[发明专利]一种半固态流变成形大型汽车用高强韧铝合金轮毂的制造方法

说明书

一种半固态成形大型汽车用高强韧铝合金轮毂的制造方法，主要包括高合金化材料制备、半固态流变成型和铸件热处理。高合金化材料制备是按10:1比例将A356.2合金锭和含铜量20％的Al‑Cu中间合金锭进行熔化，然后倒入中转包以Al‑Zr‑B‑O和Al‑Sr‑RE中间合金进行变质细化处理，同时以专门的喷吹装置对熔体进行除气除渣净化；再在静止炉底部和升液管上端设计电磁搅拌进行复合电磁搅拌。半固态流变成型是将以上材料在615‑625℃半固态温度区间以增压充型方式成形。铸件热处理是采用连续变温均匀化处理、固熔处理和分阶时效处理。经检测以上方法制造的铝轮毂延伸率、抗拉强度、屈服强度达到为大型车辆配套的要求。

技术领域

本发明涉及汽车铝合金轮毂制造技术领域，具体地说涉及一种半固态流变成形大型汽车用高强韧铝合金轮毂的制造方法。

背景技术

铝合金轮毂具有重量轻、舒适性好、造型美观等优点，目前在轿车和运动车上的使用率已超过90％；但以Al-Si-Mg为主要材料制造的铝轮毂力学性能不能达到大型车辆(主要指大型客车、卡车、房车、越野车等)轮毂高性能的要求，因此除部分高端大型车轮采用昂贵的锻造或旋压铝轮毂外，许多大型车轮仍然使用重量重、散热差、排放高、尺寸精度低、造型单一的钢制轮毂。

和普通的13-18英寸轿车和运动车轮毂相比，大型汽车轮毂具有直径大、轮辋宽等特点，其一般直径在18英寸以上、轮辋宽度在10英寸以上，因此其不仅要求有更高的力学性能，同时制造难度更大。近年来，随着新材料和轮毂制造技术的不断进步，国际上对大直径高强度铝轮毂制造技术也不断取得突破，美国、德国、日本等发达国家采用锻压或旋压工艺成功研制出强度超过普通铝轮毂50％的铝轮毂，目前已开始配置在高端大型车辆上；但锻压和旋压不仅投资大、产品合格率低，而且仅能生产造型简单的轮型，并且轮毂尺寸受限(不能生产22英寸以上轮毂)；美国公司采用新的合金材料体系和半固态成型方式成功研制了20-28英寸的铝轮毂，其抗拉强度已达350MPa，屈服强度达到260MPa，超过Al-Si-Mg系50％以上，达到为大型汽车轮毂配套的要求，目前在国际市场具有明显的性价比优势，但技术处于保密状态。国内虽有机构研制Al-Zn-Mg-Cu高合金化材料，但其铸造流动性差，合金成分偏析等问题未能解决；另有一些企业在试制铝基复合材料轮毂，但在材料的强韧性和产品的制造技术上未能取得根本突破，因此国内行业迫切希望在大型车轮铝轮毂的材料制备和研制技术上获得突破。

发明内容

本发明根据大型汽车轮毂的需要，通过研制新的合金材料和制造技术生产20英寸以上高强韧铝轮毂，具体地说提供一种半固态流变成形大型汽车用高强韧铝合金轮毂的制造方法。

实现以上技术的具体方案是：一种半固态流变成形大型汽车用高强韧铝合金轮毂的制造方法，主要包括高合金化材料制备技术，半固态流变成型技术和铸件热处理技术，具体过程为：

1、高合金化、组织均匀细小的合金材料制备技术。

(1)高合金化Al-Si-Cu-Mg材料体系的选择。

目前以A356.2为基础制造的铝轮毂为Al-Si-Mg系合金，该合金铸造具有良好的流动性，但因热处理强化相为Mg₂Si，其时效硬化后强度提升有限；Al-Si-Cu-Mg在铝合金热处理后析出相除了Mg₂Si之外还有Al₂Cu，而Al₂Cu时效硬化效果十分明显，因此在保持A356.2铝合金良好的铸造性前提下通过添加铜元素形成Al-Si-Cu-Mg体系将使材料的强度获得极大的提升。按10:1的比例将A356.2合金锭和含铜量20％的Al-Cu中间合金锭投入熔炼炉熔化，熔炼炉熔化气氛温度保持在740-760℃，熔炼炉保温室温度控制在730-750℃，得到Al-Si-Cu-Mg合金体系，其中Si控制在6.5％-7.5％，Cu控制在1.5％-2.0％；Mg控制在0.30％-0.45％。

(2)高合金化材料的复合变质细化和精炼净化处理。