鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料及制備鋁輪轂用圓片的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料，包括Mg6.0wt%～7.0wt%，Cu0.20wt%～0.50wt%，Mn0.10wt%～0.30wt%，Be0.001wt%～0.005wt%，Ti≤0.15wt%，Cr≤0.20wt%，Si≤0.20wt%，F(xiàn)e≤0.30wt%，余量的Al以及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還公開了一種制備鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金圓片的方法。本發(fā)明鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料具有良好的鍛造及旋壓性能，所制作的輪轂具有較高的強(qiáng)度及韌性。
【專利說明】鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料及制備鋁輪轂用圓片的方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種制備鋁輪轂的材料，具體涉及一種鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材 料。本發(fā)明還涉及一種制備鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金圓片的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，汽車工業(yè)正朝著輕量、高速、安全、節(jié)能、舒適與環(huán)境污染輕的方向發(fā)展，因 此鋁合金零部件在汽車中的用量日益增多。輪轂作為汽車行駛系統(tǒng)中的重要部件之一，也 是一種要求較高的保安件，它不僅承載汽車的重量，同時(shí)也體現(xiàn)著汽車的外觀造型。在過去 的十年中，全球鋁合金汽車輪轂產(chǎn)量的年平均增長(zhǎng)率達(dá)7. 6%。由此可見，隨著汽車輕量化的 需求日益擴(kuò)大，鋁合金輪轂在現(xiàn)代汽車制造中正逐步取代傳統(tǒng)的鋼制輪轂而被廣泛地推廣 應(yīng)用。
[0003] 但是，現(xiàn)有的鋁合金輪轂通常以Al-Mg-Si合金為原材料，輪轂成形后需經(jīng)過長(zhǎng)時(shí) 間的固溶及時(shí)效對(duì)鋁合金進(jìn)行強(qiáng)化，具有工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，能耗高等缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料，它可以 解決現(xiàn)有技術(shù)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低和能耗高的問題，達(dá)到降低能耗，提高生產(chǎn)效率的目 的。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料的技術(shù)解決方案為： 包括 Mg 6. Owt% ?7. Owt%, Cu 0· 20wt% ?0· 50wt%, Μη 0· 10wt% ?0· 30wt%, Be 0· OOlwt% ?0· 005wt%，Ti 彡 0· 15wt%，Cr 彡 0· 20wt%，Si 彡 0· 20wt%，F(xiàn)e 彡 0· 30wt%，余 量的A1以及不可避免的雜質(zhì)。
[0006] 進(jìn)一步，包括 Mg 6. 2wt% ?6. 8wt%，Cu 0· 30wt% ?0· 40wt%，Μη 0· 15wt% ? 0. 25wt%，Be 0. 003wt% ?0. 005wt%，Ti 0. 02 ?0. 06wt%，Cr 0. 05wt% ?0. 15wt%，Si 彡0· 15wt%，F(xiàn)e彡0· 25wt%，余量的A1和不可避免的雜質(zhì)。
[0007] 所述Mg的質(zhì)量百分含量為6. 2wt%?6. 8wt%。
[0008] 所述Cu的質(zhì)量百分含量為0· 30wt%?0· 40wt%。
[0009] 所述Μη的質(zhì)量百分含量為0· 15wt%?0· 25wt%。
[0010] 所述Ti的質(zhì)量百分含量為0· 02?0· 06wt%。
[0011] 所述Cr的質(zhì)量百分含量為0· 05wt%?0· 15wt%。
[0012] 本發(fā)明還提供一種制備鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金圓片的方法，其技術(shù)解決方案 為，包括以下步驟： 第一步，對(duì)所述Al-Mg-Cu鋁合金材料進(jìn)行熔煉，鑄造成扁錠； 第二步，對(duì)扁錠進(jìn)行鋸切銑面； 所述第一步與第二步之間執(zhí)行下述步驟：對(duì)扁錠進(jìn)行均勻化處理；扁錠均勻化處理的 溫度為450°C?490°C，處理時(shí)間為10?32小時(shí)。
[0013] 第三步，加熱熱軋成厚板； 所述厚板的厚度為15mm?150mm。
[0014] 熱軋的開軋溫度為420°C?480°C，終軋溫度不小于300°C ; 第四步，將厚板沖裁成厚板鋁圓片。
[0015] 本發(fā)明可以達(dá)到的技術(shù)效果是： 本發(fā)明鋁輪轂用ΑΙ-Mg-Cu鋁合金材料具有良好的鍛造及旋壓性能，所制作的輪轂具 有較高的強(qiáng)度及韌性。
[0016] 本發(fā)明的Al-Mg-Cu鋁合金厚板由鑄錠經(jīng)熱軋而成。鑄錠經(jīng)熱軋后，晶粒被細(xì)化延 伸，使晶向趨于一致，縮孔和疏松被壓實(shí)。由于熱軋是在再結(jié)晶溫度以上的加工，在金屬發(fā) 生塑性變形的同時(shí)，會(huì)發(fā)生恢復(fù)、再結(jié)晶等退火作用。通過熱軋能將鑄造狀態(tài)的粗大晶粒破 碎，顯微裂紋愈合，減少或消除鑄造缺陷，將鑄態(tài)組織轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅艿睦w維狀變形組織，從而 達(dá)到了改善合金組織結(jié)構(gòu)的效果。本發(fā)明Al-Mg-Cu鋁合金材料應(yīng)用于鍛造鋁合金輪轂，可 以實(shí)現(xiàn)無需鐓粗、減少鍛造次數(shù)的效果，同時(shí)本發(fā)明Al-Mg-Cu鋁合金材料為不可熱處理強(qiáng) 化鋁合金，所制備的鋁合金無需進(jìn)行高溫長(zhǎng)時(shí)間的固溶及時(shí)效處理，不僅能簡(jiǎn)化鋁合金輪 轂生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)能夠降低能耗。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料，其化學(xué)成分為：Mg 6. Owt%?7. Owt%，Cu 0· 20wt% ?0· 50wt%,Mn 0· 10wt% ?0· 30wt%,Be 0· OOlwt% ?0· 005wt%,Ti < 0· 15wt%,Cr 彡0· 20wt%，Si彡（λ 20wt%，F(xiàn)e彡（λ 30wt%，余量的A1以及不可避免的雜質(zhì)。
[0018] 優(yōu)選化學(xué)成分為：Mg 6. 2wt% ?6. 8wt%，Cu 0· 30wt% ?0· 40wt%，Μη 0· 15wt% ? 0· 25wt%, Be 0· 003wt% ?0· 005wt%, Ti 0· 02 ?0· 06wt%, Cr 0· 05wt% ?0· 15wt%, Si 彡0· 15wt%，F(xiàn)e彡0· 25wt%，余量的A1和不可避免的雜質(zhì)。
[0019] 其中，優(yōu)選Mg的質(zhì)量百分含量為6. 2wt%?6. 8wt%。
[0020] 優(yōu)選Cu的質(zhì)量百分含量為0· 30wt%?0· 40wt%。
[0021] 優(yōu)選Μη的質(zhì)量百分含量為0· 15wt%?0· 25wt%。
[0022] 優(yōu)選Ti的質(zhì)量百分含量為0· 02?0· 06wt%。
[0023] 優(yōu)選Cr的質(zhì)量百分含量為0· 05wt%?0· 15wt%。
[0024] 本發(fā)明的鋁合金材料中，Mg提高了合金的強(qiáng)度；Μη、Cr與A1會(huì)形成Al6Mn、 Al7Cr、Al12(CrMn)等彌散質(zhì)點(diǎn)，阻礙再結(jié)晶的形核和長(zhǎng)大，細(xì)化再結(jié)晶晶粒，能夠進(jìn)一步提 高合金的強(qiáng)度。
[0025] 本發(fā)明的鋁合金材料中，Mg是鋁合金的主要合金元素，其通過固溶強(qiáng)化為合金產(chǎn) 品提供主要強(qiáng)度，使得到的鋁合金具有較高的強(qiáng)度。經(jīng)研究表明，Mg含量過高會(huì)使合金產(chǎn) 品在熱軋過程中，易產(chǎn)生邊緣開裂，Mg含量過低則不能為合金提供足夠的強(qiáng)度。因此，本發(fā) 明將Mg的質(zhì)量百分含量控制在6. Owt%?7. Owt%，優(yōu)選為6. 2wt%?6. 8wt%，這一質(zhì)量百 分含量范圍內(nèi)的Mg既保證了鋁合金的強(qiáng)度，又滿足了其作為汽車鋁輪轂抗腐蝕性的要求。
[0026] 本發(fā)明的鋁合金材料中，Cu是組成鋁合金的另一主要元素，Cu能夠進(jìn)一步提高得 到的鋁合金的強(qiáng)度，且能夠使鋁合金具有較好的抗烘烤軟化性。本發(fā)明研究表明，如果合 金中Cu的質(zhì)量百分含量小于0.2wt%時(shí)，則合金強(qiáng)度不足；如果合金的質(zhì)量百分含量超過 0.5wt%時(shí)，則合金韌性降低，不能滿足鋁輪轂要求，且耐蝕性也有所降低。因此，本發(fā)明限 定為Cu的質(zhì)量百分含量為0· 20wt%?0· 50wt%，優(yōu)選為0· 30wt%?0· 40wt%。
[0027] 本發(fā)明的鋁合金材料中，Μη能夠提高鋁合金的強(qiáng)度，且Μη會(huì)與A1形成Al6Mn，對(duì) 鋁及鋁合金的再結(jié)晶過程有很大影響，Al 6Mn彌散質(zhì)點(diǎn)對(duì)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大起阻礙作用，能 夠細(xì)化再結(jié)晶晶粒。Al6Mn是與Al-Mn固溶體相平衡的相，它除了能提高合金的強(qiáng)度，細(xì)化 再結(jié)晶晶粒外，另一重要作用是能融解雜質(zhì)鐵，形成Al 6(Fe、Μη)，減小鐵的有害影響。經(jīng)研 究表明，如果合金中Μη的質(zhì)量百分含量小于0. 10wt%時(shí)，Α16Μη彌散質(zhì)點(diǎn)較少，對(duì)再結(jié)晶晶 粒長(zhǎng)大阻礙作用較低，晶粒容易粗大；鋁合金中Μη的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總含量大于0. 30wt%時(shí)，則 會(huì)形成粗大、硬脆的化合物。因此，本發(fā)明限定Μη的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總含量為0. 10wt%?0. 30wt% ，優(yōu)選為 〇· 15wt% ?0· 25wt%。
[0028] 本發(fā)明的鋁合金材料中，Ti可以提高鋁合金的抗腐蝕性能和鑄造過程中的熱裂紋 傾向，同時(shí)又避免降低鋁合金的加工性能；而且Ti可以細(xì)化材料組織，改善材料性能。
[0029] 本發(fā)明在高鎂鋁合金中加入微量的Be，能夠降低鑄錠的裂紋傾向性，改善軋制板 材的質(zhì)量，同時(shí)減少熔煉時(shí)Mg的燒損，并且還能減少熱加工過程中材料表面形成的氧化 物。
[0030] 本發(fā)明的鋁合金材料中，Cr與Μη起到相同的效果，Cr在鋁中形成Al7(CrFe)和 Al12(CrMn)等金屬間化合物，阻礙再結(jié)晶的形核和長(zhǎng)大過程，對(duì)合金有一定的強(qiáng)化作用，還 能改善合金韌性和降低應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。本發(fā)明中鉻的質(zhì)量百分含量大于〇. 20wt% 時(shí)，會(huì)生成粗糙的金屬間化合物，導(dǎo)致成形性差。因此，本發(fā)明限定Cr的質(zhì)量百分含量為 彡 0· 20wt%，優(yōu)選為 0· 05wt% ?0· 15wt%。
[0031] 本發(fā)明鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金圓片的制備方法，包括以下步驟： 第一步，對(duì)上述化學(xué)成分的Al-Mg-Cu鋁合金材料進(jìn)行熔煉，鑄造成大扁錠； 第二步，對(duì)大扁錠進(jìn)行鋸切銑面； 大扁錠鑄造完成之后，鋸切銑面之前可以先對(duì)大扁錠進(jìn)行均勻化處理；大扁錠均勻化 處理的溫度為450°C?490°C，處理時(shí)間為10?36小時(shí)； 均勻化退火的目的是為后續(xù)加工做組織準(zhǔn)備。均勻化退火中的主要組織變化是枝晶偏 析消除、非平衡相溶解和過飽和的過渡元素相沉淀，溶質(zhì)的濃度逐漸均勻化。在均勻化退火 過程中，不溶的過剩相也會(huì)發(fā)生聚集、球化。均勻化退火保溫后慢冷時(shí)，高溫下溶入固溶體 的溶質(zhì)，將按溶解度隨溫度降低而減小的規(guī)律，在晶粒內(nèi)部較均勻地沉淀析出。溫度升高將 使擴(kuò)散過程大大加速，為加速均勻化過程，應(yīng)盡可能提高均勻化退火溫度。通常采用的均勻 化退火溫度為0.9?0.95Tm。Tm表示鑄錠實(shí)際開始熔化溫度，它低于平衡相圖上的固相 線。
[0032] 第三步，加熱熱軋成厚板； 熱軋的開軋溫度為420°C?480°C，終軋溫度不小于300°C ; 由于軋制過程中會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，熱軋溫度過高會(huì)導(dǎo)致鋁合金過熱而開裂；而低溫軋制 會(huì)導(dǎo)致熱軋裂邊嚴(yán)重。所以，本發(fā)明將熱軋溫度控制在420°C?480°C較合理。
[0033] 厚板的厚度為15mm?150mm。
[0034] 第四步，將厚板沖裁成厚板鋁圓片。
[0035] 所制得的厚板鋁圓片適用于鍛壓或旋壓制備鋁合金輪轂，所制備的鋁合金輪轂的 抗拉強(qiáng)度彡350MPa，屈服強(qiáng)度彡200MPa，延伸率彡15%。
[0036] 實(shí)施例1 將化學(xué)成分為 Mg 6. 43wt%，Cu 0· 42wt%，Μη 0· 16wt%，Ti 0· 02wt%，Cr 0· 07wt%，Si 0. 070wt%，F(xiàn)e 0. 19wt%，余量為A1 (其余為不可避免的雜質(zhì)）的Al-Mg-Cu鋁合金進(jìn)行熔煉 鑄造成大扁錠，然后在480°C保溫12h進(jìn)行均勻化處理，冷卻后對(duì)大扁錠進(jìn)行鋸切、銑面，然 后重新加熱到460°C進(jìn)行熱軋，乳至70mm的厚度。
[0037] 將厚板沖裁成圓片，然后鍛造、旋壓制備成鋁合金輪轂。
[0038] 實(shí)施例2 將化學(xué)成分為 Mg 6. 65wt%，Cu 0· 30wt%，Μη 0· 22wt%，Ti 0· 05wt%，Cr 0· 03wt%，Si 0. 080wt%，F(xiàn)e 0. 23wt%，余量為A1 (其余為不可避免的雜質(zhì)）的Al-Mg-Cu鋁合金進(jìn)行熔煉 鑄造成大扁錠，然后對(duì)大扁錠進(jìn)行鋸切、銑面，然后加熱到460°C出爐熱軋至30mm的厚度。
[0039] 將厚板沖裁成圓片，然后直接旋壓制備成鋁合金輪轂。
[0040] 對(duì)實(shí)施例1及實(shí)施例2合金材料制備的鋁輪轂進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)性能測(cè)試，采用圓 棒拉伸度樣，選用d6 X 30,具體按照GB/T228-2002檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，表1是實(shí)施例制 備方法得到的鋁合金厚板的測(cè)試結(jié)果，具體試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
[0041]

【權(quán)利要求】
1. 一種鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料，其特征在于：包括Mg 6. Owt%?7. Owt%，Cu 0· 20wt% ?0· 50wt%,Mn 0· 10wt% ?0· 30wt%,Be 0· OOlwt% ?0· 005wt%,Ti < 0· 15wt%,Cr 彡0· 20wt%，Si彡（λ 20wt%，F(xiàn)e彡（λ 30wt%，余量的A1以及不可避免的雜質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料，其特征在于：包括Mg 6. 2wt% ?6.8wt%, Cu 0· 30wt% ?0·40wt%, Μη 0· 15wt% ?0·25wt%, Be 0· 003wt% ? 0· 005wt%，Ti 0· 02 ?0· 06wt%，Cr 0·05wt% ?0· 15wt%，Si 彡 0· 15wt%，F(xiàn)e 彡 0· 25wt%，余 量的A1和不可避免的雜質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料，其特征在于：所述Mg的質(zhì) 量百分含量為6. 2wt%?6. 8wt%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料，其特征在于：所述Cu的質(zhì) 量百分含量為〇· 30wt%?0· 40wt%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料，其特征在于：所述Μη的質(zhì) 量百分含量為〇· 15wt%?0· 25wt%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料，其特征在于：所述Ti的質(zhì) 量百分含量為〇· 02?0· 06wt%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金材料，其特征在于：所述Cr的質(zhì) 量百分含量為〇· 〇5wt%?0· 15wt%。
8. -種采用權(quán)利要求1所述的Al-Mg-Cu鋁合金材料制備鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金圓 片的方法，其特征在于，包括以下步驟： 第一步，對(duì)所述Al-Mg-Cu鋁合金材料進(jìn)行熔煉，鑄造成扁錠； 第二步，對(duì)扁錠進(jìn)行鋸切銑面； 第二步，加熱熱乳成厚板； 熱軋的開軋溫度為420°C?480°C，終軋溫度不小于300°C ; 第四步，將厚板沖裁成厚板鋁圓片。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金圓片的方法，其特征在于：所 述第一步與第二步之間執(zhí)行下述步驟：對(duì)扁錠進(jìn)行均勻化處理；扁錠均勻化處理的溫度為 450°C?490°C，處理時(shí)間為10?32小時(shí)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備鋁輪轂用Al-Mg-Cu鋁合金圓片的方法，其特征在于： 所述第三步中厚板的厚度為15mm?150mm。
【文檔編號(hào)】C22C21/06GK104195389SQ201410425521
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】朱其柱, 李書通, 丁榮輝, 王新春, 張超, 茅海波 申請(qǐng)人:浙江巨科實(shí)業(yè)有限公司