[发明专利]一种Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料及其制备工艺。

背景技术

近年来，铝合金轮毂在汽车工业中得到了广泛应用，并以其美观大方、安全舒适等特点博得了越来越多的青睐。与钢制轮毂相比，铝合金轮毂在吸收振动和反弹力量方面表现更好，提高了行车的舒适性。一般铝合金轮毂较钢轮毂平均轻2kg左右，减少了四轮的转动惯性，使汽车的加速性提高，并相对减少了制动能量的需要，当车速为60km/h时可省油5%~7%，有效降低了油耗。此外，铝合金轮毂的散热系数是普通钢铁轮毂的二到三倍，再加上铝合金轮毂的结构特性，很容易将轮胎制动系统产生的热量排散在空气中，即便在长时间行车中连续刹车的情况下，也能使车轮系统保持适当的温度。铝合金轮毂外观设计精美，造型多样化，提高了整车的美观。铝合金轮毂的轮胎与钢轮毂比有所加宽，提高了抓地力和刹车性能，并有效地提高了驾驶的操控性。有资料显示，世界每年汽车铝合金轮毂产量在1亿只以上，预计2014年铝合金轮毂的需求量将达到2.5亿只左右，国际铝合金轮毂市场巨大的吸引力刺激着铝合金轮毂行业的发展。目前，铝合金轮毂的主要铸造工艺有：压力铸造、金属型铸造、挤压铸造和低压铸造，其中低压铸造铝合金轮毂的产量约占铝合金轮毂总产量的40%左右。本文即是采用低压铸造的方法制备铝合金轮毂。

铝合金轮毂的生产中，产品所达到的力学性能是能否保证其安全使用的直接衡量指标。近年来的报道中，研究者对材料成分和合金相成分、相形态进行了研究。其中，向A356铝合金中添加Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Sr、Al-Ce、Al-Sb-Mg等不同成分的细化剂与变质剂，或是不同冷却方式所制备的细化与变质剂，有效地细化了A356铝合金的晶粒，提高了合金的力学性能。但是，这些研究大多在实验室进行，在实际生产中，由于冷却条件、工人操作、模具设计、原材料等的不同，所制产品内部往往混有夹杂、缩孔等各种缺陷，这些缺陷严重影响了轮毂的力学性能。然而，目前对铝合金轮毂制备过程中缺陷的产生与防治方面的研究还比较少，研究热点依然集中在材料的细化与变质、轮毂的制备工艺革新等方面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料及其制备工艺，已解决现有技术的不足。

本发明的技术方案是：一种Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料，化学成分（质量百分比）为：6.97%Si，0.258%Mg，0.128%Ti，0.009%Sr，0.131Fe，剩余杂质元素总量<0.05%，余量Al。

一种Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料的制备工艺，使用A356铝锭，采用低压铸造的方法，在合金熔炼过程中加入适量Al-Ti-B细化剂和Al-10Sr变质剂，最终熔配合金的轮毂，后进行固溶处理：550℃，315-350min，淬水温度80℃，3min，时效处理：135-155℃，180-200min即可。

本发明的有益效果：

（1）对二次枝晶间距与合金力学性能间的关系的研究发现，随着二次枝晶间距的增大，合金抗拉强度和伸长率均在下降。当二次枝晶间距增加到一定值时（45~70μm），抗拉强度和伸长率的数值趋于稳定；当二次枝晶间距在20~30μm时，抗拉强度数值较为稳定，伸长率有一定幅度的波动。

（2）通过对大量实验数据的分析发现，在冷却工艺A下，内轮缘的综合力学性能明显好于外轮缘、轮辐、轮心等处，只有很少部分有缺陷产生，各处二次枝晶间距依次（内轮缘—外轮缘—轮辐—轮心）变大；在冷却工艺B下，轮毂各部位的力学性能均优于冷却工艺A下的力学性能，五个部位的二次枝晶间距变化不大，内外轮缘处易产生的缺陷主要是夹杂，轮辐、轮心、轮辋处极易产生缩松缺陷。

（3）在冷却工艺A下轮毂的冷却过程实现的是顺序凝固，即实现从内轮缘—轮辋—外轮缘—轮辐—轮心的冷却顺序。在冷却工艺B下，轮毂的冷却过程实现的是同时凝固。

（4）虽然按冷却工艺B制备的轮毂形成的缺陷范围和比例都高于冷却工艺A，但冷却工艺B实现的快冷和同时凝固使得合金组织晶粒细小，晶粒细化后的合金展现出优良的力学性能。如若采取进一步措施减少完全水冷工艺产生的缺陷，将使得铝合金轮毂的力学性能达到更高的水平。

具体实施方式