一种车轮用压铸铝合金及其制备方法和产品技术

本发明专利技术属于金属材料及铸造领域，并具体公开了一种车轮用压铸铝合金及其制备方法和产品。该车轮用压铸铝合金包括锌6.0％～8.0％，钇2.0％～4.0％，硅2.5％～4.0％，钪0.1％～0.3％，锆0.1％～0.2％，铁≤0.25％，杂质≤0.20％，余量为铝。本发明专利技术通过Zn元素和Y元素的固溶强化作用，能够提高铝合金的抗拉强度和屈服强度，同时合理控制Si元素的添加比例，保证铝合金强度的同时能够提高铝合金的铸造性能，并且高效细化变质元素Sc和Zr的交互作用，能够显著提升铝合金的强度和韧性，此外熔炼过程中采用非铸铁坩埚来严格控制Fe含量，使该铝合金获得高强度的同时具有良好的韧性。

A Die Cast Aluminum Alloy for Wheels and Its Preparation Method and Products

The invention belongs to the field of metal materials and foundry, and specifically discloses a die-casting aluminium alloy for wheels, a preparation method and a product thereof. Die-cast aluminium alloys for wheels include zinc 6.0%-8.0%, yttrium 2.0%-4.0%, silicon 2.5%-4.0%, scandium 0.1%-0.3%, zirconium 0.1%-0.2%, iron less than 0.25%, impurities less than 0.20%, and residual aluminium. The present invention can improve the tensile strength and yield strength of aluminium alloy through the solid solution strengthening effect of zinc and Y elements, at the same time reasonably control the adding proportion of silicon elements, ensure the strength of aluminium alloy and improve the casting performance of aluminium alloy at the same time, and efficiently refine the interaction of modification elements Sc and Zr, which can significantly improve the strength and toughness of aluminium alloy, in addition, in the melting process. Non-cast iron crucible is used to strictly control the content of Fe, so that the aluminium alloy has high strength and good toughness.

【技术实现步骤摘要】
一种车轮用压铸铝合金及其制备方法和产品
本专利技术属于金属材料及铸造领域，更具体地，涉及一种车轮用压铸铝合金及其制备方法和产品。
技术介绍
轮毂是摩托车承载的重要安全部件，行驶过程中除受正压力外，还承受气动、制动时扭矩的交互作用以及转弯、冲击等来自各方向的不规则受力。轮毂的品质和可靠性不但关系到车辆和车上人员物资的安全性，还影响到车辆在行驶中的平稳性、操纵性、舒适性等性能。因此，要求轮毂具有强度高、韧性好、疲劳强度高、尺寸和形状精度高、质量轻等综合性能，而制造方法和制造材料是决定摩托车轮毂综合性能的关键因素。目前国内外生产摩托车轮毂的主要方法有金属型重力铸造、低压铸造和压力铸造。对于金属型重力铸造，为减少缩孔、缩松缺陷，通常需要在轮辐轮缘交接的热结处及中心厚大部位设置冒口，因此导致工艺出品率低(40～60％)，而且该方法制造的轮毂的外部质量和内部质量均低于低压铸造和压力铸造。对于低压铸造，金属熔体在数倍大气压的作用下充型补缩，无需在轮辐上设置冒口，不仅减少了缩孔缩松，而且极大地提高了工艺出品率(90％左右)，但低压铸造生产周期长、设备投资大，生产成本比金属型重力铸造高得多。压力铸造简称压铸，是一种将液态金属在高速状态下快速填充金属型腔，并且在压力下(20～200MPa)凝固的成形方法，具有生产周期短、效率高、工艺出品率高等优点，压铸获得的零件不仅外部轮廓清晰、尺寸精度高，而且内部组织细小、力学性能优良。然而，压铸充型过程中金属液的卷气现象难以避免，最终在铸件内部产生大量气孔，导致铸件韧性下降，严重影响压铸工艺在摩托车轮毂上的应用。因此，有必要开发适合摩托车轮毂的压铸新材料和压铸新工艺，使铸件在获得高强度的同时兼具良好的韧性，以满足摩托车轮毂的使用要求。目前已工业应用的压铸铝合金主要是Al-Si系和Al-Mg系合金。在Al-Si系合金中，Si元素是主要的合金元素，Si的加入可提高合金的流动性、抗拉强度、硬度和耐磨性。除Si外，这类合金中的其它合金元素含量较少，已应用的合金牌号有ADC1、YL101、YL102等。为进一步提高强度，在Al-Si系合金基础上发展了Al-Si-Mg和Al-Si-Cu系合金。Al-Si-Mg系主要包括ADC3、A360、YL104等，Al-Si-Cu系主要包括ADC10、ADC12、A380、YL112、YL113等合金。虽然Cu、Mg等合金元素加入后Al-Si压铸合金的强度可提高到300Mpa以上，但韧性较差，室温下的断后伸长率通常在2％以下，难以满足摩托车轮毂的使用要求。另一类压铸铝合金为Al-Mg系合金，例如ADC5，A518等，该类合金具有较高的强度和良好的韧性，一些合金的伸长率甚至可以达到10％以上。在Al-Mg系基础上，还开发了Al-Mg-Si系铝合金，例如ADC6、A516、YL302等合金。虽然Al-Mg系和Al-Mg-Si系压铸铝合金具有较高的强度和韧性，但熔炼时氧化严重，而且存在铸造性能较差、力学性能波动大、壁厚效应明显以及铸件热裂倾向大等问题，不适于制作摩托车轮毂。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本专利技术提供了一种车轮用压铸铝合金及其制备方法和产品，其中该制备方法通过优化铝合金中各金属元素的质量百分比，并控制制备过程中的工艺条件，相应的能够提高铝合金的强度和韧性，因而尤其适用于制备摩托车轮毂之类的应用场合。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种车轮用压铸铝合金，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下组分：锌6.0％～8.0％，钇2.0％～4.0％，硅2.5％～4.0％，钪0.1％～0.3％，锆0.1％～0.2％，铁≤0.25％，杂质≤0.20％，余量为铝。作为进一步优选地，所述杂质包括钒、钙、铬、锑、锡、镍和铅中的一种或多种。按照本专利技术的另一方面，提供了一种上述车轮用压铸铝合金的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：(a)选取纯铝、纯锌和中间合金作为原材料，其中，所述中间合金包括铝钇合金、铝硅合金、铝钪合金和铝锆合金；(b)将所述原材料混合后熔炼获得合金熔体；(c)将所述合金熔体压铸成形获得所述车轮用压铸铝合金。作为进一步优选地，在步骤(a)中，所述中间合金为Al-10％Y、Al-20％Si、Al-10％Sc和Al-10％Zr。作为进一步优选地，在步骤(b)中，熔炼的温度为700℃～730℃。作为进一步优选地，在步骤(b)中，采用不含Fe的碳化硅材料坩埚、石墨材料坩埚或混合材料坩埚中进行熔炼。作为进一步优选地，在步骤(b)中将所述原材料熔炼后采用旋转吹氩气的方式进行精炼处理，所述精炼处理的温度为690℃～720℃，所述精炼处理的时间为10min～15min。作为进一步优选地，在步骤(c)中，将所述合金溶体浇注到模具中进行压铸成形，所述模具的预热温度为180℃～220℃，所述合金熔体的浇注温度为650℃～670℃。作为进一步优选地，在步骤(c)中，采用压铸机进行压铸成形，压铸机的压射速度为4.0m/s～6.0m/s，压射压力为40MPa～80MPa。按照本专利技术的又一方面，提供了一种利用上述车轮用压铸铝合金制成的铝合金产品。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术通过优化铝合金中各金属元素的质量百分比，保证制得的车轮用压铸铝合金兼具优异的力学性能和铸造性能，其中通过Zn元素和Y元素的固溶强化作用，能够提高铝合金的抗拉强度和屈服强度，同时合理控制Si元素的添加比例，保证铝合金强度的同时能够提高铝合金的铸造性能，并且高效细化变质元素Sc和Zr的交互作用，能够显著提升铝合金的强度和韧性，此外熔炼过程中采用非铸铁坩埚来严格控制Fe含量，使该铝合金获得高强度的同时具有良好的韧性；2.采用本专利技术提供的铝合金无需通过固溶热处理，仅在铸态下就能获得高的抗拉强度、屈服强度和伸长率，能够满足摩托车轮毂的综合性能要求；3.同时，本专利技术提供的车轮用压铸铝合金的制备方法，利用现有的压铸机及常规的压铸成形方法，通过控制压射速度、压射压力、模具的预热温度等工艺参数，能够保证制得铝合金压铸件含气量低并且力学性能优异，抗拉强度、屈服强度和伸长率高于常用的压铸铝合金。附图说明图1是本专利技术提供的车轮用压铸铝合金的制备工艺流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本专利技术提供了一种车轮用压铸铝合金，按照质量百分比计，包括以下组分：锌6.0％～8.0％，钇2.0％～4.0％，硅2.5％～4.0％，钪0.1％～0.3％，锆0.10％～0.2％，铁≤0.25％，杂质≤0.20％，余量为铝，其中不可避免的杂质包括钒、钙、铬、锑、锡、镍和铅中的一种或多种。上述车轮用压铸铝合金的制备方法包括如下步骤：(a)选取纯铝、纯锌和中间合金作为原材料，并根据设计的合金成分比例准备原材料，其中，中间合金包括铝钇合金、铝硅合金、铝钪合金和铝锆合金；(b)将原材料混合并放入熔炼炉中，在7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车轮用压铸铝合金，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下组分：锌6.0％～8.0％，钇2.0％～4.0％，硅2.5％～4.0％，钪0.1％～0.3％，锆0.1％～0.2％，铁≤0.25％，杂质≤0.20％，余量为铝。

【技术特征摘要】
1.一种车轮用压铸铝合金，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下组分：锌6.0％～8.0％，钇2.0％～4.0％，硅2.5％～4.0％，钪0.1％～0.3％，锆0.1％～0.2％，铁≤0.25％，杂质≤0.20％，余量为铝。2.如权利要求1所述的车轮用压铸铝合金，其特征在于，所述杂质包括钒、钙、铬、锑、锡、镍和铅中的一种或多种。3.一种如权利要求1或2所述的车轮用压铸铝合金的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：(a)选取纯铝、纯锌和中间合金作为原材料，其中，所述中间合金包括铝钇合金、铝硅合金、铝钪合金和铝锆合金；(b)将所述原材料混合后熔炼获得合金熔体；(c)将所述合金熔体压铸成形获得所述车轮用压铸铝合金。4.如权利要求3所述的车轮用压铸铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述中间合金为Al-10％Y、Al-20％Si、Al-10％Sc和Al-10％Zr。5.如权利要求3或4所述的车轮用压铸铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕书林，吴树森，毛有武，郭威，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42