一种轻量化汽车用拉杆球接总成及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种轻量化汽车用拉杆球接总成及其制备方法，属于汽车技术领域。本发明专利技术的拉杆球接总成包括拉杆连接管以及设于拉杆连接管两端且相互对称的球接总成，所述拉杆连接管由泡沫铝合金制成，所述泡沫铝合金由铝合金和发泡剂经过熔炼、浇注制成，所述铝合金包括以下质量百分比含量的组分：0.1～0.3％Si，2.0～2.6％Cu，0.3～0.6％Mn，1.2～1.6％Mg，0～0.04％Cr，2.7～3.6％Zn，0.07～0.15％Ti，0.15～0.25Zr，0.3～0.55％Ag，0～0.25Fe，3.5～6.3％AlN，0.03～0.2％RE，余量为Al。本发明专利技术的拉杆球接总成质量轻，具有较高的强度、韧性和减震效果。

A light weight automotive pull rod socket assembly and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化汽车用拉杆球接总成及其制备方法
本专利技术属于汽车
，涉及一种轻量化汽车用拉杆球接总成及其制备方法。
技术介绍
转向拉杆是汽车转向机构中的重要零件，它直接影响汽车操纵的稳定性、运行的安全性和轮胎的使用寿命。转向拉杆分为2类，即转向直拉杆与转向横拉杆。转向直拉杆承担着把转向摇臂的运动传递给转向节臂的任务；转向横拉杆则是转向梯形机构的底边，是确保左右转向轮产生正确运动关系的关键部件。目前现有的汽车转向系统用拉杆总成，其拉杆总成通常包括拉杆连接管和固定在拉杆连接管两端的球头总成，并且拉杆连接管和球头总成之间通过螺纹、焊接或铆接等方式相固定。拉杆连接管多由钢管或刚强度的铝塑管制成，但是钢管质量较重，铝塑管即使是高强度类型在强度上也稍显逊色，且在保证机械性能的前提下要再进一步减轻拉杆球接总成的重量就需要开发新的材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种质量轻、力学性能优良的轻量化汽车用拉杆球接总成。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种轻量化汽车用拉杆球接总成，所述拉杆球接总成包括拉杆连接管以及设于拉杆连接管两端且相互对称的球接总成，所述拉杆连接管由泡沫铝合金制成，所述泡沫铝合金由铝合金和发泡剂经过熔炼、浇注制成，所述铝合金包括以下质量百分比含量的组分：0.1～0.3％Si，2.0～2.6％Cu，0.3～0.6％Mn，1.2～1.6％Mg，0～0.04％Cr，2.7～3.6％Zn，0.07～0.15％Ti，0.15～0.25Zr，0.3～0.55％Ag，0～0.25Fe，3.5～6.3％AlN，0.03～0.2％RE，余量为Al。本专利技术采用泡沫铝合金制备拉杆球接总成的拉杆连接管，大大减轻了拉杆连接管的质量，并提高了拉杆连接管的刚度和能量吸收能力，进而提高了拉杆球接总成的整体性能。本专利技术在7050铝合金的基础上，提高了Si、Mn、Zr和Ti的含量，降低了Mg、Zn的含量。并添加了AlN、Ag和RE，显著提高了拉杆连接管的强度、韧性和抗冲击能力。其中，本专利技术中适量的Si与Al可形成Al+Si共晶液相，有助于提高铝合金铸造流动性；Mg与基体Al元素生成大量Mg5Al和Mg5Al8相，通过热处理能使Mg5Al和Mg5Al8相固溶到铝合金基体α相中，从而提高铝合金的常温力学性能，但是过多的Mg5Al和Mg5Al8相难以实现全部固溶，容易聚集在基体晶界间，会降低铝合金的整体力学性能；Mg也可与Si形成Mg2Si强化相，与Zn形成强化相MgZn2，本专利技术通过降低Mg、Zn的含量，提高Si的含量，调节Mg、Si、Zn之间的比例，将Mg2Si相和MgZn2相的含量控制在适当的比例范围内，能够明显增强铝合金的抗拉强度和屈服强度，过多的Mg2Si相会造成铝合金的脆性并降低铝合金的韧性，过多的MgZn2相则会降低铝合金的高温流动性，从而降低铝合金的可浇注性。适量的Mn可在铝合金中形成硬质点相，从而提高铝合金的耐磨性能，降低摩擦系数，提高基体的热强性，但是过多的Mn容易与其它元素形成过大硬质点，降低铝合金的力学性能和导热性。本专利技术提高了Zr和Ti的含量，Zr与Ti协同作用能够阻碍铝合金的Mg2Si和MgZn2的再结晶晶粒长大，防止二者形成粗大的晶粒对基体造成撕裂作用。Cr在Al中易形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al13等金属间化合物，能够细化晶粒，阻碍再结晶的形核和长大，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Cr含量过高时，会增加铝合金的淬火敏感性，还会降低铝合金强度和硬度。本专利技术中适量的Ag能够在形成晶间化合物和晶内化合物，提高铝合金的韧性，加快时效硬化，改善合金的耐腐蚀性能，但是过多的Ag会降低铝合金的过饱和度及强度。本专利技术在铝合金中添加适量的AlN，AlN与铝合金基体的润湿性好，与铝合金具有较好的相容性，在拉伸过程中会产生微量变形，松弛部分界面应力，从而提高铝合金的强度和抗冲击性能。本专利技术中添加的适量稀土元素能够有效细化晶粒，改善铝合金的微观组织形态，提高铝合金的铸造流动性、强度和塑性。作为优选，所述AlN的粒径为130～320nm。本专利技术中AlN的粒径过小，其刚性质点的特性显著增强，在铝合金拉伸过程中难以产生变形，不利于铝合金抗冲击性能的提高，粒径过大容易在铝合金晶粒间对铝合金晶粒产生挤压作用，造成铝合金晶粒畸形，从而降低铝合金的力学性能。作为优选，所述RE为Nd、Tb、Dy、Ho中的一种或多种混合的纳米粉体。作为优选，所述RE为Nd、Tb、Dy、Ho中的一种或多种混合的纳米粉体。本专利技术的Mg2Si和MgZn2硬质相存在于合金钢中能提高合金钢的硬度和耐磨性，但是该硬质相过多会降低合金钢的强度和抗冲击韧性，并且未经细化的硬质相尺寸粗大，分布不均匀。本专利技术中稀土元素Nd和Dy的添加能够有效改善铝合金中Mg2Si和MgZn2硬质相的大小和形状，改善其分布均匀性，进而提高合金钢的强韧性和耐磨性。Tb和Ho的添加能够有效减少A1FeSi等脆性相的生成，减少Fe元素和Si元素对铝合金性能的损害。作为优选，所述纳米粉体的粒径为50～80nm。本专利技术将RE元素的粒径控制在上述范围内，能够显著提高铝合金的塑性和断裂韧性，并能降低铝合金的烧结温度，提高烧结速度。作为优选，所述发泡剂包括TiH2内芯和包裹在至少部分包裹在TiH2内芯表面的缓释层，所述缓释层的组分为AlN和Ti3N4。本专利技术通过在TiH2表面包裹缓释层，有效将氢气释放时间推迟80～200s，缓释层的组分AlN和Ti3N4熔点不同，在发泡过程中被熔离TiH2内芯的时间不同，保证了氢气释放的均匀性，同时AlN和Ti3N4相间包裹在TiH2内芯表面，也使得不会形成较大的AlN碎片或Ti3N4碎片而影响泡沫铝合金的性能。并且AlN和Ti3N4与铝合金基体具有较好的相容性，在氢气释放完后存在于铝合金基体中，对铝合金具有一定的增强作用。作为优选，所述发泡剂包括发泡剂Ⅰ、发泡剂Ⅱ和发泡剂Ⅲ，所述发泡剂Ⅰ缓释层的厚度为10～30nm，所述发泡剂Ⅱ缓释层的厚度为50～80nm，所述发泡剂Ⅲ缓释层的厚度为90～110nm。作为优选，所述发泡剂Ⅰ、发泡剂Ⅱ和发泡剂Ⅲ的质量比为10:(35～67):(23～35)。本专利技术根据发泡剂的特点和泡沫铝合金的发泡过程，将发泡剂的缓释层厚度控制在三个特定的范围内，并控制三种发泡剂的比例含量，进一步控制发泡的速度，使放气以适当的速度缓慢进行，气泡生长均匀，以形成均匀、大小适当的气孔。本专利技术的另一目的在于提供一种轻量化汽车用拉杆球接总成的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤，S1、采用磁控溅射的方法在TiH2颗粒表面镀缓释层；S2、将铝合金加热至730～750℃熔炼为金属熔液，然后降温至660～690℃，加入金属熔液质量1.5～2.5％的发泡剂，搅拌均匀后进行浇注，冷却，获得拉杆连接管预制品；S3、对拉杆连接管预制品进行加热保温发泡，然后冷却，即得拉杆连接管，在拉杆连接管的两端装配上球接总成即为拉杆球接总成。本专利技术采用磁控溅射的方法在TiH2颗粒表面镀缓释层，能够在低温下进行，防止TiH2在高温作用下分解，降低发泡效率。本专利技术将发泡剂的用量控制在上述范围内，随着发泡剂用量的增加，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻量化汽车用拉杆球接总成，其特征在于，所述拉杆球接总成包括拉杆连接管及设于拉杆连接管两端且相互对称的球接总成，所述拉杆连接管由泡沫铝合金制成，所述泡沫铝合金由铝合金和发泡剂经过熔炼、浇注制成，所述铝合金包括以下质量百分比含量的组分：0.1～0.3％Si，2.0～2.6％Cu，0.3～0.6％Mn，1.2～1.6％Mg，0～0.04％Cr，2.7～3.6％Zn，0.07～0.15％Ti，0.15～0.25Zr，0.3～0.55％Ag，0～0.25Fe，3.5～6.3％AlN，0.03～0.2％RE，余量为Al。

【技术特征摘要】
1.一种轻量化汽车用拉杆球接总成，其特征在于，所述拉杆球接总成包括拉杆连接管及设于拉杆连接管两端且相互对称的球接总成，所述拉杆连接管由泡沫铝合金制成，所述泡沫铝合金由铝合金和发泡剂经过熔炼、浇注制成，所述铝合金包括以下质量百分比含量的组分：0.1～0.3％Si，2.0～2.6％Cu，0.3～0.6％Mn，1.2～1.6％Mg，0～0.04％Cr，2.7～3.6％Zn，0.07～0.15％Ti，0.15～0.25Zr，0.3～0.55％Ag，0～0.25Fe，3.5～6.3％AlN，0.03～0.2％RE，余量为Al。2.根据权利要求1所述的轻量化汽车用拉杆球接总成，其特征在于，所述AlN的粒径为130～320nm。3.根据权利要求1所述的轻量化汽车用拉杆球接总成，其特征在于，所述RE为Nd、Tb、Dy、Ho中的一种或多种混合的纳米粉体。4.根据权利要求3所述的轻量化汽车用拉杆球接总成，其特征在于，所述纳米粉体的粒径为50～80nm。5.根据权利要求1所述的轻量化汽车用拉杆球接总成，其特征在于，所述发泡剂包括TiH2内芯和包裹在至少部分包裹TiH2在内芯表面的缓释层，所述缓释层的组分为AlN和Ti3N4。6.根据权利要求5所述的轻量化汽车用拉杆球接总成，其特征在于，所述发泡剂包括发...

【专利技术属性】
技术研发人员：许建红，
申请(专利权)人：宁波优适捷传动件有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33