铸造铝合金轮毂t6热处理工艺的优化研究

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1、铸造铝合金轮毂T6热处理工艺的优化研究陈旷1,关绍康1,胡保健2,梁允勇3 (1.郑州大学材料科学与工程学院,河南郑州450002;2.三门峡戴卡轮毂制造有限公司,河南三门峡472000;3.奇瑞汽车有限公司,安徽芜湖241009)  摘要:研究了固溶时间、淬火停留时间及涂装烘烤工艺对A356合金铸造轮毂性能的影响规律并优化了T6热处理工艺,将淬火停留时间缩短到2h。研究表明:未涂装时优化工艺使合金抗拉强度达到240MPa,屈服强度达到181MPa。伸长率达到8%;涂装后抗拉强度达到262MPa,

2、屈服强度达到179MPa,伸长率达到9%,接近并达到目前国内T6工艺的强度性能,超过了国内轮毂行业的强度性能标准,具有一定的生产实际意义。关键词:T6;涂装烘烤;A356;淬火停留时间中图分类号:TG142.4文献标识码:A文章编号:1001—3814(2006)06-0030-03铝合金轮毂具有节油、真圆度好、散热性好、坚固耐用、外观美观和操作轻快等优点,作为钢制轮毂的良好替代品。已广泛应用于轿车和客车上。但由于铝合金热处理后需要经历一次涂装烘烤工序,相当于对合金进行一个后续热处理,以往的研究仅

3、局限于合金T6工艺的研究,因此作者研究了固溶时间、淬火停留时间及涂装烘烤工艺对合金力学性能和组织的影响,并在研究基础上优化了T6工艺。研究表明,合金经优化工艺处理后其力学性能超过了目前国内A356合金低压铸造轮毂的标准,但比传统T6工艺的处理周期缩短了约8h,大大节约了生产成本。1试验材料和试验方法1.1原材料和试验设备原材料为A356合金锭,99.7%以上的工业纯铝、纯镁锭、1#结晶硅,变质剂采用A1-10%Sr,细化剂选用A1.5Ti-1C,配制成符合要求的合金成分;试验设备及测试仪器:5t燃

4、气炉,德国GIMA低压铸造机,SX-4-10箱式电阻炉,WDW-50微机控制电子万能试验机。1.2熔炼铸造工艺熔炼在5t燃气炉中进行,熔炼温度为740~770℃,精炼温度为740~760℃.采用CCl4精炼,精炼5~8min,静置10~15min,变质细化在中间包进行,其温度不低于720℃,加入变质细化剂后,通氮精炼除气15~20min,倒入低压铸造机进行铸造,铸造温度不低于720℃,铸造成特定规格的A356合金轮毂,其化学成分(质量分数,%)为:6.99Si,0.31Mg,0.086Ti,0.0

5、10Sr,0.148Fe,0.006Cu,0.010Mn,0.013Zn.余为Al。1.3热处理工艺的制定A356铸造轮毂热处理工艺为T6热处理;固溶保温时间选择0.5、1、2、3、4、5和6h:淬火停留时间选择0、2、4、6、8、10和12h。模拟烘烤热处理工艺参数为:一级涂装(210℃x20~25min);二级涂装:(160℃x20~25min);三级涂装:(100℃x20~25min)。1.4力学性能测试和DSC分析在轮毂上轮缘取样,制成标准力学性能试棒,热处理后,在WDW-50微机控制电子

6、万能试验机上进行力学性能测试,拉伸速率为5mm/s;高温差热分析在DSC分析仪上进行。2试验结果及分析2.1固溶保温时间对力学性能和组织的影响 由图l可看出,固溶后的硬度随时间的延长增加不大,在3h后,合金的硬度趋于稳定,说明在固溶阶段.由于硅相的溶人而引起的硬度增加不是很大;时效后,合金的硬度随固溶时问的增加非常明显,尤其是前4h.4h后增长趋势变缓。 图1固溶保温时间对力学性能的影响2.2淬火停留时间对力学性能的影响 图2为淬火停留时间对力学性能的影响,可看出,当淬火停留时间为2h,合金的硬度

7、急剧增加,2h后,合金的硬度有所增加,但增加较为缓慢。文献[1]对Al-Mg-Si合金固溶后停留时间对合金时效强度的影响进行了实验研究,结果发现淬火停留时间为0~l2h,合金的强度增加较快。文献认为自然时效促使了合金固溶后GP区变成了强化相β相的形核部分,使人工时效后析出的Mg2Si相数量增加,从而增加了合金时效后的硬度。文献【2】认为铸造A356合金轮毂的淬火停留时间以6~10h为佳,但研究表明,淬火停留时间为2h即可达到较为理想的强度性能。 图2淬火停留时间对力学性能的影响2.3涂装工艺对合金

8、力学性能的影响 研究了涂装烘烤工艺对合金强度和伸长率的影响,结果见图3,伸长率结果为未涂装及一、二级涂装后的伸长率为9%,三级涂装后为10%。结果表明,涂装烘烤工艺能够在一定程度上提高合金的强度,但对合金的伸长率没有太大影响。涂装工艺对抗拉强度和屈服强度的影响趋势是一致的,一级涂装后,合金的强度降低,二级涂装后,强度大大增加,三级涂装后,合金的强度又有所降低。 图3涂装烘烤工艺对A356合金强度的影响 对A356合金在固溶态、T6及三级涂装工艺处理后的试样进行DSC分析。结果见图4

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