一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料制造技术

本发明专利技术公开了一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，通过在铝镁合金中加入稀土元素，并优化Cu，Mg，Si，Zn，Fe，Mn，Ti，Cr和Al的元素配比，得到的铝镁合金抗拉强度(Mpa)：300～400，屈服强度(Mpa):150-200,伸长率(％)：12～14；布氏硬度HB：60～75。与现有技术相比，本发明专利技术具有很高的机械强度，有良好的耐腐蚀性能，并且模具的韧性也有很大提高，使用本发明专利技术提供的镁铝合金制作轮胎模具，提高了轮胎模具的使用寿命，节约成本。

【技术实现步骤摘要】
一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料
本专利技术属于铝合金领域，具体涉及一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料。
技术介绍
铝镁铸造合金具有延伸率高，切削性、耐腐蚀性、表面光洁度好等特点，因此成为目前国际上轮胎模具行业比较推崇的模具用铝。普通工艺生产的铝镁合金强度低，而且含有较多的渣、气。用其制备的轮胎模具表面容易形成渣孔、气孔，轮胎在成型过程中，胶会渗入其中产生粘膜现象；模具强度低导致模具使用寿命短。国内同行业一般选用ZL101、AlMg3Si和AC7A牌号铸铝合金。前两种材料的流动性好，适于铸造花纹复杂的子午胎模具花纹圈，但其机械性能和韧性达不到要求，对使用寿命提升帮助不大。AC7A是近年来应用较多的一种花纹圈铸造用材料，其耐腐蚀性能好，但是机械性能和韧性也达不到要求。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，通过加入稀土元素，起到固溶强化作用，提高铝镁合金材料机械强度。本专利技术提供的一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：Cu0.3-0.4％，Mg3.8-4.5％，Si0.2-0.25％，Zn0.03-0.05％，Fe0.01-0.02％,Mn0.3-0.5％,Ti0.1-0.2％，Cr0.005-0.02％，Zr0.05-0.1％，Sm0.05-0.07％,Nd0.05-0.06％,Y0.05-0.07％,余量为Al。锆元素(Zr)在合金既能起到固溶强化，又能起到第二相强化，形成Al3Zr可以起到钉扎作用，结合稀土可细化铝合金基体。加入钐(Sm)、钇(Y)、钕(Nd)稀土元素，钐、钕、钇比其它稀土元素在铝合金中的溶解度大，不仅可以起到弥散强化作用还可以起到很好的固溶强化作用，此外，钐、钇、钕等与熔体中氧、氢、氮、硫、铁等杂质元素有较强的结合作用，可以减少合金中的气体和夹杂,改善夹杂物形态，使夹杂相趋于球化，有利于夹杂物和气体的排除，也起到了熔体净化效果，而且，本合金加入钕既能起第二相强化作用，还可以起到固溶强化作用，钕加入铝合金，可以增加错配度，此外钕还有很好的变质效果，这些对于合金的综合性能都有利。而且，加入钐(Sm)、钇(Y)、钕(Nd)稀土元素能够使固相线温度差减小，降低铝镁合金的糊状凝固趋势，并且降低合金熔体表面张力，增加熔体流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响。但是需要注意的是，稀土元素在铝合金中固溶度较低，添加过量对合金综合性能不利。因此，合金中稀土元素总含量控制在0.4％以内。铜元素(Cu)具有一定的固溶强化效果，通过时效处理析出的CuAl2具有明显的时效强化效果。镁元素(Mg)在铝中的溶解度随温度下降而变小，镁对铝合金的强化作用非常明显，每增加1％的镁，合金抗拉强度大约升高34MPa。锌元素(Zn)单独加入铝中，对铝合金强度的提高十分有限，同时存在应力腐蚀开裂、倾向，在铝中同时加入锌和镁，形成强化相Mg/Zn2，对合金产生明显的强化作用。Mg/Zn2含量从0.5％提高到12％时，可明显增加抗拉强度和屈服强度。锰元素(Mn)在固溶体中的最大溶解度为1.82％，铝合金强度随锰溶解度增加不断增加，同时锰元素具有补充强化作用。加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al8化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。锰能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁，减小铁的有害影响。铁元素(Fe)、硅元素(Si)是铝合金中常见的杂质元素，对合金性能有明显的影响。它们主要以FeCl3和游离硅存在。在硅大于铁时，形成β-FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相，而铁大于硅时，形成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。当铁和硅比例不当时，会引起铸件产生裂纹，铸铝中铁含量过高时会使铸件产生脆性。本专利技术中严格控制Si含量0.2-0.25％，Fe含量0.01-0.02％，可有效提高铝合金的铸造性能和耐腐蚀性能，同时硅与体系中的镁结合形成MgSi强化相，可有效提高合金整体强度。大于或小于上述配比，合金整体强度均达不到要求。钛是铝合金中常用的添加元素，以Al-Ti中间合金形式加入。钛与铝形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。Al-Ti系合金产生包反应时，钛的临界含量为0.15％。铬(Cr)在铝中形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。但会增加淬火敏感性，使阳极氧化膜呈黄色。铬在铝合金中的添加量一般不超过0.35％，并随合金中过渡元素的增加而降低。本专利技术通过在铝镁合金中加入稀土元素，并优化Cu，Mg，Si，Zn，Fe，Mn，Ti，Cr和Al元素的配比，得到的铝镁合金抗拉强度(Mpa)：300～400，屈服强度(Mpa):150-200,伸长率(％)：12～14；布氏硬度HB：60～75。与现有技术相比，本专利技术具有很高的机械强度，有良好的耐腐蚀性能，并且模具的韧性也有很大提高，使用本专利技术提供的镁铝合金制作轮胎模具，提高了轮胎模具的使用寿命，节约成本。具体实施方式实施例1一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：Cu0.3％，Mg3.9％，Si0.2％，Zn0.04％，Fe0.01％,Mn0.3％,Ti0.15％，Cr0.005％，Zr0.05％，Sm0.05％,Nd0.05％,Y0.05％,余量为Al。实施例2一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：Cu0.36％，Mg4％，Si0.23％，Zn0.03％，Fe0.013％,Mn0.4％,Ti0.2％，Cr0.017％，Zr0.08％，Sm0.06％,Nd0.05％,Y0.07％,余量为Al。实施例3一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：Cu0.4％，Mg4.5％，Si0.25％，Zn0.05％，Fe0.02％,Mn0.4％,Ti0.15％，Cr0.02％，Zr0.1％，Sm0.07％,Nd0.06％,Y0.07％,余量为Al。实施例1-3，以及市场上销售的传统的ZL101及AlMg3Si机械性能比较，如下表1。表1铝镁合金抗拉强度Mpa屈服强度Mpa伸长率％布氏硬度HB实施例135416413.569实施例236919313.772实施例34002001475AlMg3Si18097855ZL10116080850本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，其特征在于，所述轮胎模具用高强度铝镁合金材料包括以下重量百分比的成分：Cu 0.3‑0.4％，Mg 3.8‑4.5％，Si 0.2‑0.25％，Zn 0.03‑0.05％，Fe 0.01‑0.02％,Mn 0.3‑0.5％,Ti 0.1‑0.2％，Cr 0.005‑0.02％，Zr 0.05‑0.1％，Sm 0.05‑0.07％,Nd 0.05‑0.06％,Y 0.05‑0.07％,余量为Al。

【技术特征摘要】
1.一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，其特征在于，所述轮胎模具用高强度铝镁合金材料包括以下重量百分比的成分：Cu0.3-0.4％，Mg3.8-4.5％，Si0.2-0.25％，Zn0.03-0.05％，Fe0.01-0.02％,Mn0.3-0.5％,Ti0.1-0.2％，Cr0.005-0.02％，Zr0.05-0.1％，Sm0.05-0.07％,Nd0.05-0.06％,Y0.05-0.07％,余量为Al。2.根据权利要求1所述的轮胎模具用高强度铝镁合金材料，其特征在于，所述轮胎模具用高强度铝镁合金材料包括以下重量百分比的成分：Cu0.3％，Mg3.9％，Si0.2％，Zn0.04％，Fe0.01％,Mn0.3％,Ti0.15％，Cr0.005％，Zr0.05％，Sm0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冬玉，钱猴，
申请(专利权)人：芜湖新泰联轮模具有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34