本發明涉及汽車鋁合金輪轂制造技術領域，具體地說涉及一種半固態流變成形大型汽車用高強韌鋁合金輪轂的制造方法。

背景技術：

鋁合金輪轂具有重量輕、舒適性好、造型美觀等優點，目前在轎車和運動車上的使用率已超過90％；但以Al-Si-Mg為主要材料制造的鋁輪轂力學性能不能達到大型車輛(主要指大型客車、卡車、房車、越野車等)輪轂高性能的要求，因此除部分高端大型車輪采用昂貴的鍛造或旋壓鋁輪轂外，許多大型車輪仍然使用重量重、散熱差、排放高、尺寸精度低、造型單一的鋼制輪轂。

和普通的13-18英寸轎車和運動車輪轂相比，大型汽車輪轂具有直徑大、輪輞寬等特點，其一般直徑在18英寸以上、輪輞寬度在10英寸以上，因此其不僅要求有更高的力學性能，同時制造難度更大。近年來，隨著新材料和輪轂制造技術的不斷進步，國際上對大直徑高強度鋁輪轂制造技術也不斷取得突破，美國、德國、日本等發達國家采用鍛壓或旋壓工藝成功研制出強度超過普通鋁輪轂50％的鋁輪轂，目前已開始配置在高端大型車輛上；但鍛壓和旋壓不僅投資大、產品合格率低，而且僅能生產造型簡單的輪型，并且輪轂尺寸受限(不能生產22英寸以上輪轂)；美國公司采用新的合金材料體系和半固態成型方式成功研制了20-28英寸的鋁輪轂，其抗拉強度已達350MPa，屈服強度達到260MPa，超過Al-Si-Mg系50％以上，達到為大型汽車輪轂配套的要求，目前在國際市場具有明顯的性價比優勢，但技術處于保密狀態。國內雖有機構研制Al-Zn-Mg-Cu高合金化材料，但其鑄造流動性差，合金成分偏析等問題未能解決；另有一些企業在試制鋁基復合材料輪轂，但在材料的強韌性和產品的制造技術上未能取得根本突破，因此國內行業迫切希望在大型車輪鋁輪轂的材料制備和研制技術上獲得突破。

技術實現要素：

本發明根據大型汽車輪轂的需要，通過研制新的合金材料和制造技術生產20英寸以上高強韌鋁輪轂，具體地說提供一種半固態流變成形大型汽車用高強韌鋁合金輪轂的制造方法。

實現以上技術的具體方案是：一種半固態流變成形大型汽車用高強韌鋁合金輪轂的制造方法，主要包括高合金化材料制備技術，半固態流變成型技術和鑄件熱處理技術，具體過程為：

1、高合金化、組織均勻細小的合金材料制備技術。

(1)高合金化Al-Si-Cu-Mg材料體系的選擇。

目前以A356.2為基礎制造的鋁輪轂為Al-Si-Mg系合金，該合金鑄造具有良好的流動性，但因熱處理強化相為Mg2Si，其時效硬化后強度提升有限；Al-Si-Cu-Mg在鋁合金熱處理后析出相除了Mg2Si之外還有Al2Cu，而Al2Cu時效硬化效果十分明顯，因此在保持A356.2鋁合金良好的鑄造性前提下通過添加銅元素形成Al-Si-Cu-Mg體系將使材料的強度獲得極大的提升。按10:1的比例將A356.2合金錠和含銅量20％的Al-Cu中間合金錠投入熔煉爐熔化，熔煉爐熔化氣氛溫度保持在740-760℃，熔煉爐保溫室溫度控制在730-750℃，得到Al-Si-Cu-Mg合金體系，其中Si控制在6.5％-7.5％，Cu控制在1.5％-2.0％；Mg控制在0.30％-0.45％。

(2)高合金化材料的復合變質細化和精煉凈化處理。

將以上鋁液倒入中轉包并在其中進行變質細化和精煉凈化處理，采用Al-Zr-B-O和Al-Sr-RE進行變質細化。目前鋁輪轂行業一般采用Al-Ti-B中間合金進行晶粒細化，Al-Sr中間合金對共晶硅進行變質處理，但在使用中發現對a枝晶的細化效果不能夠取得更進一步的突破；采用Al-Sr中間合金進行變質時存在吸氣和有效變質時間短的問題。經反復試驗我公司發現采用Al-Zr-B-O和AL-Sr-RE可以更好的細化a枝晶和共晶硅。在鋁液溫度保持在液相線以上100-120℃加入Al-Zr-B-O和Al-Sr-RE中間合金，其順序為先加入細化劑再加入變質劑，二者加入時間間隔2-3分鐘，再以專門的噴吹裝置以氮氣為載體攜帶精煉劑進入熔體進行除氣除渣凈化。該方式處理過的熔體結晶凝固后晶粒度可達到7-8級，共晶硅顆粒尺寸在1.0-5.0um,經測氫試樣密度達到2.65g/cm3。

(3)復合電磁攪拌。

高合金化鋁合金容易產生沉淀和成分偏析問題，為此在保溫爐爐底和升液管上端設計電磁攪拌裝置以保證其成分組織的細小均勻。其中保溫爐爐底部設計的電磁攪拌裝置在整個生產過程中始終對熔體進行攪拌，并且每隔3-5分鐘改變一次攪拌的方向，以保證爐內成分和溫度的均勻；在升液管上端設計的電磁攪拌每做一件產品即攪拌一次，目的是進一步控制漿料的細化和均勻化。

2、合金漿料的半固態流變成形。

半固態流變成形是一種近凈成形方式，在制備了以上組織細小、成分均勻的材料后采用半固態流變方式進行成形，即將成形前的溫度設計在615-625℃的溫度區間，同時為保持在模具型腔良好的流動性，采用增壓方式進行充型，充型參數設計如下：

半固態流變充型參數

3、鑄件熱處理

根據Al-Si-Cu-Mg強化相為Mg2Si和Al2Cu的特點進行熱處理工藝的選擇。使用連續式熱處理爐，先對鑄件進行連續變溫均勻化處理與固熔處理，再進行分階時效處理。其中均勻化處理為第一段加熱，處理溫度為350-490℃，處理時間為2-3小時；固熔處理為第二階段加熱保溫，固熔溫度490-500℃，固熔時間5-6小時；然后在淬火后進行分階時效處理，分階時效即根據產品表面處理中烘烤工藝對時效強度的提高程度將熱處理過程中時效溫度設定為135-145℃，保溫時間3-4小時。

制備以上組織細小均勻的高合金材料并采用半固態流變成形和連續變溫均勻化處理、固熔處理和分階時效熱處理工藝生產的鋁合金輪轂，經檢測其延伸率超過10％，抗拉強度超過350Mpa，屈服強度超過260Mpa，達到為大型車輛配套輪轂的高強韌要求；和現有技術相比，本制造方法具有成本低、合格率高并不受輪轂尺寸和產品造型限制的優點。

附圖說明

圖1本發明制備的材料金相組織圖。

圖2本發明制備的大型汽車用鋁輪轂。

具體的實施方式

以802-2295輪型為例，采用以上方法制造的主要過程為：

首先制備組織細小、成分均勻的Al-Si-Cu-Mg合金體系。按10:1比例將A356.2鋁合金錠和20％Al-Cu中間合金進行熔化，得到以上材料；其中Si含量為6.7％，Cu含量1.8％，Mg含量0.40％。將配好的合金轉入中轉包進行變質細化和除氣除渣精煉，二者加入時間間隔2分鐘，再以專門的噴吹裝置以氮氣為載體攜帶精煉劑進入熔體進行除氣除渣凈化。該方式處理的熔體結晶凝固后晶粒度8級，共晶硅顆粒尺寸在2.0um，經測氫試樣密度達到2.64g/cm³.

其次將精煉合格后轉入鑄造機下的保溫爐中進行電磁攪拌，在產品充型時開啟升液管上部環縫式攪拌器進行攪拌，設定升液壓力250mbar，時間為9s；充型壓力500mbar，時間30S；補縮壓力1700mbar，時間11s；保壓壓力1700mbar，保壓時間360S，得到802-2295鋁輪轂鑄件。

再次進行鑄件熱處理，選擇均勻化處理溫度380℃，處理時間2.5小時；固熔溫度500℃，時間5小時；熱處理時效溫度140℃，時間3小時。

對以上802-2295毛坯進行機械性能檢測，結果為延伸率11.2％，抗拉強度361Mpa，屈服強度272Mpa，達到為客車和卡車、房車、越野車等大型車輛輪轂強度的要求。