[发明专利]应用于商用车轴头的A357铝合金的液态模锻工艺法

说明书

技术领域

本发明属于液态模锻领域，具体涉及一种应用于商用车轴头的A357铝合金的液态模锻工艺法。

背景技术

轴头是汽车上最重要的安全零件之一，轴头承受着汽车和载物质量作用的压力，受到车辆在起动、制动时动态扭矩的作用，还承受汽车在行驶过程中转弯、凹凸路面、路面障碍物冲击等来自不同凡响动态载荷产生的不规则交变受力。轴头的质量和可靠性不但关系到车辆和车上人员物资的安全性，还影响到车辆在行驶中的平稳性、操纵性、舒适性等性能，这就要求轴头动平衡好、疲劳强度高、有好的刚度和弹性、尺寸和形状精度高、质量轻等，铝轴头以其良好的综合性能满足了上述要求，在安全性、舒适性和轻量化等方面表现突出，博得了市场青睐。

现有汽车轴头从材料上区分，分为钢制轴头和铝合金轴头。成型工艺主要分为钢制热挤压成型以及铝合金低压铸造工艺。钢制轴头重量大，一般接近铝合金轴头的两倍。铝合金轴头以质量轻、散热快、美观逐渐受到市场青睐，也是未来发展方向。低压铸造生产的铝合金轴头是铸件在一定的压力下结晶，受工艺条件限制，产品机械性能一般，不能满足大载荷要求。低压铸造因自身工艺约束，产品容易形成缩孔与缩松缺陷，气孔缺陷，表面粗糙，由于汽车件对安全性能要求较高，低压铸造工艺生产的轴头，其机械性能只能满足一般要求，并且提升空间小，已不能满足大承载力汽车要求，某些高端应用领域受到限制。

液态模锻，是一种既具有铸造特点，又类似固态模锻的新兴金属成形工艺。它是将一定量的被铸金属液直接浇注入涂有润滑剂的型腔中，并持续施加机械静压力，利用金属铸造凝固成形时易流动和锻造技术使已凝固的硬壳产生塑性变形，使金属在压力下结晶凝固并强制消除因凝固收缩形成的缩孔缩松，以获得无铸造缺陷的液态模锻制件。

公开号为CN 102689159A的中国专利公开了6061铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，该方法虽然在一定程度上满足生产流程短，但是其公开的技术方案中没有对铝合金成分进行优化，按照其公开的技术方案制造汽车轴头仍然不能满足综合的力学性能。

公开号为CN 104131202A的中国专利公开了6061铝合金模锻件的短流程制备方法，通过优化合金的化学成分和熔体净化技术，改善了合金的金相结构，不仅改善了产品的外观质量，还极大的消除了产品中的缩孔、疏松、气孔、裂纹等内部缺陷；但是通过研究发现其仍有一定的缺陷，比如其高温高蠕变性能不好，产品仍然有裂纹源等，生产出来的汽车轴头在性能上仍有所不足。

稀土元素被认为是可以显著改善铝合金的金相组织，细化晶粒，去除铝合金中气体和有害杂质和有害气体，减少铝合金的裂纹源，从而提高铝合金的强度，改善加工性能，还能改善铝合金的耐热性、可塑性及可锻性，提高硬度、增加强度和韧性。

但是现有技术中还没有将稀土元素应用于铝合金的液态模锻领域。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于在现有液态模锻工艺的基础上，研究出一种应用于商用车轴头的A357铝合金的液态模锻工艺法。通过稀土元素优化化学成分和优化熔体净化技术、改善合金金相结构；改变锻压、热处理强化的温度场和流场，对铝合金的形变温度、形变速度和形变程度进行综合分析和调控，建立短流程、铸锻一体化的连续液态模锻过程的数学模型，开发出大尺寸、结构相对复杂的铝合金轴头的新技术。

为实现上述发明目的，本发明具体提供了如下的技术方案：

应用于商用车轴头的A357铝合金的液态模锻工艺法，其特征在于包括如下步骤：

（1）合金成分优化：优化A357铝合金中Mg/Si比和其他合金元素比例，并控制杂质元素的质量含量，其中Si6.5～7.5份；Fe＜0.2份；Cu＜0.2份；Mg0.5-0.7份；Sr 0.01-0.02份；Ti 0.1～0.2份；Al90～95份，控制A357铝合金中其他单个杂质≤0.05份，再加入元素Gd0.1～0.8份；Sm0.1～1份；Hf 0.1～2.5份，用Sr及Ti作变质和细化处理；

（2）熔炼；

（3）将步骤（2）所得熔体以高效精炼剂进行炉内除气、除渣使熔体清洁无杂；

（4）液态模锻成型分为5个阶段

第一阶段：熔体浇注至轴头模具内：浇注温度为680～690℃，模具预热温度为280～320℃，单坯精确定量浇注；

第二阶段：快速充型：合模充型加压时间为10-20秒，压力由上模冲头刚接触到下模中熔体面起开始变化直到140-160bar，速度1-2mm/s；