铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料及制备铝轮毂用圆片的方法
【专利摘要】本发明公开了一种铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料，包括Mg6.0wt%～7.5wt%，Zn0.90wt%～1.50wt%，Mn0.20wt%～0.70wt%，Ti0.05～0.15wt%，Be0.0005wt%～0.005wt%，Cr≤0.20wt%，Zr≤0.20%，Cu≤0.10wt%，Si≤0.20wt%，Fe≤0.30wt%，余量的Al以及不可避免的杂质。本发明还公开了一种制备铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金圆片的方法。本发明铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料具有良好的锻造及旋压性能，所制作的轮毂具有较高的强度及韧性。
【专利说明】铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料及制备铝轮毂用圆片的方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种制备铝轮毂的材料，具体涉及一种铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材 料。本发明还涉及一种制备铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金圆片的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，汽车工业正朝着轻量、高速、安全、节能、舒适与环境污染轻的方向发展，因 此铝合金零部件在汽车中的用量日益增多。轮毂作为汽车行驶系统中的重要部件之一，也 是一种要求较高的保安件，它不仅承载汽车的重量，同时也体现着汽车的外观造型。在过去 的十年中，全球铝合金汽车轮毂产量的年平均增长率达7. 6%。由此可见，随着汽车轻量化的 需求日益扩大，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。
[0003] 但是，现有的铝合金轮毂通常以Al-Mg-Si合金为原材料，轮毂成形后需经过长时 间的固溶及时效对铝合金进行强化，具有工艺复杂，生产周期长，能耗高等缺点。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料，它可以 解决现有技术工艺复杂，生产效率低和能耗高的问题，达到降低能耗，提高生产效率的目 的。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料的技术解决方案为： 包括Mg 6.0wt% ?7.5wt%,Zn 0.90wt% ?1.50wt%,Mn 0.20wt% ?0.70wt%,Ti 0.05 ? 0· 15wt%，Be (λ 0005wt% ?（λ 005wt%，Cr 彡 0· 20wt%，Zr 彡（λ 20%，Cu 彡 0· 10wt%，Si 彡0. 20wt%，Fe彡0. 30wt%，余量的A1以及不可避免的杂质。
[0006] 进一步，包括 Mg 6. 5wt% ?7. 0wt%，Zn 1. lwt% ?1. 4wt%，Mn 0· 30wt% ?0· 60wt%， Ti 0. 09 ?0. 12wt%，Be 0. OOlwt% ?0. 005wt%，Cr 0. 05wt% ?0. 15wt%，Zr 0. 10wt% ? 0· 15wt%，Cu彡（λ 05wt%，Si彡（λ 15wt%，Fe彡（λ 25wt%，余量的A1和不可避免的杂质。
[0007] 所述Mg的质量百分含量为6. 5wt%?7. Owt%。
[0008] 所述Zn的质量百分含量为1. lwt%?1. 4wt%。
[0009] 所述Μη的质量百分含量为0· 30wt%?0· 60wt%。
[0010] 所述Ti的质量百分含量为0· 09wt%?0· 12wt%。
[0011] 所述Cr的质量百分含量为0· 05wt%?0· 15wt%。
[0012] 所述Zr的质量百分含量为0· 10wt%?0· 15wt%。
[0013] 所述Cu的质量百分含量彡0· 05wt%。
[0014] 本发明还提供一种制备铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金圆片的方法，其技术解决方案 为，包括以下步骤： 第一步，对所述Al-Mg-Zn铝合金进行熔炼，铸造成扁锭； 第二步，对扁锭进行锯切铣面； 所述第一步与第二步之间执行下述步骤：对扁锭进行均匀化处理；扁锭均匀化处理的 温度为440°C?490°C，处理时间为10?36小时。
[0015] 第三步，加热热轧成厚板； 所述厚板的厚度为15mm?150mm。
[0016] 热轧的开轧温度为420°C?490°C，终轧温度不小于300°C ; 第四步，将厚板冲裁成厚板铝圆片。
[0017] 本发明可以达到的技术效果是： 本发明铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料具有良好的锻造及旋压性能，所制作的轮毂具 有较高的强度及韧性。
[0018] 本发明的Al-Mg-Zn铝合金厚板由铸锭经热轧而成。铸锭经热轧后，晶粒被细化延 伸，使晶向趋于一致，缩孔和疏松被压实。由于热轧是在再结晶温度以上的加工，在金属发 生塑性变形的同时，会发生恢复、再结晶等退火作用。通过热轧能将铸造状态的粗大晶粒破 碎，显微裂纹愈合，减少或消除铸造缺陷，将铸态组织转变为致密的纤维状变形组织，从而 达到了改善合金组织结构的效果。本发明Al-Mg-Zn铝合金材料应用于锻造铝合金轮毂，可 以实现无需镦粗、减少锻造次数的效果，同时本发明Al-Mg-Zn铝合金材料为不可热处理强 化铝合金，所制备的铝合金无需进行高温长时间的固溶及时效处理，不仅能简化铝合金轮 毂生产工艺，提高生产效率，同时能够降低能耗。
【具体实施方式】
[0019] 本发明铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料，其化学成分为：Mg 6. Owt%?7. 5wt%， Zn 0. 90wt% ?1. 50wt%，Μη 0. 20wt% ?0. 70wt%，Ti 0. 05 ?0. 15wt%，Be 0. 0005wt% ? 0· 005wt%，Cr 彡 0· 20wt%，Zr 彡 0· 20%，Cu 彡 0· 10wt%，Si 彡 0· 20wt%，Fe 彡 0· 30wt%，余 量的A1以及不可避免的杂质。
[0020] 优选化学成分为：Mg 6. 5wt% ?7. Owt%，Zn 1. lwt% ?1. 4wt%，Μη 0· 30wt% ? 0. 60wt%，Ti 0. 09 ?0. 12wt%，Be 0. OOlwt% ?0. 005wt%，Cr 0. 05wt% ?0. 15wt%，Zr 0· 10wt% ?0· 15wt%，Cu 彡 0· 05wt%，Si 彡 0· 15wt%，Fe 彡 0· 25wt%，余量的 A1 和不可避免 的杂质。
[0021] 其中，优选Mg的质量百分含量为6. 5wt%?7. Owt%。
[0022] 优选Zn的质量百分含量为1. lwt%?1. 4wt%。
[0023] 优选Μη的质量百分含量为0· 30wt%?0· 60wt%。
[0024] 优选Ti的质量百分含量为0· 09wt%?0· 12wt%。
[0025] 优选Cr的质量百分含量为0· 05wt%?0· 15wt%。
[0026] 优选Zr的质量百分含量为0· 10wt%?0· 15wt%。
[0027] 优选Cu的质量百分含量彡0· 05wt%。
[0028] 本发明的铝合金材料中，Mg提高了合金的强度；Μη、Cr、Zr与A1会形成Al6Mn、 Al7Cr、Al12 (CrMn)、Al3Zr等弥散质点，阻碍再结晶的形核和长大，细化再结晶晶粒，能够进 一步提商合金的强度。
[0029] 本发明的铝合金材料中，Mg是铝合金的主要合金元素，其通过固溶强化为合金产 品提供主要强度，使得到的铝合金具有较高的强度。经研究表明，Mg含量过高会使合金产 品在热轧过程中，易产生边缘开裂，Mg含量过低则不能为合金提供足够的强度。因此，本发 明将Mg的质量百分含量控制在6. Owt%?7. 5wt%，优选为6. 5wt%?7. Owt%，这一质量百分 含量范围内的Mg既保证了铝合金的强度，又满足了其作为汽车铝轮毂抗腐蚀性的要求。
[0030] 本发明的铝合金材料中，Zn是组成铝合金的另一主要元素，Zn可以以MgZn2、 Al2Mg3Zn3的方式沉淀产生，可抑制Mg原子的扩散，阻滞β (Mg2Al3)相的析出，使缓慢析出 的β (Mg2Al3)相呈不连续分布,提高合金的抗应力腐蚀能力。当合金中Zn的质量百分含 量小于0. 90wt%时，则合金的强化作用不明显；如果Zn的质量百分含量超过1.5wt%时，会 导致合金延伸率降低。因此，本发明限定为Zn的质量百分含量为0. 90wt%?1. 5wt%，优选 为 1. lwt% ?1. 4wt%。
[0031] 本发明的铝合金材料中，Μη能够提高铝合金的强度，且Μη会与A1形成Al6Mn，对 铝及铝合金的再结晶过程有很大影响，Al 6Mn弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用，能 够细化再结晶晶粒。Al6Mn是与Al-Mn固溶体相平衡的相，它除了能提高合金的强度，细化 再结晶晶粒外，另一重要作用是能融解杂质铁，形成Al 6(Fe、Μη)，减小铁的有害影响。经研 究表明，如果合金中Μη的质量百分含量小于0. 20wt%时，Α16Μη弥散质点较少，对再结晶晶 粒长大阻碍作用较低，晶粒容易粗大，铝合金中Μη的质量分数总含量大于0.70wt%时，则 会形成粗大、硬脆的化合物。因此，本发明限定Μη的质量分数总含量为0. 20wt%?0. 70wt% ，优选为 〇· 30wt% ?0· 60wt%。
[0032] 本发明的铝合金材料中，Ti可以提高铝合金的抗腐蚀性能和铸造过程中的热裂纹 倾向，同时又避免降低铝合金的加工性能；而且Ti可以细化材料组织，改善材料性能。
[0033] 本发明在高镁铝合金中加入微量的Be，能够降低铸锭的裂纹倾向性，改善轧制板 材的质量，同时减少熔炼时Mg的烧损，并且还能减少热加工过程中材料表面形成的氧化 物。
[0034] 本发明的铝合金材料中，Cr与Μη起到相同的效果，Cr在铝中形成Al7(CrFe)和 Al12(CrMn)等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还 能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。本发明中铬的质量百分含量大于〇. 20wt% 时，会生成粗糙的金属间化合物，导致成形性差。因此，本发明限定Cr的质量百分含量为 彡 0· 20wt%，优选为 0· 05wt% ?0· 15wt%。
[0035] 本发明的铝合金材料中，Zr能够与A1形成Al3Zr化合物，阻碍再结晶的形核和长 大，细化再结晶晶粒，提高了合金的强度。
[0036] 本发明的铝合金材料严格控制Cu含量不高于0. 10wt%，优选Cu含量< 0. 05wt%。 微量的Cu会导致合金耐蚀性能变差，故作为铝轮毂专用合金应严格控制合金中Cu含量。
[0037] 本发明铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金圆片的制备方法，包括以下步骤： 第一步，对上述化学成分的Al-Mg-Zn铝合金进行熔炼，铸造成大扁锭； 第二步，对大扁锭进行锯切铣面； 大扁锭铸造完成之后，锯切铣面之前可以先对大扁锭进行均匀化处理；大扁锭均匀化 处理的温度为440°C?490°C，处理时间为10?36小时； 均匀化退火的目的是为后续加工做组织准备。均匀化退火中的主要组织变化是枝晶偏 析消除、非平衡相溶解和过饱和的过渡元素相沉淀，溶质的浓度逐渐均匀化。在均匀化退火 过程中，不溶的过剩相也会发生聚集、球化。均匀化退火保温后慢冷时，高温下溶入固溶体 的溶质，将按溶解度随温度降低而减小的规律，在晶粒内部较均匀地沉淀析出。温度升高将 使扩散过程大大加速，为加速均匀化过程，应尽可能提高均匀化退火温度。通常采用的均匀 化退火温度为0.9?0.95Tm。Tm表示铸锭实际开始熔化温度，它低于平衡相图上的固相 线。
[0038] 第三步，加热热轧成厚板； 热轧的开轧温度为420°C?490°C，终轧温度不小于300°C ; 由于轧制过程中会产生热效应，热轧温度过高会导致铝合金过热而开裂；而低温轧制 会导致热轧裂边严重。所以，本发明将热轧温度控制在420°C?490°C较合理。
[0039] 厚板的厚度为15mm?150mm。
[0040] 第四步，将厚板冲裁成厚板铝圆片。
[0041] 所制得的厚板铝圆片适用于锻压或旋压制备铝合金轮毂，所制备的铝合金轮毂的 抗拉强度彡350MPa，屈服强度彡200MPa，延伸率彡14%。
[0042] 实施例1 将化学成分为 Mg 6.73wt%，Zn 1.2wt%，Mn 0.53wt%，Ti 0.06wt%，Cr 0.07wt%，Cu 0. 008wt%，Si 0. 090wt%，Fe 0. 23wt%，余量为A1 (其余为不可避免的杂质）的Al-Mg-Zn铝 合金进行熔炼铸造成大扁锭，然后在480°C保温12h进行均匀化处理，冷却后对大扁锭进行 锯切、铣面，然后重新加热到460°C进行热轧，乳至70mm的厚度； 将厚板冲裁成圆片，然后锻造、旋压制备成铝合金轮毂。
[0043] 实施例2 将化学成分为 Mg 6. 2wt%，Zn 0· 95wt%，Μη 0· 45wt%，Ti 0· 05wt%，Cr 0· 03wt%，Cu 0. 006wt%，Si 0. 080wt%，Fe 0. 22wt%，余量为A1 (其余为不可避免的杂质）的Al-Mg-Zn铝 合金进行熔炼铸造成大扁锭，然后对大扁锭进行锯切、铣面，然后加热到480°C并保温12h， 然后出炉热轧至70mm的厚度； 将厚板冲裁成圆片，然后锻造、旋压制备成铝合金轮毂。
[0044] 实施例3 将化学成分为 Mg 6.4wt%，Mn 0.32wt%，Zn 1.4wt%，Ti 0.07wt%，Cr 0.06wt%，Zr 0.15wt%，Cu 0.006wt%，Si 0.070wt%，Fe 0.23wt%，余量为 A1 (其余为不可避免的杂质）的 Al-Mg-Zn铝合金进行熔炼铸造成大扁锭，然后在460°C保温16h进行均匀化处理，冷却后对 大扁锭进行锯切、铣面，然后重新加热到480°C进行热轧，乳至40mm的厚度； 将厚板冲裁成圆片，然后直接旋压制备成铝合金轮毂。
[0045] 对实施例1、实施例2及实施例3合金材料制备的铝轮毂进行相应的力学性能测 试，采用圆棒拉伸度样，选用d6 X 30,具体按照GB/T228-2002检测标准进行拉伸试验，表1 是实施例制备方法得到的铝合金厚板的测试结果，具体试验结果如表1所示。
【权利要求】
1. 一种铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料，其特征在于：包括Mg 6.0wt%?7.5wt%， Zn 0. 90wt% ?1. 50wt%，Μη 0. 20wt% ?0. 70wt%，Ti 0. 05 ?0. 15wt%，Be 0. 0005wt% ? 0· 005wt%，Cr 彡 0· 20wt%，Zr 彡 0· 20%，Cu 彡 0· 10wt%，Si 彡 0· 20wt%，Fe 彡 0· 30wt%，余 量的A1以及不可避免的杂质。
2. 根据权利要求1所述的铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料，其特征在于：包括Mg 6. 5wt% ?7. Owt%, Zn 1. lwt% ?1. 4wt%, Μη 0· 30wt% ?0· 60wt%, Ti 0· 09 ?0· 12wt%, Be 0· OOlwt% ?0· 005wt%,Cr 0· 05wt% ?0· 15wt%,Zr 0· 10wt% ?0· 15wt%,Cu < 0· 05wt%,Si 彡0· 15wt%，Fe彡0· 25wt%，余量的A1和不可避免的杂质。
3. 根据权利要求1所述的铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料，其特征在于：所述Mg的质 量百分含量为6. 5wt%?7. Owt%。
4. 根据权利要求1所述的铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料，其特征在于：所述Zn的质 量百分含量为1. lwt%?1. 4wt%。
5. 根据权利要求1所述的铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料，其特征在于：所述Μη的质 量百分含量为〇· 30wt%?0· 60wt%。
6. 根据权利要求1所述的铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料，其特征在于：所述Ti的质 量百分含量为〇· 〇9wt%?0· 12wt%。
7. 根据权利要求1所述的铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料，其特征在于：所述Cr的质 量百分含量为〇· 〇5wt%?0· 15wt%。
8. 根据权利要求1所述的铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料，其特征在于：所述Zr的质 量百分含量为〇· l〇wt%?0· 15wt%。
9. 根据权利要求1所述的铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金材料，其特征在于：所述Cu的质 量百分含量< 0. 05wt%〇
10. -种采用权利要求1所述的Al-Mg-Zn铝合金材料制备铝轮毂用Al-Mg-Zn铝合金 圆片的方法，其特征在于，包括以下步骤： 第一步，对所述Al-Mg-Zn铝合金进行熔炼，铸造成扁锭； 第二步，对扁锭进行锯切铣面； 第二步，加热热乳成厚板； 热轧的开轧温度为420°C?490°C，终轧温度不小于300°C ; 第四步，将厚板冲裁成厚板铝圆片。
【文档编号】B23P15/00GK104195386SQ201410425259
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】朱其柱, 李书通, 丁荣辉, 王新春, 张超, 茅海波 申请人:浙江巨科实业有限公司