專利名稱：汽車輪轂用高沖擊韌性鋁硅鎂合金新材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬基功能材料及制造技術(shù)，特別適用于制造高沖擊韌性汽車鋁合金輪轂。
背景技術(shù)：
汽車對輪轂材料性能要求嚴(yán)格，如重量輕、強度高、耐磨性、沖擊韌性好等。目前，發(fā)達(dá)國家及中國的高檔汽車已大部分采用鋁合金輪轂，鋁合金輪轂生產(chǎn)工藝已趨于成熟，但公知的鋁合金輪轂材料過多考慮鑄造性能及耐疲勞性能，在沖擊韌性方面，難以滿足汽車工業(yè)發(fā)展的更高要求。國內(nèi)外已公開報道的鋁合金輪轂合金牌號有美國A356；日本Ac4C，Ac4A，ADC3，DX30；中國ZL101A等，其成分見表1。
表1 國內(nèi)外汽車鋁輪轂合金化學(xué)成分

上述鋁輪轂合金材料為典型的亞共晶Al-Si系合金，含硅量低，需要添加鎂、銅、錳、鋅、鎳等元素，然后經(jīng)熱處理工序才能達(dá)到工況要求，熱處理效果受成分影響顯著，往往造成合金最終性能的波動，這樣的工藝及方法不僅熱處理成本高，而且容易造成輪轂質(zhì)量批次波動，從而降低成品率。
申請?zhí)?1107885.5專利所述的“一種汽車輪轂用鋁合金新材料及制備方法”，材料AlSi11。成分硅10-12％，鈰0.03-0.08％，鎂0.2-0.5％，鍶0.02-0.04％，鈦0.1-0.2％，其余為鋁。由于其成分中硅含量較高，加工時攪拌和鑄錠方式簡單，易在合金中造成較為嚴(yán)重的硅偏析，影響合金的沖擊韌性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有材料及工藝方法的不足，提供研究和開發(fā)了一種高沖擊韌性鋁硅鎂合金新材料及其相應(yīng)制備方法，尤其適用于汽車鋁合金輪轂制造。
汽車輪轂用高沖擊韌性鋁硅鎂合金各組分的質(zhì)量百分比為硅6-11％，鎂0.2-0.6％，銅0.02-0.2％，鈦0.05-0.3％，鍶0.02-0.05％，鑭0.02-0.15％，鈰0.01-0.1％，其余為鋁。
其制備方法包括以下步驟1、首先按工業(yè)純硅7-12％、鋁鎂合金0.4-1.0％、鋁銅合金0.05-0.4％、鋁鍶合金0.03-0.06％，鋁稀土中間合金0.05-0.3％、鈦粉0.08-0.5％的質(zhì)量百分比向熔煉爐中加料，再將電解純鋁液87-92％加入熔煉爐中；2、利用電解鋁液的高溫780～880℃熔化在此之前加入熔煉爐中的工業(yè)純硅、鋁鎂合金、鋁銅合金、鋁稀土中間合金、鋁鍶合金和鈦粉；3、當(dāng)爐內(nèi)鋁合金液的溫度達(dá)750-780℃，采用超聲波或電磁波做均勻化處理10-20分鐘，靜置20～25分鐘，將鋁合金液導(dǎo)入除氣箱；4、用高純氮氣對除氣箱中的鋁合金液進(jìn)行除氣；5、除氣后的鋁合金液流經(jīng)多孔陶瓷板進(jìn)行一級過濾；6、在水冷結(jié)晶器的澆鑄口上方加設(shè)多孔陶瓷板；7、鋁合金液流經(jīng)加設(shè)有多孔陶瓷板的水冷結(jié)晶器澆鑄中進(jìn)行二級過濾后，流入豎井水冷結(jié)晶器鑄造成方棒或圓棒；8、由托板帶入豎井水冷，鑄成的鋁合金棒材。
本發(fā)明的有益效果是(1)直接抽取電解鋁液導(dǎo)入熔煉爐進(jìn)行合金熔煉，合金化過程所需能量主要來自于鋁液自身的余熱，熔煉爐加熱系統(tǒng)僅起保溫作用，可以大量節(jié)約能源；(2)在鋁中同時加入稀土、鈦元素，并添加一些其他元素做為調(diào)節(jié)劑，利用稀土、鈦元素對鋁基材料的強化、凈化、晶粒細(xì)化等有利作用，以及銅、鎂對鋁合金強化作用，同時提高鋁合金的強度和沖擊韌性；(3)熔煉過程的超聲波或者電磁波攪拌技術(shù)有利于合金成分的充分均勻化，防止成分偏析，同時又不破壞鋁合金液體的表面氧化層，較少鋁合金液的吸氣量；(4)材料錠坯澆鑄過程中的雙級多孔陶瓷過濾方法，有效地消除了合金液澆鑄過程中的氧化物夾雜，并使?jié)茶T流場更加均勻穩(wěn)定；(5)經(jīng)過豎井水冷結(jié)晶器急速冷卻澆鑄的鋁硅鎂合金，無需進(jìn)行熱處理工藝，縮短合金制造工序，提高成品率；(6)通過超聲波或電磁攪拌+水冷熱頂鑄造工藝，使鑄造鋁合金棒的化學(xué)成分更加均勻，合金中氣體含量更低，針孔度在1級以內(nèi)，力學(xué)性能顯著改善，其強度、耐磨性、耐疲勞性達(dá)到工業(yè)要求，沖擊韌性是同類材料的2～3倍。


圖1是本發(fā)明工藝流程圖；具體實施方式
實施例一1.首先按工業(yè)純硅9％、鋁鎂合金0.5％、鋁銅合金0.2％、鋁稀土(60％La+40％Ce)中間合金0.2％、鈦粉0.2％、鋁鍶合金0.03％的質(zhì)量百分比向熔煉爐中加料，再將電解純鋁液89.8％加入熔煉爐中；2.利用電解鋁液的高溫(880℃)熔化工業(yè)純硅、鋁鎂合金、鋁銅合金、鋁稀土中間合金、鋁鍶合金和鈦粉；3.當(dāng)爐內(nèi)鋁合金液的溫度達(dá)760℃，采用超聲波做均勻化處理15分鐘，靜置20分鐘，將鋁合金液導(dǎo)入除氣箱；4.使用高純氮氣對除氣箱中的鋁合金液進(jìn)行除氣；5.除氣后的鋁合金液流經(jīng)多孔陶瓷板進(jìn)行一級過濾；6.在水冷結(jié)晶器的澆鑄口上方加設(shè)多孔陶瓷板；7.700℃鋁合金液流經(jīng)加設(shè)有多孔陶瓷板的水冷結(jié)晶器澆鑄中進(jìn)行二級過濾后，冷凝成型，由托板帶入豎井水冷，鑄成75mm×75mm的鋁合金方棒。
按照上述方法生產(chǎn)的一種最佳的汽車輪轂材料，其化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)為硅8％，鎂0.35％，銅0.15％，鈦0.15％，鍶0.025％，鑭0.08％，鈰0.07％，其余為鋁?？估瓘姸?20Mpa，延伸率7.5％，沖擊韌性18.60焦耳/厘米2(J/cm2)。
實施例二1.首先按工業(yè)純硅7％、鋁鎂合金0.4％、鋁銅合金0.05％、鋁稀土(60％La+40％Ce)中間合金0.05％、鈦粉0.08％、鋁鍶合金0.03％的質(zhì)量百分比向熔煉爐中加料，再將電解純鋁液92.39％加入熔煉爐中；2.利用電解鋁液的高溫(880℃)熔化工業(yè)純硅、鋁鎂合金、鋁銅合金、鋁稀土中間合金、鋁鍶合金和鈦粉；3.當(dāng)爐內(nèi)鋁合金液的溫度達(dá)760℃，采用電磁波做均勻化處理15分鐘，靜置20分鐘，將鋁合金液導(dǎo)入除氣箱；4.使用高純氮氣對除氣箱中的鋁合金液進(jìn)行除氣；5.除氣后的鋁合金液流經(jīng)多孔陶瓷板進(jìn)行一級過濾；6.在水冷結(jié)晶器的澆鑄口上方加設(shè)多孔陶瓷板；7.700℃鋁合金液流經(jīng)加設(shè)有多孔陶瓷板的水冷結(jié)晶器澆鑄中進(jìn)行二級過濾后，冷凝成型，由托板帶入豎井水冷，鑄成75mm×75mm的鋁合金方棒。
按照上述方法生產(chǎn)的一種最佳的汽車輪轂材料，其化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)為硅6％，鎂0.2％，銅0.02％，鈦0.05％，鍶0.02％，鑭0.02％，鈰0.01％，其余為鋁?？估瓘姸?09Mpa，延伸率6.5％，沖擊韌性17.35焦耳/厘米2(J/cm2)。
實施例三1.首先按工業(yè)純硅12％、鋁鎂合金1.0％、鋁銅合金0.4％、鋁稀土(60％La+40％Ce)中間合金0.3％、鈦粉0.5％、鋁鍶合金0.06％的質(zhì)量百分比向熔煉爐中加料，再將電解純鋁液92.39％加入熔煉爐中；2.利用電解鋁液的高溫(880℃)熔化工業(yè)純硅、鋁鎂合金、鋁銅合金、鋁稀土中間合金、鋁鍶合金和鈦粉；3.當(dāng)爐內(nèi)鋁合金液的溫度達(dá)760℃，采用電磁波做均勻化處理15分鐘，靜置20分鐘，將鋁合金液導(dǎo)入除氣箱；4.使用高純氮氣對除氣箱中的鋁合金液進(jìn)行除氣；5.除氣后的鋁合金液流經(jīng)多孔陶瓷板進(jìn)行一級過濾；6.在水冷結(jié)晶器的澆鑄口上方加設(shè)多孔陶瓷板；7.700℃鋁合金液流經(jīng)加設(shè)有多孔陶瓷板的水冷結(jié)晶器澆鑄中進(jìn)行二級過濾后，冷凝成型，由托板帶入豎井水冷，鑄成75mm×75mm的鋁合金方棒。
按照上述方法生產(chǎn)的一種最佳的汽車輪轂材料，其化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)為硅11％，鎂0.6％，銅0.2％，鈦0.3％，鍶0.05％，鑭0.15％，鈰0.1％，其余為鋁?？估瓘姸?26Mpa，延伸率6％，沖擊韌性17.06焦耳/厘米2(J/cm2)。
試驗材料成分(％重量百分比)

試驗材料性能對比

Al-Si-Mg鑄造合金沖擊實驗

從以上性能對比得出本發(fā)明的效果是使鑄造合金的沖擊韌性提高至17.06～18.60J/cm2，力學(xué)性能滿足國際標(biāo)準(zhǔn)值，在汽車工業(yè)中使用該鑄造合金，能滿足優(yōu)質(zhì)汽車對材質(zhì)、性能提出的更高要求。
權(quán)利要求
1.一種汽車輪轂用高沖擊韌性鋁硅鎂合金新材料，該合金各組分的質(zhì)量百分比為硅6-11％，鎂0.2-0.6％，銅0.02-0.2％，鈦0.05-0.3％，鍶0.02-0.05％，鑭0.02-0.15％，鈰0.01-0.1％，其余為鋁。
2.一種汽車輪轂用高韌性鋁硅鎂合金新材料的制備方法，其包括以下步驟(1)首先按工業(yè)純硅7-12％、鋁鎂合金0.4-1.0％、鋁銅合金0.05-0.4％、鋁鍶合金0.03-0.06％，鋁稀土中間合金0.05-0.3％、鈦粉0.08-0.5％的質(zhì)量百分比向熔煉爐中加料，再將電解純鋁液87-92％加入熔煉爐中；(2)利用電解鋁液的高溫780～880℃熔化在此之前加入熔煉爐中的工業(yè)純硅、鋁鎂合金、鋁銅合金、鋁稀土中間合金、鋁鍶合金和鈦粉；(3)當(dāng)爐內(nèi)鋁合金液的溫度達(dá)750-780℃，采用超聲波或電磁波做均勻化處理10-20分鐘，靜置20～25分鐘，將鋁合金液導(dǎo)入除氣箱；(4)用高純氮氣對除氣箱中的鋁合金液進(jìn)行除氣；(5)除氣后的鋁合金液流經(jīng)多孔陶瓷板進(jìn)行一級過濾；(6)在水冷結(jié)晶器的澆鑄口上方加設(shè)多孔陶瓷板；(7)鋁合金液流經(jīng)加設(shè)有多孔陶瓷板的水冷結(jié)晶器澆鑄中進(jìn)行二級過濾后，流入豎井水冷結(jié)晶器鑄造成方棒或圓棒；(8)由托板帶入豎井水冷，鑄成的鋁合金棒材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車輪轂用高沖擊韌性鋁硅鎂合金新材料及制備方法。它以鋁、工業(yè)純硅、鋁鎂合金、鋁銅合金、鋁鍶合金、鋁稀土中間合金和鈦粉為原料，經(jīng)合金熔煉、超聲波或電磁波均勻攪拌、氮氣除氣、雙級多孔陶瓷過濾、水冷結(jié)晶器鑄造制備鋁硅鎂合金棒材。本材料合金成分均勻，針孔少，可顯著增強沖擊韌性，并有效提升鑄造性能。
文檔編號C22C1/03GK1831172SQ20051004878
公開日2006年9月13日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者楊鋼, 起華榮, 王吉坤, 袁崇勝 申請人:云南冶金集團(tuán)總公司