[发明专利]一种抗疲劳及耐腐蚀的锻造Al-Mg-Si-Zr铝合金车轮及其制备方法

说明书

本发明属于锻造铝合金技术领域，具体涉及一种抗疲劳及耐腐蚀的锻造Al‑Mg‑Si‑Zr铝合金车轮及其制备方法。该铝合金车轮组成为：Si、Mg、Cu、Fe、Mn、Cr、Ti、Zr和余量Al。本发明通过优化合金成分，铸棒采用分级均匀化处理，模锻之后采用优化的铝棒加热工艺、固溶和时效工艺，锻造铝合金材料，疲劳性能在200Mpa下能循环7x10⁷左右周次，耐剥离腐蚀达到了PA级。另外增加了滚光工艺和表面处理工艺，进一步增强了铝合金车轮的耐疲劳及耐腐蚀性能，并且通过了车轮双轴疲劳测试要求，满足了国际一流主机厂的要求。

技术领域

本发明属于锻造铝合金技术领域，具体涉及一种抗疲劳及耐腐蚀的锻造Al-Mg-Si-Zr铝合金车轮及其制备方法。

背景技术

车轮是汽车的重要组成部分，轻量化是未来汽车的发展趋势，锻造铝合金车轮在实现汽车轻量化和节能减排方面具有优势。车轮还是汽车上的关键零部件，也是安全件，如果汽车高速行驶中，车轮产生疲劳，出现裂纹，轻则车毁，重则人亡。所以车轮在轻量化的同时，还需要保证的足够的力学性能及抗疲劳性能。现有的锻造铝合金材料，疲劳性能在规定应力水平σ=200Mpa下仅能循环N=8x10⁶左右周次，疲劳性能差，车轮容易发生疲劳裂纹，耐剥离腐蚀一般在PB级以下。

车轮属于外观件，锻造车轮由圆铸棒在模具中锻造成形，经过机加工抛光后，表面光泽度可高达1600GU。但是，铝车轮长期暴露在空气中，和空气中的氧气发生反应生成氧化铝，车轮表面氧化发黄；有的汽车运行环境恶劣，铝车轮长期暴露在酸、碱环境中，车轮表面很容易产生腐蚀，降低车轮的使用寿命。现有技术中，采用在硝酸中对车轮进行脱氧，在车轮的表面形成多孔脱氧氧化物，然后用硅氧烷喷射在多孔氧化物上，车轮表面形成保护膜，这种方式保护效果很好，但是对环境不友好。目前，对于锻造铝合金车轮的原材料，其疲劳性能在规定应力水平σ=200Mpa时，疲劳循环次数不小于2x10⁷，并需要通过EUWA-ES-3.23双轴疲劳测试，并且在5% NaCl浓度下，盐雾试验不小于300h。因此，研发一种具有抗疲劳性能和耐腐蚀性的车轮成为了亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的汽车车轮应用过程中存在的问题，本发明的目的是解决汽车车轮实际应用过程中存在抗疲劳性能差和耐腐蚀性能差的问题，提供了一种抗疲劳及耐腐蚀的锻造Al-Mg-Si-Zr铝合金车轮。

本发明还提供了一种上述锻造铝合金车轮的制备方法。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：

本发明提供了一种抗疲劳及耐腐蚀的锻造Al-Mg-Si-Zr铝合金车轮，是由以下质量百分比的元素组成：Si：0.70～0.78％、Mg：1.05%～1.15％、Cu：0.27％～0.33％、Fe：0.20%～0.25％、Mn：0.10％～ 0.15％、Cr：0.25％～0.3％、Ti：0.01％～0.05％、Zr：0.08％～0.12％和余量Al。

本发明还提供了一种锻造Al-Mg-Si-Zr铝合金车轮的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按照元素的质量百分比分别称取纯铝水、纯铝锭、铝硅合金锭、纯镁锭、纯铜锭、纯锌锭、铝锆合金锭、铝钛合金锭和铝钛硼丝，进行熔炼，得到铝合金熔液；

（2）制备圆铸棒：将铝合金熔液浇注成圆铸棒；

（3）均匀化处理：将圆铸棒进行均匀化退火处理，得到退火的圆铸棒；

（4）制作坯料：将退火的圆铸棒锯切成需求的长度，浸入石墨溶液，然后烘烤，得到表面干燥有石墨涂层的铝棒坯料；

（5）坯料预热-模锻：将铝棒坯料加热保温，得到温度均匀的预热坯料；将预热坯料进行预锻、终锻、冲扩孔锻，得到最终模锻车轮毛坯；

（6）固溶和淬火处理：将模锻车轮毛坯，在固溶炉内保温，然后转移至水中，得到淬火后的铝合金锻件毛坯；