破坏。
[0036]由于(Τ+ΘΗ)组合相与各级Al-Cu二元弥散相Θ'、Θ〃、6ΡΙ区依次分别具有次微米级、亚纳米级和纳米级的晶格畸变作用，只要如本发明技术方案把基体中(Τ+ΘΗ)组合相的数量和分布密度提高，就能实现与Al-Cu二元弥散相在大小、数量和分布状态方面搭配相对均匀、结构紧凑，则其相互之间就会产生最强晶格畸变应力场(最大点阵失配度)，同时又与基体整体完全共格或半共格，因此在整个晶粒三维空间中形成了一个立体弹塑性网阵，在整个晶粒内部产生了类似“钢筋混凝土”对建筑物结构增强作用的层级式强化结构(以下简称“类砼强化结构”)，大大改善了合金的力学性能，五;这种在晶粒尺度范围内均匀分布的超弹塑性张力结构具有能够有效调动尽可能多的质点共同参与抵抗、分摊和吸收外部冲击动量(动静载荷)的能力，从而微观上具有强大的抗疲劳特性，在宏观上具有高强、高韧、高硬“三高统一”的特征，这种“类砼强化结构”与钢铁材料类的球墨铸铁中只有球状石墨与铁基体两种平行结构、且晶粒度须从15?500μπι之间变化以获得强硬度与韧性不可共同提高(一方的提高以降低另一方为前提)的基体特性相比较，显然具有更高的工程应用价值。
[0037]所以，(Τ+ΘΗ)组合相的主干T相大大提高了合金的耐热性和热强度;而(Τ+ΘΗ)组合相数量和分布密度的提高，则同时提升了合金的强度、硬度和延伸率。
[0038]从前述可知，多样性的路易斯酸碱对，在铝合金中因具有纳米尺度超精微区域的分解、扰动、活化、重构和排除效应，从而使合金在凝固之前能够获得最大的分子物相组合结构优化的自我调整能力，建立了一种从精微结构(亚纳米级或次微米级质点:尺度1nm?<1μηι)到微细结构(微米级颗粒:尺度I?ΙΟμπι左右)再到晶态组合(亚微米级颗粒:尺度10?ΙΟΟμπι左右)的层级化自我调整和完善通道，从而一方面解决了合金相图理论无法解决的熔体结构和凝固组织结构优化的问题，另一方面解决了对铝合金精炼、变质、除渣、除气等常规技术手段无法达到的亚微米态以下微观领域，对铝合金的创新设计和以铝代钢、以轻强结构普遍替代钢铁重强结构，具有普遍指导意义和产业价值。
[0039]另外，由于路易斯酸碱对能够提供给合金熔体更大的异类物质浓度，因此增大了熔体结晶过程的成分过冷度，导致晶核在更强结晶动力下快速越过临界尺寸，而在过冷的液体中自由成核和生长，形成具有各向同性和形状更接近于球形的等轴晶粒；由于等轴晶的这种缘于液体内部自由生长的内生机制，改变了平面晶、树枝晶、柱状晶等不规则晶体缘于铸造型腔的型壁生核、自外向液体内部单向延伸的生长方式，因此避免或减轻了合金的成分偏析、结晶粗大单向、宏观性能不均匀的缺陷，从而有效避免或减轻了合金的一些常见缺陷，如针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗大固溶体、高硬度化合物、裂纹等。
【具体实施方式】
[0040]本发明【具体实施方式】包括2个部分，第一部分为提示和说明，第二部分为具体实施例。
[0041 ]第一部分:提示和说明
一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料的制备方法，包含以下步骤:
(1)在前述路易斯酸碱对、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量；
(2)往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热并在7000C以上保温；
(3)加入猛Mn、镉Cd、铜Cu和四羰合钴负离子体Co(C0)4—，搅拌，加入选定的路易斯酸碱对，或者加入选定的路易斯酸碱对组合，搅拌均匀；
(4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼；
(5)精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规定的偏差范围内；调温至650 °C以上，合金液出炉，在线除气、除渣；
(6)液态模锻铸造:是指合金液液态时在外力作用下通过模锻成型、凝固结晶。
[0042]所述液态模锻成型，步骤如下:
1、熔炼，往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热并在7000C以上保温；
2、合金化，加入锰Mn、镉Cd、铜Cu，搅拌，加入选定的路易斯酸碱对，或者加入选定的路易斯酸碱对组合，搅拌均匀；
3、然后对上述合金熔体进行炉内用精炼剂精炼；
4、精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规定的偏差范围内；调温至650°C以上，合金液出炉，在线除气、除渣；
5、液态模锻铸造:是指合金液在液时在外力作用下通过模锻成型、凝固结晶。
[0043]6、保压凝固，在一定压力下保压凝固结晶。
[0044 ] 7、开模取出产品，自然冷却，锯切冒口、打磨飞边；
8、外观质量检测:毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面的浇冒口应清理到铸件表面齐平；
9、内部质量检测；
10、固溶处理:将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行560°C以下固溶处理，保温完成后立刻淬火，使用水冷或油冷；
11、时效强化:将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，在230°C以下时效强化，保温后，出炉自然冷却； 第二部分:具体实施例实施例1
1、一种替代QT500的铝合金汽车轮毂材料组分重量百分比为:Cu:5.6%,Mn:1.4%，Cd:0.15%，Sr:0.015%，Ba:0.02%，B:0.02%，[Ni(en)3]2+:0.01%，Ti0Cl2:0.01%，Co(C0)4—:0.01%;
2、生产流程:恪炼—精炼—静置—充型—模锻—开模—清理—固溶—时效；
3、浇注温度:>680°C;
4、模具预热温度:>200°(:;
5、充型时间:<30s;
6、模锻:压力>130MPa，加压速度> 3mm/s ；
7、保压和凝固:保压压力>10Mpa，保压时间>60s，凝固时间<8min ；
8、热处理状态:T6-固溶加完全人工时效；
9、制品微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度65?ΙΟΟμπι，晶粒内(Τ+ΘΗ)组合相数量7?9个/[μ??]2;
10、制品机械性能:抗力强度530Mpa，屈服强度>470Mpa，断后延伸率>10%，布氏硬度
>160o
[0045]实施例2
1、一种替代QT500的铝合金汽车轮毂材料组分重量百分比为:Cu:6.8%，Mn: 1.8%, Cd:0.18%，Sr:0.02%，Ba:0.03%，B:0.01%，[Ni(en)3]2+:0.02%，Ti0Cl2:0.01%，Co(C0)4—:0.02%;
2、具体制造方法与实施例1相同；
3、制品微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度60?90μπι，晶粒内(Τ+ΘΗ)组合相数量8?10个/[μπι]2;
4制品机械性能:抗力强度Mpa550Mpa，屈服强度Mpa>490Mpa，断后延伸率>10%，布氏硬度>165。
[0046]实施例3
1、一种替代QT500的铝合金汽车轮毂材料组分重量百分比为:Cu:7.8%,Mn:1.8%，Cd:0.18%，[Ni(en)3]2+:0.01%，Co(C0)4—:0.02%;
2、具体制造方法与实施例1相同；
3、制品微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度60?90μπι，晶粒内(Τ+ΘΗ)组合相数量7?9个/[μπι]2;
4制品机械性能:抗力强度:530Mpa，屈服强度:>465Mpa，断后延伸率>10%，布氏硬度
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【主权项】
1.一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料，其特征在于:主成分含量按重量百分比计:四羰合钴负离子体Co(C0)4一: 0.005-0.02%，锰Mn:彡2%，镉Cd: 0.05%?0.5%，铜Cu: 4.2%?.8.0%且Cu彡0.8Mn+4.05%;路易斯酸碱对总量1% X 10—4?2.0%，合金平均晶粒度< 120微米，余量为铝Al。2.根据权利要求1所述的一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料，其特征在于:合金晶粒为等轴晶。3.根据权利要求1所述的一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料，其特征在于:合金晶粒内亚纳米(Τ+ΘΗ)组合相数量达到多I个/平方微米。4.根据权利要求1所述的一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料，其特征在于:所述路易斯酸碱对为金属与配体结合而成的正离子体、复杂配体化合物、超大杂多化合物、主族类元素中的一种，或者一种以上混合。5.根据权利要求4所述的一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料，其特征在于:所述的金属与配体结合而成的正离子体:包括三乙二胺合镍正离子体[Ni(en)3]2+。6.根据权利要求4所述的一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料，其特征在于:所述的复杂配体化合物或超大杂多化合物，包括二氯氧钛T1Cl2。7.根据权利要求1-6之一所述的一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料，其特征在于:所述路易斯酸碱对，按元素添加量占Al基体重量百分比，范围为:Sr<0.02%，Ba<0.05%,B<0.03%，[Ni(en)3]2+<0.02%，Ti0Cl2<0.01%o8.如权利要求7所述的一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料的制备方法，其特征在于:包含以下步骤: (1)在前述路易斯酸碱对、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量； (2)往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热并在7000C以上保温； (3)加入猛Mn、镉Cd、铜Cu和四羰合钴负离子体Co(C0)4—，搅拌，加入选定的路易斯酸碱对，或者加入选定的路易斯酸碱对组合，搅拌均匀； (4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼； (5)精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规定的偏差范围内；调温至650 °C以上，合金液出炉，在线除气、除渣； (6)液态模锻铸造:是指合金液液态时在外力作用下通过模锻成型、凝固结晶。9.根据权利要求8所述的一种替代QT500汽车轮毂的铝合金材料的制备方法，其特征在于:所述液态模锻，步骤如下: ①过滤后可浇注铸造； ②铸造前应将模具预热，用压缩空气将模具型腔吹干净； ③采取自动化浇注，用机械手从炉内g取合金液倒入模具，上模在在一定的压力作用下向下运动，使熔体产生流变，充型保压、凝固结晶； ④开模取出产品，水冷，清理非产品部分，打磨飞边； ⑤外观质量检测:毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面的浇冒口应清理到铸件表面齐平； ⑥内部质量检测； ⑦固溶处理:将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行560°C以下固溶处理，保温完成后立刻淬火，使用水冷或油冷； ⑧时效强化:将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，在230°C以下时效强化，保温后，出炉自然冷却； ⑨取样分析测试验证； ⑩实用性能验证。
【文档编号】C22F1/057GK105936996SQ201610493039
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】门三泉, 张中可, 车云
【申请人】贵州华科铝材料工程技术研究有限公司