[发明专利]一种轮胎模具用高韧性铝镁合金材料

说明书

技术领域

本发明属于铝合金领域，具体涉及一种轮胎模具用高韧性铝镁合金材料。

背景技术

铝镁铸造合金具有延伸率高，切削性、耐腐蚀性、表面光洁度好等特点，因此成为目前国际上轮胎模具行业比较推崇的模具用铝。普通工艺生产的铝镁合金强度低，而且含有较多的渣、气。用其制备的轮胎模具表面容易形成渣孔、气孔，轮胎在成型过程中，胶会渗入其中产生粘膜现象；模具强度低导致模具使用寿命短。

国内同行业一般选用ZL101、AlMg3Si和AC7A牌号铸铝合金。前两种材料的流动性好，适于铸造花纹复杂的子午胎模具花纹圈，但其机械性能和韧性达不到要求，对使用寿命提升帮助不大。AC7A是近年来应用较多的一种花纹圈铸造用材料，其耐腐蚀性能好，但是机械性能和韧性达不到要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种轮胎模具用高韧性铝镁合金材料，通过调整Ti、Cu和Mg配比，提高铝镁合金材料的韧性，伸长率达到14％-16％，满足现代轮胎模具的生产要求，延长使用寿命。

本发明提供的一种轮胎模具用高韧性铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：

Cu 0.3-0.5％，Mg 3.6-5.5％，Si 0.2-0.23％，Zn 0.03-0.05％，Fe 0.01-0.02％,Mn 0.3-0.5％,Ti 0.2-0.25％，Cr 0.005-0.02％，Zr 0.05-0.1％，Sm 0.05-0.07％,Nd 0.05-0.06％,Y 0.05-0.07％,余量为Al。

进一步的，一种轮胎模具用高韧性铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：

Cu 0.3-0.5％，Mg 3.6-5.5％，Si 0.2-0.23％，Zn 0.03-0.05％，Fe 0.01-0.02％,Mn 0.3-0.5％,Ti 0.23％，Cr 0.005-0.02％，Zr 0.05-0.1％，Sm 0.05-0.07％,Nd 0.05-0.06％,Y 0.05-0.07％,余量为Al。

铜元素(Cu)具有一定的固溶强化效果，通过时效处理析出的CuAl2具有明显的时效强化效果。

镁元素(Mg)在铝中的溶解度随温度下降而变小，镁对铝合金的强化作用非常明显，每增加1％的镁，合金抗拉强度大约升高34MPa。

钛(Ti)是铝合金中常用的添加元素，以Al-Ti中间合金形式加入。钛与铝形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。本发明严格控制Ti含量0.2-0.25％，尤其是，钛元素含量在0.23％时，铝镁合金的韧性最高，延伸率达到16％；本发明严格控制Cu、Mg、Ti的含量配比，Cu 0.3-0.5％，Mg 3.6-5.5％，Ti 0.2-0.25％，多余或少于该配比，均达不到14—16％的延伸率。

锆元素(Zr)在合金既能起到固溶强化，又能起到第二相强化，形成Al3Zr可以起到钉扎作用，结合稀土可细化铝合金基体。

加入钐(Sm)、钇(Y)、钕(Nd)稀土元素，钐、钕、钇比其它稀土元素在铝合金中的溶解度大，不仅可以起到弥散强化作用还可以起到很好的固溶强化作用，此外，钐、钇、钕等与熔体中氧、氢、氮、硫、铁等杂质元素有较强的结合作用，可以减少合金中的气体和夹杂,改善夹杂物形态，使夹杂相趋于球化，有利于夹杂物和气体的排除，也起到了熔体净化效果，而且，本合金加入钕既能起第二相强化作用，还可以起到固溶强化作用，钕加入铝合金，可以增加错配度，此外钕还有很好的变质效果，这些对于合金的综合性能都有利。而且，加入钐(Sm)、钇(Y)、钕(Nd)稀土元素能够使固相线温度差减小，降低铝镁合金的糊状凝固趋势，并且降低合金熔体表面张力，增加熔体流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响。但是需要注意的是，稀土元素在铝合金中固溶度较低，添加过量对合金综合性能不利。因此，合金中稀土元素总含量控制在0.4％以内。

锌元素(Zn)单独加入铝中，对铝合金强度的提高十分有限，同时存在应力腐蚀开裂、倾向，在铝中同时加入锌和镁，形成强化相Mg/Zn2，对合金产生明显的强化作用。Mg/Zn2含量从0.5％提高到12％时，可明显增加抗拉强度和屈服强度。