[發明專利]應用于商用車輪轂的A357鋁合金的液態模鍛工藝法

有效

• 申請號: 201610932177.4
• 申請日: 2016-10-31
• 公開（公告）號: CN106345984B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 劉忠鎖
• 申請（專利權）人: 遼寧忠相鋁業有限公司
• 主分類號: B22D18/02
• 分類號: B22D18/02;B22D21/04;C22C21/02
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明公開了一種應用于商用車輪轂的A357鋁合金的液態模鍛工藝法，主要包括如下步驟：合金成分優化—熔煉—熔體凈化—液態模鍛成型—脫模、修邊、出孔—熱處理強化—機械加工—表面處理。本發明首先通過優化A357合金中各元素的成分，再配合添加適量的稀土元素Gd、Sm，以及元素Hf，再結合液態模鍛工藝制備出車用輪轂，通過優化合金的化學成分和熔體凈化技術，改善了合金的金相結構，極大的消除了產品中的縮孔、疏松、氣孔、裂紋等內部缺陷。輪轂產品外觀質量明顯改善，內部缺陷明顯減少，生產效率高，流程短，工藝成本低、節能、環境污染少，經濟效益和社會效益明顯。

技術領域

本發明屬于液態模鍛領域，具體涉及一種應用于商用車輪轂的A357鋁合金的液態模鍛工藝法。

背景技術

輪轂是汽車上最重要的安全零件之一，輪轂承受著汽車和載物質量作用的壓力，受到車輛在起動、制動時動態扭矩的作用，還承受汽車在行駛過程中轉彎、凹凸路面、路面障礙物沖擊等來自不同方向動態載荷產生的不規則交變受力。輪轂的質量和可靠性不但關系到車輛和車上人員物資的安全性，還影響到車輛在行駛中的平穩性、操縱性、舒適性等性能，這就要求輪轂動平衡好、疲勞強度高、有好的剛性和彈性、尺寸和形狀精度高、質量輕等，鋁輪轂以其良好的綜合性能滿足了上述要求，在安全性、舒適性和輕量化等方面表現突出，博得了市場青睞。

現有汽車鋁輪轂的成型工藝主要分為低壓鑄造、鍛造工藝。低壓鑄造具有生產效率高、鑄件組織致密、自動化程度高等特點，可滿足汽車鋁輪轂的需求，成為了近年來國際上的主流工藝。國內汽車鋁輪轂成形技術中，總產量的85％以上是采用低壓鑄造生產工藝，其余采用金屬型重力鑄造、擠壓鑄造和固態模鍛工藝技術生產。

低壓鑄造因自身工藝約束，產品容易形成縮孔與縮松缺陷，氣孔缺陷，表面粗糙，由于汽車件對安全性能要求較高，低壓鑄造工藝生產的輪轂，其機械性能只能滿足一般要求，并且提升空間小，已不能滿足大承載力汽車要求，主要應用在乘用車(轎車)領域，某些高端應用領域受到限制。

固態模鍛生產鋁合金輪轂，產品性能方面優越，但是工藝復雜，相對生產流程長，工藝不易控制，產品合格率不高；需要的鍛造機械龐大，還需有配套加熱設備，能耗高，污染大，投資大。因上述原因，固態模鍛法生產的汽車輪轂成本高，市場接受困難，面臨推廣難的現狀。固態模鍛工藝不易控制，容易出現缺陷，經常在鍛造表層發生，出現在纖維伸出的地方。纖維伸出的地方，在微觀上就是一個缺陷，很容易成為應力集中處，在變載荷作用下極易出現疲勞源，產生裂紋。另一個主要產生缺陷的原因是鋁合金可鍛溫度范圍窄，其鍛造加熱溫度，尤其是淬火溫度很接近合金的共晶熔化溫度，鍛件極易發生過燒。坯料過燒后，表面發暗，易有氣泡，再次鍛壓容易產生裂紋。

液態模鍛，是一種既具有鑄造特點，又類似固態模鍛的新興金屬成形工藝。它是將一定量的被鑄金屬液直接澆注入涂有潤滑劑的型腔中，并持續施加機械靜壓力，利用金屬鑄造凝固成形時易流動和鍛造技術使已凝固的硬殼產生塑性變形，使金屬在壓力下結晶凝固并強制消除因凝固收縮形成的縮孔縮松，以獲得無鑄造缺陷的液態模鍛制件。

公開號為CN 102689159 A的中國專利公開了6061鋁合金異截面大型環件的液態模鍛軋制復合成形方法，該方法雖然在一定程度上滿足生產流程短，但是其公開的技術方案中沒有對鋁合金成分進行優化，按照其公開的技術方案制造汽車輪轂仍然不能滿足綜合的力學性能。

公開號為CN 104131202 A的中國專利公開了6061鋁合金模鍛件的短流程制備方法，通過優化合金的化學成分和熔體凈化技術，改善了合金的金相結構，不僅改善了產品的外觀質量，還極大的消除了產品中的縮孔、疏松、氣孔、裂紋等內部缺陷；但是通過研究發現其仍有一定的缺陷，比如其高溫高蠕變性能不好，產品仍然有裂紋源等，生產出來的汽車輪轂在性能上仍有所不足。

稀土元素被認為是可以顯著改善鋁合金的金相組織，細化晶粒，去除鋁合金中氣體和有害雜質和有害氣體，減少鋁合金的裂紋源，從而提高鋁合金的強度，改善加工性能，還能改善鋁合金的耐熱性、可塑性及可鍛性，提高硬度、增加強度和韌性。