一种整体式低压铸造铝基复合材料空心副车架成型方法与流程

本发明属于金属基复合材料低压铸造，涉及一种整体式低压铸造铝基复合材料空心副车架成型方法。

背景技术：

1、副车架作为承载车身质量的关键结构件，是汽车零部件行业轻量化技术应用重点聚焦的结构件之一。由于铝合金材料具有密度小、成形性好、耐腐蚀性能优良的特点，成为实现车架轻量化的重要途径。车架作为支撑前后车桥、悬挂的安保部件，强度、刚度、抗疲劳性能要求高，轻量化制造是当前新能源汽车进一步轻量化的难点。

2、中国专利文献号cn106925756a记载了“一种铝合金副车架的低压铸造制备方法”，该方法包括铝合金材料化学成分设计、合金熔炼变质细化处理、砂型装配、调用压力时间曲线及低压铸造成型以及铸件热处理工艺。但所使用材料为zl101a+0～0.5％re，随着对铝合金副车架性能要求的逐渐提高，该成分合金已难以满足发展需求，需开发更高强高韧、耐疲劳的新型铝基复合材料，另外，该文献提到采用t6热处理工艺，固溶处理和时效处理时间合计共9～13小时，热处理时间过长，不仅导致副车架会产生热变形影响产品成品率而且由于严重损耗能源，与国家提倡的节能要求也背道而驰。所以开发整体式副车架低压铸造用新型铝基复合材料，提高铸件高强韧及耐疲劳性能尤其重要，优化铸件的热处理工艺，开发节能热处理技术也迫在眉睫。

3、对现已公布的专利检索发现，中国专利文献号cn107881377a记载了“一种铝合金副车架重力倾转铸造方法”，该方法将熔炼精炼处理的铝合金材料进行砂型装配，并将砂型装配在重力铸造模具内，根据预设倾转参数以及凝固时间，获得重力铸造铝合金副车架。但该方法生产的铸件表面光洁度不高，抛丸后易产生凹坑，且生产效率低，从而增加了生产成本，工艺比较简单，不适合空心薄壁整体式副车架生产。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种材料新颖，工艺简单，成本较低的可实现高强高韧，耐疲劳的整体式低压铸造铝基复合材料空心副车架成型方法。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种整体式低压铸造铝基复合材料空心副车架成型方法，包括以下步骤：

4、(1)无机盐准备：选用氟盐作为反应物，放入鼓风干燥箱保温干燥，去除结晶水，烘干后混合、冷却、研磨，用铝箔包裹待用；

5、(2)铝基复合材料熔体制备：将铝合金在坩埚熔化炉内进行熔炼，待铝合金熔化并加热至反应温度后，加入步骤(1)中准备好的氟盐，用钟罩压入熔体，并进行搅拌，随后在电磁场、超声场作用下反应；反应生成原位纳米颗粒后，对复合材料熔体进行除渣、除气、精炼、细化处理、获得复合材料熔体待用；

6、(3)稀土元素添加：添加稀土铒，对步骤(2)的熔体进行处理；

7、(4)低压铸造：首先进行模具装配，模具预热后，将骤(3)中的熔融态铝基复合材料由下而上压注入金属模具内，凝固过程中在金属模具上施加循环冷却水，直至铸件完全凝固；

8、(5)节能热处理：将步骤(4)中的铸件经过高频振动清除砂芯、切除浇冒口及流道、x光无损探伤，无缺陷后进行固溶处理和阶梯式时效处理，最后进行荧光探伤。

9、作为优选，步骤(1)的无机盐为工业级氟盐k2zrf6和kbf4为混合物，两者纯度均大于99wt.％，干燥箱保温温度为150-300℃，两者颗粒尺寸均大于200目，干燥时间为2-4小时；k2zrf6和kbf4的质量比为0.75-1.15。

10、其中k2zrf6，kbf4与熔体的反应式为：

11、3k2zrf6+6kbf4+10al＝3zrb2+9kalf4+k3alf6

12、作为优选，步骤(2)中的铝合金成分为si：6.5～7.5％wt.％，mg：0.25～0.45％wt.％，ti：0.08～0.2％wt.％，zr：0.1～0.2％wt.％，fe：<0.2％wt.％，zn<0.1％wt.％，cu：<0.1％wt.％，mn：<0.1％wt.％，sn：<0.01％wt.％，pb：<0.03％wt.％，铝合金与氟盐的反应温度为820～870℃，反应时间为20min～30min，电磁场设定参数为磁场频率10～15hz，电磁搅拌时间为5-30min，超声功率为1～2.5kw。

13、作为优选，步骤(3)中稀土铒为al-10er-5sr合金，待步骤(2)中熔体温度降至700-725℃后，向步骤(2)的熔体中添加al-10er-5sr合金并且均匀搅拌，加入量为质量分数的0.3～0.8％，随后在720-740℃中保温15-30分钟。

14、作为优选，步骤(4)中的模具为将砂芯和金属模具，其配合装配至低压铸造机上并上下合模；熔融态铝基复合材料浇注温度控制在710～740℃。

15、作为优选，压注过程包括六个过程，1)预压处理：对熔融态铝基复合材料施加压力，控制升液管内液面与模具浇口间距离，范围为50～150mm，压力实施自动补偿；

16、2)充型阶段：充型时间为10～30秒，压力为20～30kpa；

17、3)增压阶段：增压时间为10～90秒，压力为30～70kpa；

18、4)保压阶段：保压时间为40～200秒，压力为30～70kpa；

19、5)卸压阶段：卸压时间为1～10秒；

20、6)延时冷却阶段：延时冷却时间为50～300秒。

21、作为优选，步骤(4)中凝固过程中金属模具上施加循环冷却水包括两个阶段，第一阶段是对副车架本体冷却，第二阶段是铸件整体冷却硬化，包括浇冒口及浇道冷却。

22、作为优选，步骤(5)中固溶处理从室温升温到520～550℃，保温3～5小时，随后进行淬火处理，淬火介质水温保持20～80℃；时效处理包括两级时效工艺，先从室温升温至120～140℃，保温1.5～2.5h后，再升值145～170℃，保温1.5～2.5h。

23、与现有技术相比，本发明的优点是：本发明通过熔体直接反应法，纳米增强体在基体中反应生成，基体与增强体之间结合牢固，界面干净。增强体颗粒尺寸细小。电磁/超声场调控后，原位反应效率明显提升，颗粒团簇被明显打散，弥散分布在基体中，颗粒与界面结合良好；al-zr-b体系，zrb2颗粒形貌为类球形，尺寸为10-80nm，磁场对于提高颗粒收得率的效果更佳，超声场对颗粒分布、颗粒形貌和尺寸的影响更明显。电磁场可改善反应物与熔体的润湿性，促进原位反应过程中传质传热和形核数量。er与zr复合添加促进了晶界析出相的析出，提升了材料的强度。同时又使晶界析出相断续分布，打断了腐蚀通道，提升耐腐蚀性能。在低压铸造过程中，本发明采用金属模具和循环水冷系统，且结构简单，操作方便，水冷系统采用紧扣式金属模具冷却水套，利用循环水冷却，节能环保，提高生产效率，晶粒组织小，副车架性能良好。在热处理过程中，采用两级时效，一级低温时效处理可以为后续的二级时效工艺提供便利的形核条件，g.p.区。这种便利条件有效促进了过渡相β``相的析出，可以在较短的时效时间里达到直接时效处理时长时间时效处理的性能级别，达到节能效果。