一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料及其制備工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料及其制備工藝。
【背景技術】
[0002] 近年來，鋁合金輪轂在汽車工業中得到了廣泛應用，并以其美觀大方、安全舒適等 特點博得了越來越多的青睞。與鋼制輪轂相比，鋁合金輪轂在吸收振動和反彈力量方面表 現更好，提高了行車的舒適性。一般鋁合金輪轂較鋼輪轂平均輕2kg左右，減少了四輪的 轉動慣性，使汽車的加速性提高，并相對減少了制動能量的需要，當車速為60km/h時可省 油5%~7%，有效降低了油耗。此外，鋁合金輪轂的散熱系數是普通鋼鐵輪轂的二到三倍，再 加上鋁合金輪轂的結構特性，很容易將輪胎制動系統產生的熱量排散在空氣中，即便在長 時間行車中連續剎車的情況下，也能使車輪系統保持適當的溫度。鋁合金輪轂外觀設計精 美，造型多樣化，提高了整車的美觀。鋁合金輪轂的輪胎與鋼輪轂比有所加寬，提高了抓地 力和剎車性能，并有效地提高了駕駛的操控性。有資料顯示，世界每年汽車鋁合金輪轂產量 在1億只以上，預計2014年鋁合金輪轂的需求量將達到2. 5億只左右，國際鋁合金輪轂 市場巨大的吸引力刺激著鋁合金輪轂行業的發展。目前，鋁合金輪轂的主要鑄造工藝有：壓 力鑄造、金屬型鑄造、擠壓鑄造和低壓鑄造，其中低壓鑄造鋁合金輪轂的產量約占鋁合金輪 轂總產量的40%左右。本文即是采用低壓鑄造的方法制備鋁合金輪轂。
[0003] 鋁合金輪轂的生產中，產品所達到的力學性能是能否保證其安全使用的直接衡量 指標。近年來的報道中，研究者對材料成分和合金相成分、相形態進行了研究。其中，向A356 鋁合金中添加 Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Sr、Al-Ce、Al-Sb-Mg等不同成分的細化劑與變質劑， 或是不同冷卻方式所制備的細化與變質劑，有效地細化了 A356鋁合金的晶粒，提高了合金 的力學性能。但是，這些研究大多在實驗室進行，在實際生產中，由于冷卻條件、工人操作、 模具設計、原材料等的不同，所制產品內部往往混有夾雜、縮孔等各種缺陷，這些缺陷嚴重 影響了輪轂的力學性能。然而，目前對鋁合金輪轂制備過程中缺陷的產生與防治方面的研 究還比較少，研究熱點依然集中在材料的細化與變質、輪轂的制備工藝革新等方面。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是：提供一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料及其制備工 藝，已解決現有技術的不足。
[0005] 本發明的技術方案是：一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料，化學成分(質量百分 t匕）為：6.97% Si，0.258%Mg，0.128% Ti，0.009% Sr，0.131Fe，剩余雜質元素總量〈0.05%， 余量A1。
[0006] 一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料的制備工藝，使用A356鋁錠，采用低壓鑄造 的方法，在合金熔煉過程中加入適量Al-Ti-B細化劑和Al-lOSr變質劑，最終熔配合金的 輪轂，后進行固溶處理 ：550°C，315-350min，淬水溫度80°C，3min，時效處理：135-155°C， 180-200min 即可。
[0007] 本發明的有益效果： (1)對二次枝晶間距與合金力學性能間的關系的研究發現，隨著二次枝晶間距的增大， 合金抗拉強度和伸長率均在下降。當二次枝晶間距增加到一定值時（45~70 μ m)，抗拉強度 和伸長率的數值趨于穩定；當二次枝晶間距在20-30μπι時，抗拉強度數值較為穩定，伸長 率有一定幅度的波動。
[0008] (2)通過對大量實驗數據的分析發現，在冷卻工藝Α下，內輪緣的綜合力學性能 明顯好于外輪緣、輪輻、輪心等處，只有很少部分有缺陷產生，各處二次枝晶間距依次（內輪 緣一外輪緣一輪輻一輪心）變大；在冷卻工藝B下，輪轂各部位的力學性能均優于冷卻工 藝A下的力學性能，五個部位的二次枝晶間距變化不大，內外輪緣處易產生的缺陷主要是 夾雜，輪輻、輪心、輪輞處極易產生縮松缺陷。
[0009] (3)在冷卻工藝A下輪轂的冷卻過程實現的是順序凝固，即實現從內輪緣一輪 輞一外輪緣一輪輻一輪心的冷卻順序。在冷卻工藝B下，輪轂的冷卻過程實現的是同時凝 固。
[0010] (4)雖然按冷卻工藝B制備的輪轂形成的缺陷范圍和比例都高于冷卻工藝A，但 冷卻工藝B實現的快冷和同時凝固使得合金組織晶粒細小，晶粒細化后的合金展現出優良 的力學性能。如若采取進一步措施減少完全水冷工藝產生的缺陷，將使得鋁合金輪轂的力 學性能達到更高的水平。
【具體實施方式】
[0011] 使用A356鋁錠，采用低壓鑄造的方法，在合金熔煉過程中加入適量Al-Ti-B細 化劑和Al-10Sr變質劑，最終熔配合金的化學成分(質量百分比）為：6.97% Si，0. 258%Mg， 0. 128% Ti，0. 009% Sr，0. 131Fe，剩余雜質元素總量〈0. 05%，余量A1。實驗以奔馳某一款輪 轂為研究對象，對輪轂采用不同冷卻工藝，以分析冷卻方式的不同對輪轂缺陷分布及力學 性能的影響。冷卻工藝A采用的冷卻方式是內外輪緣、輪輞、輪輻處風冷，輪心處水冷，實現 順序凝固；冷卻工藝B采用的冷卻方式是全部水冷，實現同時凝固。之后對輪轂分別進行 固溶和時效熱處理，熱處理工藝規范見表1所示。
[0012] 對熱處理后的鋁合金輪轂進行取樣，分別在輪心、輪輻、輪輞、內外輪緣等部位取 樣，試樣直徑6mm，標距L0=30mm，在Zwick/Roell Z100萬能材料試驗機上進行力學性能測 試。將輪轂沿輪輻中央做剖切面，按照DWTC-JB004:2007進行鑄造鋁車輪內部缺陷低倍檢 查。經過180#、400#、600#砂紙打磨后，在剖切面上噴滲透劑、顯像劑(滲透5min后)，觀察 滲透實驗后剖切面顯現的宏觀缺陷。另對輪轂剖切面按照Q/DC001. 1-1997晶粒度試驗方 法和技術標準進行晶粒度檢測。經過180#、400#、600#砂紙打磨后進行強酸腐蝕，混合酸成 分為氫氟酸：硝酸：鹽酸=1 : 5 : 15,腐蝕后對剖切面不同位置處合金晶粒度進行觀察。
[0013] 表2和表3分別為冷卻工藝A和冷卻工藝B下所得輪轂不同位置的力學性能 分析，由表可見：按冷卻工藝B制得輪轂所經歷的冷卻時間大大少于冷卻工藝A，縮短了工 時；按兩種冷卻工藝凝固后，輪轂內輪緣均表現出比同一輪轂其他部位更優異的綜合力學 性能，但同時，按冷卻工藝A制得輪轂的內輪緣帶有少量夾雜，夾雜出現位置位于順序凝固 最先冷卻的部位；按冷卻工藝B制得輪轂的內輪緣帶有少量夾雜或縮松，且夾雜量越多， 對樣品伸長率的影響越大。從表中數據還可得知，按冷卻工藝A制得輪轂的其他部位(除內 輪緣外）未檢測出有明顯缺陷，但按冷卻工藝B制得輪轂的其他部位（除內輪緣外）均含有 少量的夾雜或縮松。值得注意的是，雖然按冷卻工藝A制得輪轂的缺陷在分布和數量上均 少于按冷卻工藝B制得輪轂的缺陷，但在輪轂相同位置上樣品力學性能的對比來看，冷卻 工藝B制得的樣品綜合性能均優于冷卻工藝A制得樣品的綜合性能。這一結果與完全水 冷冷卻工藝產生的高冷速和小晶粒有關：晶粒細化使樣品綜合力學性能得到極大提升。
[0014] (1)對二次枝晶間距與合金力學性能間的關系的研究發現，隨著二次枝晶間距的 增大，合金抗拉強度和伸長率均在下降。當二次枝晶間距增加到一定值時（45~70 μ m)，抗拉 強度和伸長率的數值趨于穩定；當二次枝晶間距在20-30μπι時，抗拉強度數值較為穩定， 伸長率有一定幅度的波動。
[0015] (2)通過對大量實驗數據的分析發現，在冷卻工藝Α下，內輪緣的綜合力學性能 明顯好于外輪緣、輪輻、輪心等處，只有很少部分有缺陷產生，各處二次枝晶間距依次（內輪 緣一外輪緣一輪輻一輪心）變大；在冷卻工藝B下，輪轂各部位的力學性能均優于冷卻工 藝A下的力學性能，五個部位的二次枝晶間距變化不大，內外輪緣處易產生的缺陷主要是 夾雜，輪輻、輪心、輪輞處極易產生縮松缺陷。
[0016] (3)在冷卻工藝A下輪轂的冷卻過程實現的是順序凝固，即實現從內輪緣一輪 輞一外輪緣一輪輻一輪心的冷卻順序。在冷卻工藝B下，輪轂的冷卻過程實現的是同時凝 固。
[0017] (4)雖然按冷卻工藝B制備的輪轂形成的缺陷范圍和比例都高于冷卻工藝A，但 冷卻工藝B實現的快冷和同時凝固使得合金組織晶粒細小，晶粒細化后的合金展現出優良 的力學性能。如若采取進一步措施減少完全水冷工藝產生的缺陷，將使得鋁合金輪轂的力 學性能達到更高的水平。
【主權項】
1. 一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料，其特征在于：化學成分(質量百分比）為：6.97% Si，0.258%Mg，0. 128%Ti，0.009%Sr，0. 131Fe，剩余雜質元素總量〈0.05%，余量A1。2. 如權利要求1所述的一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料的制備工藝，其特征在 于：使用A356鋁錠，采用低壓鑄造的方法，在合金熔煉過程中加入適量Al-Ti-B細化劑 和Al-lOSr變質劑，最終熔配合金的輪轂，后進行固溶處理：550°C，315-350min，淬水溫度 80°C，3min，時效處理：135-155°C，180-200min即可。
【專利摘要】本發明公開了一種Al-Si-Mg-Ti-Sr-Fe合金材料，其特征在于：化學成分（質量百分比）為：6.97%Si，0.258%Mg，0.128%Ti，0.009%Sr，0.131Fe，剩余雜質元素總量<0.05%，余量Al。制備工藝，使用A356鋁錠，采用低壓鑄造的方法，在合金熔煉過程中加入適量Al-Ti-B細化劑和Al-10Sr變質劑，最終熔配合金的輪轂，后進行固溶處理：550℃，315-350min，淬水溫度80℃，3min，時效處理：135-155℃，180-200min即可。
【IPC分類】C22F1/043, C22C1/02, C22C21/02, B22D18/04
【公開號】CN105441734
【申請號】CN201410519517
【發明人】黃曉藝
【申請人】黃曉藝
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2014年9月30日