[发明专利]一种纳米颗粒汽车铝轮毂的绿色制造方法

说明书

一种纳米颗粒汽车铝轮毂的绿色制造方法，包括材料处理技术、铸件性能均衡技术、热处理技术三个部分。材料处理技术改变行业现有的AL‑TI‑B细化和AL‑Sr变质工艺，采用Al‑Ti‑C中间合金与Al‑Sr‑RE中间合金进行变质细化；铸件性能均衡技术是在模具上设计超声波换能器和环状电磁搅拌器，在铸件结晶凝固过程对铸件厚大区域施加超声场与电磁场复合作用；热处理技术是设计固溶温度535±5℃，保温时间1.5～2.5小时，时效第一阶段温度125±5℃，保温时间1.5小时，时效第二阶段温度150±5℃，保温时间1.0小时，以上技术最终实现轻质高强铝轮毂的绿色制造。

技术领域

本发明涉及汽车铝合金轮毂制造领域，具体地说，涉及一种纳米颗粒汽车铝轮毂的绿色制造方法。

背景技术

我国汽车铝合金轮毂产业已形成了巨大产业规模，全国现有专业化汽车铝轮毂生产企业100多家，汽车铝合金轮毂的产量约占全球总量的60％以上，已成为名符其实的铝轮毂制造和出口大国。但我国铝轮毂制造技术在世界上尚属中等水平，特别是轻量化制造、绿色生产、信息化应用等方面和发达国家差距巨大。

汽车铝合金轮毂属于造型复杂、尺寸较大的铸件，铸件壁厚10.0～90.0mm，壁厚很不均匀，其中轮辋区域壁厚10.0～15.0mm，辐条区域20.0～50.0mm，安装盘面区域50.0～90.0mm，安装盘直径150～230mm。为避免铸造宏观缺陷，铸造凝固过程需营造顺序凝固的温度场；而铝轮毂造型的特点决定了铸件在顺序凝固过程轮辋区域过冷度最大，轮辐次之，安装盘面区域过冷度最小。铝轮毂采用铝硅镁系铝合金材料制造，该材料过冷度对铸件金相组织影响非常大，过冷度大的区域铸件金相组织较好，ɑ枝晶细小，共晶硅呈细小的点状或蠕虫状，材料力学性能优良；过冷度小的区域铸件金相组织较差，ɑ枝晶粗大，共晶硅呈板条状或块状，材料力学性能低。因此铝轮毂不同部位的金相组织和力学性能差异巨大。同时为弥补铸件成型过程中材料力学性能的不足，在铸造之后会进行热处理以进一步提升材料的力学性能，行业内热处理工艺包括固溶与时效，工艺一般为：固溶温度535±5℃，保温时间6.0～8.0小时；时效温度150±5℃，保温时间4.0～6.0小时，该工艺虽然对材料的强度与硬度有提升，但生产周期长，能耗非常高；同时时效沉淀析出相颗粒粗大，且分布不均匀，产品性能虽然可以达到普通的轿车和运动车轮毂要求，但无法达到大型、载重车辆的要求；并且，该处理方式无法从根本上解决铸件不同区域力学性能的差异。

轮毂为汽车关键的安全零部件，轮辐与安装盘面是应力集中部位，但又是金相组织差、力学性能低的部位；为满足车轮安全特性要求，设计人员依靠增加应力集中部位有效壁厚来增强结构强度，造成我国同规格尺寸轮毂相对欧美国家重1.5～2.5Kg,不能满足汽车轻量化的要求；传统热处理工艺周期长、能耗高，不符合节能绿色制造的要求，也造成了我国铝轮毂在国际市场上竞争优势的不足。因此如何创新均衡铝合金轮金相组织与力学性能差异大的绿色生产技术一直是我国铝轮毂制造行业技术人员重点研究的课题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，针对铝合金轮毂性能不高、不同部位铸件金相组织与力学性能差异大、热处理工艺能耗高等问题提供一种提高和均衡力学性能、减轻产品重量、缩短热处理时间的绿色制造工艺。

实现以上目的技术方案是：一种纳米颗粒汽车铝轮毂的绿色制造方法，包括材料处理技术、铸件性能均衡技术、热处理技术三个部分：