[发明专利]6061材料商用车铝合金轮毂液态模锻工艺法

说明书

本发明公开了一种6061材料商用车铝合金轮毂液态模锻工艺法，主要包括如下步骤：合金成分优化—熔炼—熔体净化—液态模锻成型—脱模、修边、出孔—热处理强化—机械加工—表面处理。本发明首先通过优化6061合金中各元素的成分，再配合添加适量的稀土元素Gd、Sm，以及元素Hf，再结合液态模锻工艺制备出车用轮毂，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，极大的消除了产品中的缩孔、疏松、气孔、裂纹等内部缺陷。轮毂产品外观质量明显改善，内部缺陷明显减少，生产效率高，流程短，工艺成本低、节能、环境污染少，经济效益和社会效益明显。

技术领域

本发明属于液态模锻领域，具体涉及一种6061材料商用车铝合金轮毂液态模锻工艺法。

背景技术

轮毂是汽车上最重要的安全零件之一，轮毂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方向动态载荷产生的不规则交变受力。轮毂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，这就要求轮毂动平衡好、疲劳强度高、有好的刚性和弹性、尺寸和形状精度高、质量轻等，铝轮毂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。

现有汽车铝轮毂的成型工艺主要分为低压铸造、锻造工艺。低压铸造具有生产效率高、铸件组织致密、自动化程度高等特点，可满足汽车铝轮毂的需求，成为了近年来国际上的主流工艺。国内汽车铝轮毂成形技术中，总产量的85％以上是采用低压铸造生产工艺，其余采用金属型重力铸造、挤压铸造和固态模锻工艺技术生产。

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轮毂，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，主要应用在乘用车(轿车)领域，某些高端应用领域受到限制。

固态模锻生产铝合金轮毂，产品性能方面优越，但是工艺复杂，相对生产流程长，工艺不易控制，产品合格率不高；需要的锻造机械庞大，还需有配套加热设备，能耗高，污染大，投资大。因上述原因，固态模锻法生产的汽车轮毂成本高，市场接受困难，面临推广难的现状。固态模锻工艺不易控制，容易出现缺陷，经常在锻造表层发生，出现在纤维伸出的地方。纤维伸出的地方，在微观上就是一个缺陷，很容易成为应力集中处，在变载荷作用下极易出现疲劳源，产生裂纹。另一个主要产生缺陷的原因是铝合金可锻温度范围窄，其锻造加热温度，尤其是淬火温度很接近合金的共晶熔化温度，锻件极易发生过烧。坯料过烧后，表面发暗，易有气泡，再次锻压容易产生裂纹。

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 102689159 A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轮毂仍然不能满足综合的力学性能。

公开号为CN 104131202 A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，生产出来的汽车轮毂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。