一種汽車鋁合金輪轂的雙重晶粒細化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及輪轂制造技術領域，具體涉及一種汽車鋁合金輪轂的雙重晶粒細化方法。
【背景技術】
[0002]汽車工業(yè)高速發(fā)展，2013年中國汽車產(chǎn)量就已超過2000萬輛，成為名副其實的汽車生產(chǎn)第一大國。輪轂是汽車的重要部件，鋁合金輪轂以重量輕、散熱性好、美觀的優(yōu)點，逐步取代了鋼輪轂的地位；但是鋁合金的力學性能比鋼差，提高鋁合金輪轂力學性能的一個重要方法就是晶粒細化。
[0003]傳統(tǒng)的鋁合金晶粒細化方法是添加細化劑或變質(zhì)劑；鋁合金輪轂通常采用的是亞共晶Al-Si合金，如ZLlOlA或A356鋁合金，普遍是添加含Ti細化劑或T1-B細化劑去細化初晶a-Al相，將粗大的初晶a-Al枝晶晶粒變小，加入Sr或Na鹽去變質(zhì)共晶Si相，將板片狀的共晶Si細化為桿狀或粒狀。也就是說，輪轂鋁合金中有兩種晶粒需要細化，需要分別添加不同的細化劑，還沒有一種方法或物質(zhì)能夠同時細化初晶a-Al相和共晶Si相；而且Ti細化劑與Sr等變質(zhì)劑之間有一定的相互抵消作用，使晶粒細化的效果受到一定影響。
[0004]此外，鐵是鋁合金中最常見也是最有害的元素，常規(guī)鑄造工藝條件下，鋁合金尤其是鋁硅合金中的富Fe相如β -A15FeSi和δ -A14FeSi2易長成粗大的針片狀，使合金的力學性能惡化；鋁合金中Fe的來源主要是原材料及使用的鐵制工具的侵蝕，即使在純度較高的汽車輪轂用鋁合金中也有0.15%~0.2%的Fe，因此輪轂鑄件中仍然可能有少量的針狀β -A15FeSi相。目前，降低鋁合金中富Fe相危害的方法主要是加入中和元素，再進行快速凝固和熔體過熱，其中最為常用的中和元素是Mn，Mn能有效改善富Fe相形貌，使針片狀的β -A15FeSi相轉變?yōu)閷π阅苡绊戄^小的漢字狀A115 (Fe, Mn) 3Si2，通常認為，以Mn/Fe=l/2的比例向合金中加入Mn能獲得較好中和Fe的效果，繼續(xù)增加Mn的加入量，雖然能進一步降低β相的有害作用，但是同時會生成硬度很高的多角狀初生a-A115(Fe，Mn)3Si2，降低合金的切削加工性能，而且即使按較高的Mn/Fe比例加入Mn，也不能完全消除β -Fe的有害作用，大量加入Mn還會增加成本；而快速凝固和熔體過熱存在工藝設備昂貴、成本高、工藝復雜難控制的缺陷，大大制約了其工業(yè)化應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種汽車鋁合金輪轂的雙重晶粒細化方法，可以解決目前還沒有一種方法或物質(zhì)能夠同時細化初晶a-Al相和共晶Si相，而且需要添加中和元素再進行快速凝固和熔體過熱，以降低鋁合金中富Fe相危害，導致目前提高鋁合金輪轂力學性能的成本高、難度大。
[0006]本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn):
一種汽車鋁合金輪轂的雙重晶粒細化方法，包括以下步驟:
a.用預熱的澆包從熔煉爐中取出鋁合金熔體； b.當鋁合金熔體的溫度高于液相線溫度20°C~60°C時，將超聲振動頭浸入鋁合金熔體液面以下l~10mm進行超聲處理，超聲處理的頻率為5kHz?30kHz，體積功率為lW/cm3?50W/cm3，時間為3秒~40秒；
c.將超聲處理后的鋁合金熔體澆注入預熱的模具進行輪轂成型制造。
[0007]本發(fā)明的進一步方案是，步驟a的澆包預熱溫度低于熔煉爐中鋁合金熔體溫度5。。?40。。。
[0008]本發(fā)明的進一步方案是，步驟c的模具預熱溫度為350°C?480°C。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:
一、通過對鋁合金熔體施加直接接觸的超聲處理，利用超聲波的聲空化及聲流效應，在鋁合金熔體內(nèi)強制大量生核并產(chǎn)生熔體對流效果，在不需要外加細化劑或變質(zhì)劑的情況下，可以同時將初晶a-Al晶粒細化到50mm~80mm，將共晶Si細化到能夠滿足輪轂的組織及性能要求，達到雙重細化效果；
二、還可以消除針片狀富Fe相或粗大Al3Ti等有害化合物相，起到了一舉三得的效果；
三、在澆包內(nèi)處理因而流程短，所需設備和工藝操作簡單，時間短，易和傳統(tǒng)成形工藝設備相結合，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。
【附圖說明】
[0010]圖1為超聲振動O秒的汽車輪轂鋁硅合金金相組織圖。
[0011]圖2為超聲振動10秒的汽車輪轂鋁硅合金金相組織圖。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
一種汽車Al-7S1-0.3Mg-0.16Fe-0.1Ti鋁硅合金輪轂的雙重晶粒細化方法，Al-7S1-0.3Mg-0.16Fe-0.1Ti鋁硅合金熔體凝固組織主要是a_Al和共晶Si兩相組織，各元素的質(zhì)量百分比為:Si 5-10%, Mg 0.2-0.5%，F(xiàn)e〈0.4%，以及不可避免的少于0.2%的其他雜質(zhì)，其余為Al ；Al-7S1-0.3Mg-0.16Fe-0.1Ti鋁硅合金的液相線溫度為615°C左右，固相線溫度為558°C左右，將配置好的鋁合金在熔煉爐內(nèi)熔化并升溫至740°C，精煉、除氣后備用，然后進行以下步驟:
a.利用溫度控制裝置將鋁合金熔體溫度保持在660°C左右，用預熱溫度低于熔煉爐中鋁合金熔體溫度620°C的澆包從熔煉爐中取出適量的鋁合金熔體，澆包由耐熱鋼或陶瓷等耐熱材料制成；
b.當鋁合金熔體的溫度為640°C~650°C時，將超聲振動頭浸入鋁合金熔體液面以下1mm處進行超聲處理，超聲處理的頻率為20kHz，體積功率為20W/cm3，時間為10秒，超聲振動頭通過換能器與超聲發(fā)生控制器電氣連接，超聲振動頭位于澆包中軸線上，超聲振動頭由鋼、鈦合金或其它材料制成，其端部是平底或半球形，換能器為壓電式或磁致伸縮式；
c.將超聲處理后的鋁合金熔體澆注入預熱到400°C的模具進行輪轂成型制造。
[0013]超聲處理前的660°C鋁合金熔體試樣組織如圖2所示，鋁合金輪轂的試樣組織如圖2所示，可見經(jīng)超聲處理后，合金中初晶a-Al相和共晶Si相都被細化，同時看不到明顯的化合物相。
[0014]實施例2
進行以下步驟:
a.利用溫度控制裝置將鋁合金熔體溫度保持在645°C左右，用預熱溫度640°C的澆包從熔煉爐中取出適量的鋁合金熔體，澆包由耐熱鋼或陶瓷等耐熱材料制成；
b.當鋁合金熔體的溫度為635°C~645°C時，將超聲振動頭浸入鋁合金熔體液面以下Imm處進行超聲處理，超聲處理的頻率為30kHz，體積功率為lW/cm3，時間為40秒；
c.將超聲處理后的鋁合金熔體澆注入預熱到480°C的模具進行輪轂成型制造。
[0015]其余實施如實施例1。
[0016]處理后的合金中，初晶a-Al相和共晶Si相細化，看不到針狀IB-Al5FeSi相或Al3Ti相，T6熱處理后其抗拉強度為260MPa，比未經(jīng)超聲處理提高15%。
[0017]實施例3 進行以下步驟:
a.利用溫度控制裝置將鋁合金熔體溫度保持在675°C左右，用預熱溫度低于熔煉爐中鋁合金熔體溫度650°C的澆包從熔煉爐中取出適量的鋁合金熔體，澆包由耐熱鋼或陶瓷等耐熱材料制成；
b.當鋁合金熔體的溫度為660°C~670°C時，將超聲振動頭浸入鋁合金熔體液面以下6mm處進行超聲處理，超聲處理的頻率為5kHz，體積功率為50W/cm3，時間為3秒；
c.將超聲處理后的鋁合金熔體澆注入預熱到350°C的模具進行輪轂成型制造。
[0018]其余實施如實施例1。
【主權項】
1.一種汽車鋁合金輪轂的雙重晶粒細化方法，其特征在于包括以下步驟: a.用預熱的澆包從熔煉爐中取出鋁合金熔體； b.當鋁合金熔體的溫度高于液相線溫度20°C~60°C時，將超聲振動頭浸入鋁合金熔體液面以下l~10mm進行超聲處理，超聲處理的頻率為5kHz?30kHz，體積功率為lW/cm3?50W/cm3，時間為3秒~40秒； c.將超聲處理后的鋁合金熔體澆注入預熱的模具進行輪轂成型制造。2.如權利要求1所述的一種汽車鋁合金輪轂的雙重晶粒細化方法，其特征在于:步驟a的澆包預熱溫度低于熔煉爐中鋁合金熔體溫度5°C?40°C。3.如權利要求1所述的一種汽車鋁合金輪轂的雙重晶粒細化方法，其特征在于:步驟c的模具預熱溫度為350°C?480°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽車鋁合金輪轂的雙重晶粒細化方法，包括以下步驟：a.用預熱的澆包從熔煉爐中取出鋁合金熔體；b.當鋁合金熔體的溫度高于液相線溫度20℃~60℃時，將超聲振動頭浸入鋁合金熔體液面以下1~10mm進行超聲處理，超聲處理的頻率為5kHz～30kHz，體積功率為1W/cm3～50W/cm3，時間為3秒~40秒；c.將超聲處理后的鋁合金熔體澆注入預熱的模具進行輪轂成型制造。本發(fā)明通過對鋁合金熔體施加直接接觸的超聲處理，利用超聲波的聲空化及聲流效應，在鋁合金熔體內(nèi)強制大量生核并產(chǎn)生熔體對流效果，在不需要外加細化劑或變質(zhì)劑的情況下，可以同時將初晶a-Al和共晶Si細化，能夠滿足輪轂的組織及性能要求，達到雙重細化效果。
【IPC分類】B22D1/00, C22C1/02, C22C21/00
【公開號】CN104942242
【申請?zhí)枴緾N201510291549
【發(fā)明人】吳樹森, 郗富河
【申請人】江蘇新創(chuàng)雄鋁制品有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月1日