一种应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法与流程

本发明涉及车中车辆车轮技术领域，具体地说是一种应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法。

背景技术：

锻造车轮与铸造车轮相比，锻造可以细化晶粒，打碎非金属夹杂并使之沿变形方向分布，改善或消除成分偏析等，从而优化材料内部组织，使其结构致密，提高其综合力学性能。特种车辆（specialpurposevehicle）主要是指装置有专用设备，具备专用功能，用于承担专门运输任务或专项作业以及其他专项用途的汽车，如消防车、大型油罐车等。特种车辆用铝合金车轮由于使用环境特殊、载重量高、冲击大，对车轮的质量、安全性和耐用性方面的要求比乘用车轮更高，因此，一般采用锻造工艺生产。目前，锻造铝合金车轮原料主要使用6061、6082等铝合金牌号，其拉伸强度约300-400mpa，强度提升空间有限。随着汽车轻量化发展，特种车辆用锻造铝合金车轮有进一步减重需求，在现有工艺基础上6000系牌号铝合金进一步减重难度很大，因此开发7000系高强铝合金锻造车轮势在必行。

与6000系合金相比，7000系高强铝合金是铝镁锌铜合金，主要含有锌元素，锻造成型性较差，精准调控金属流动难度大，严重制约其在特种车辆用车轮上的应用，与此同时，7000系高强铝合金成分复杂，传统铸造过程中存在严重成分偏析、各种析出相分布不均匀等对后续车轮使用有着重要影响，如何对显微组织进行精确调控也是挑战极大。

喷射成形是新一代合金快速凝固技术，结合现有的材料计算和高效熔体复合净化技术，可获得成分组织均匀、晶粒尺寸细小和无明显缺陷的高品质大直径7000系高强铝合金铸棒。在原材料有保障前提下，深入掌握高强铝合金塑性成形特性，通过有限元模拟与工艺优化，对特种车辆用锻造铝合金车轮锻造成形与显微组织进行精准调控。基于此，有必要在目前锻造铝合金车轮生产过程中，对特种车辆用铝合金锻造车轮生产工艺进行系统性创新。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法，能够获得高强度、高疲劳性能车轮的同时，还满足进一步减重的要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法，包括以下步骤：

步骤1.将7000系铝合金在熔炼炉中熔炼；

步骤2.将步骤1中得到的溶液通过喷射成形工艺制成铝合金锭坯；

步骤3.将步骤2的铝合金锭坯进行挤压，得到挤压棒；

步骤4.将所述挤压棒锯切成料坯，并加热；

步骤5.将料坯碾压成饼料;

步骤6.将所述饼料放入压力机锻造成型；

步骤7.对轮辋进行旋压成型。

在一些实施例中，步骤6包括初锻工序和终锻工序，成型轮辋、轮辐、窗口。

在一些实施例中，步骤6与步骤7之间还包括切边扩孔工序。

在一些实施例中，步骤7旋压成型轮辋。

在一些实施例中，步骤7之后还有固溶、淬火和实效处理。

在一些实施例中，步骤5中将料坯放入旋转锻压力机中碾压成饼料。

在一些实施例中，初锻工序在初锻压力机进行，初步成型轮辐、轮辋和窗口，终锻压工序在终锻压力机进行，全部成型轮辐和窗口。

在一些实施例中，淬火水温60-63℃，转移时间小于15s，并上下摆动30次以上，淬火后在水中停留30min以上，温升不能超过65℃。

本发明的应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法与采用传统半连续铸造（directchill）的铸锭在同一锻造工艺下进行对比，具有以下优势：

（一）应用本发明所述应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法生产的车轮，强度500mpa以上，伸长率10%以上，拥有高强度的同时具有良好的韧性。

（二）应用本发明所述应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法生产的车轮，具有较高、较稳定的电导率，冲击实验均合格，弯曲和径向疲劳性能良好。

（三）应用本发明所述应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法生产的车轮，晶间腐蚀敏感性低，具有良好的耐腐蚀性能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一种应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法喷射形成铸锭的低倍照片。

图2为本发明一种应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法喷射形成铸锭的组织照片。

图3为7000系铝合金采用半连续铸造铸锭的组织照片。

图4为本发明一种应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法生产的车轮的进行组织照片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参考图1至图4并结合实施例描述本发明实施例的应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法。

一种应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法，包括以下步骤：

步骤1.将7000系铝合金在熔炼炉中熔炼；按合金的化学成分及质量百分比配料，在熔炼炉中熔化，二次精炼后经在线除气、除渣处理。

步骤2.将步骤1中得到的溶液静置一定时间后转移到漏包中通过喷射成形工艺获得7000系铝合金锭坯，锭坯致密度达99%以上。

步骤3.将步骤2的铝合金锭坯进行挤压，得到直径180-250mm的挤压棒，挤压棒温度400-450℃，挤压模具温度400-450℃，挤压制品速度0.1-0.5mm/min，挤压比10～20。

步骤4.将获得的挤压棒料锯切成长为200-400mm的料坯，将料坯入加热炉加热至设定温度420-450℃，加热时间400-450min，保证料坯温度均匀。

步骤5.通过机器人将料坯放入旋转锻压力机中，润滑手机器人自动喷石墨润滑剂，设备上滑块按程序控制带动上模转动并下压，以旋转的方式用5度加工角对棒料进行碾压加工，将棒料碾压成饼料。模具工作温度400-430℃。

步骤6.机器人将旋转锻饼料从旋转锻中取出放入初锻压力机中，润滑手机器人自动喷石墨润滑剂，初锻压力机的上滑块带动上模下压，按指定吨位将毛坯充满上下模模具型腔，模具工作温度390-420℃，旋转锻后坯料温度420-440℃。初锻成形过程中轮毂的轮辐、窗口、轮辋初步成型。

机器人将初锻毛坯从初锻机中取出放入终锻压力机中，润滑手机器人自动喷石墨润滑剂，终锻压力机的上滑块带动上模下压，按指定吨位将毛坯充满上下模模具型腔。模具工作温度约为390-420℃，初锻后坯料温度420-440℃。终锻成形过程中轮毂轮辐、窗口全部成型，轮辋初成型。

终锻完后机器人将锻造毛坯放入切边扩孔机中，切边扩口工序完成在线冲孔、扩孔轮辋、同时切掉飞边。设备上滑块带动上模下压，按指定高度将毛坯轮辋扩大，中心孔冲掉，并切掉飞边；为后序的旋压工序做准备；模具温度为室温，切边后坯料温度380-400℃。

步骤7.将锻造下线毛坯置于旋压模具上，然后三个辊轮按照加工程式运动，通过热旋压，将锻造短厚的轮辋旋压成长薄的轮辋，产品基本成型，3辊轮立式旋压机，模具温度室温，毛坯温度380-420℃。

对旋压后的锻造车轮毛坯送入固溶炉实施固溶化处理，然后淬火处理，淬火水温60-63℃，转移时间小于15s，并上下摆动30次以上，淬火后在水中停留30min以上，温升不能超过65℃。淬火处理后4小时内转移至时效炉进行时效处理。时效处理结束后出炉空冷。

实施例1

本实施例以7000系铝合金中的7055铝合金为例具体说明本技术方案，按表1示出的7055合金的化学成分及质量百分比配料，在熔炼炉中熔化，二次精炼后经在线除气、除渣处理，静置一定时间后转移到漏包中通过喷射成形工艺获得7055铝合金锭坯，锭坯致密度达99%以上。比较例1为采用传统半连续铸造方法生产7055铝合金铸锭。

将喷射成形7055铝合金锭坯进行挤压，得到直径203mm的挤压棒，挤压棒温度420℃，挤压模具温度430℃，挤压制品速度0.3mm/min，挤压比15。

将获得的挤压棒料锯切成长为350mm的料坯，将料坯入加热炉加热至设定温度430℃，加热时间420min，保证料坯温度均匀。

通过机器人将料坯放入旋转锻压力机中，模具温度420℃。润滑手机器人自动喷石墨润滑剂，设备上滑块按程序控制带动上模转动并下压，以旋转的方式用5度加工角对棒料进行碾压加工，将棒料碾压成饼料。

机器人将旋转锻饼料从旋转锻中取出放入初锻压力机中，润滑手机器人自动喷石墨润滑剂，初锻压力机的上滑块带动上模下压，按指定吨位将毛坯充满上下模模具型腔，模具工作温度410℃，旋转锻后坯料温度430℃。初锻成形过程中轮毂的轮辐、窗口、轮辋初步成型。

机器人将初锻毛坯从初锻机中取出放入终锻压力机中，润滑手机器人自动喷石墨润滑剂，终锻压力机的上滑块带动上模下压，按指定吨位将毛坯充满上下模模具型腔。模具温度410℃，初锻后坯料温度430℃。终锻成形过程中轮毂轮辐、窗口全部成型，轮辋初成型。

终锻完后机器人将锻造毛坯放入切边扩孔机中，切边扩口工序完成在线冲孔、扩孔轮辋、同时切掉飞边。设备上滑块带动上模下压，按指定高度将毛坯轮辋扩大，中心孔冲掉，并切掉飞边；为后序的旋压工序做准备；模具温度为室温，切边后坯料温度390℃。

将锻造下线毛坯置于旋压模具上，然后三个辊轮按照加工程式运动，通过热旋压，将锻造短厚的轮辋旋压成长薄的轮辋，产品基本成型，3辊轮立式旋压机，模具温度室温，毛坯温度400℃。

对旋压后的锻造车轮毛坯送入固溶炉实施固溶化处理，固溶炉在3±0.5h内升至460±5℃，保温4±0.2h，在0.5±0.1h内升至475±5℃，保温4±0.2h；然后淬火处理，淬火水温60℃，转移时间小于15s，并上下摆动30次以上，淬火后在水中停留30min以上，温升不能超过65℃；淬火处理后4小时内转移至时效炉进行时效处理，时效炉在1±0.2h内升至120±3℃，保温7±1h，在1±0.2h内升至158±3℃，保温18±1h，时效处理结束后出炉空冷。

表17055合金成分及重量百分比

7055锻造车轮力学性能如表2所示：

表27055锻造车轮力学性能

7055锻造车轮电导率、冲击性能及疲劳性能如表3所示：

表37055锻造车轮电导率、冲击性能及疲劳性能

按照bseniso11846标准取样，按方法二将试样室温在30g/lnacl+10mlhcl溶液中浸泡24h测试腐蚀深度。本发明中7055锻造车轮与比较例1其晶间腐蚀最大深度与平均深度如表4所示：

表47055锻造车轮耐腐蚀性能

实施例2

本实施例以7000系铝合金中的7034铝合金为例具体说明本技术方案，按表5示出的7034合金的化学成分及质量百分比配料，在熔炼炉中熔化，二次精炼后经在线除气、除渣处理，静置一定时间后转移到漏包中通过喷射成形工艺获得7034铝合金锭坯，锭坯致密度达99%以上。比较例2为采用传统半连续铸造方法生产7034铝合金铸锭。

将喷射成形7034铝合金锭坯进行挤压，得到直径228mm的挤压棒，挤压棒温度410℃，挤压模具温度420℃，挤压制品速度0.15mm/min，挤压比18。

将获得的挤压棒料锯切成长为275mm的料坯，将料坯入加热炉加热至设定温度420℃，加热时间450min，保证料坯温度均匀。

通过机器人将料坯放入旋转锻压力机中，模具温度400℃。润滑手机器人自动喷石墨润滑剂，设备上滑块按程序控制带动上模转动并下压，以旋转的方式用5度加工角对棒料进行碾压加工，将棒料碾压成饼料。

机器人将旋转锻饼料从旋转锻中取出放入初锻压力机中，润滑手机器人自动喷石墨润滑剂，初锻压力机的上滑块带动上模下压，按指定吨位将毛坯充满上下模模具型腔，模具工作温度390℃，旋转锻后坯料温度420℃。初锻成形过程中轮毂的轮辐、窗口、轮辋初步成型。

机器人将初锻毛坯从初锻机中取出放入终锻压力机中，润滑手机器人自动喷石墨润滑剂，终锻压力机的上滑块带动上模下压，按指定吨位将毛坯充满上下模模具型腔。模具温度390℃，初锻后坯料温度420℃。终锻成形过程中轮毂轮辐、窗口全部成型，轮辋初成型。

终锻完后机器人将锻造毛坯放入切边扩孔机中，切边扩口工序完成在线冲孔、扩孔轮辋、同时切掉飞边。设备上滑块带动上模下压，按指定高度将毛坯轮辋扩大，中心孔冲掉，并切掉飞边；为后序的旋压工序做准备；模具温度为室温，切边后坯料温度380℃。

将锻造下线毛坯置于旋压模具上，然后三个辊轮按照加工程式运动，通过热旋压，将锻造短厚的轮辋旋压成长薄的轮辋，产品基本成型，3辊轮立式旋压机，模具温度室温，毛坯温度380℃。

对旋压后的锻造车轮毛坯送入固溶炉实施固溶化处理，固溶炉在3±0.5h内升至450±5℃，保温4±0.2h，在0.5±0.1h内升至475±5℃，保温4±0.2h；然后淬火处理，淬火水温62℃，转移时间小于15s，并上下摆动30次以上，淬火后在水中停留30min以上，温升不能超过65℃；淬火处理后4小时内转移至时效炉进行时效处理，时效炉在1±0.2h内升至80±3℃，保温8±1h，在1±0.2h内升至120±3℃，保温18±1h，时效处理结束后出炉空冷。

表57034合金成分及重量百分比

7034锻造车轮力学性能如表6所示：

表67034锻造车轮力学性能

7034锻造车轮电导率、冲击性能及疲劳性能如表7所示：

表77034锻造车轮电导率、冲击性能及疲劳性能

7034锻造车轮晶间腐蚀最大深度与平均深度如表8所示：

表87034锻造车轮耐腐蚀性能

实施例3

本实施例以7000系铝合金中的7075铝合金为例具体说明本技术方案，按表9示出的7075合金的化学成分及质量百分比配料，在熔炼炉中熔化，二次精炼后经在线除气、除渣处理，静置一定时间后转移到漏包中通过喷射成形工艺获得7075铝合金锭坯，锭坯致密度达99%以上。比较例3为采用传统半连续铸造方法生产7075铝合金铸锭。

将喷射成形7075铝合金锭坯进行挤压，得到直径254mm的挤压棒，挤压棒温度440℃，挤压模具温度450℃，挤压制品速度0.4mm/min，挤压比12。

将获得的挤压棒料锯切成长为221mm的料坯，将料坯入加热炉加热至设定温度440℃，加热时间400min，保证料坯温度均匀。

通过机器人将料坯放入旋转锻压力机中，模具温度430℃。润滑手机器人自动喷石墨润滑剂，设备上滑块按程序控制带动上模转动并下压，以旋转的方式用5度加工角对棒料进行碾压加工，将棒料碾压成饼料。

机器人将旋转锻饼料从旋转锻中取出放入初锻压力机中，润滑手机器人自动喷石墨润滑剂，初锻压力机的上滑块带动上模下压，按指定吨位将毛坯充满上下模模具型腔，模具工作温度420℃，旋转锻后坯料温度440℃。初锻成形过程中轮毂的轮辐、窗口、轮辋初步成型。

机器人将初锻毛坯从初锻机中取出放入终锻压力机中，润滑手机器人自动喷石墨润滑剂，终锻压力机的上滑块带动上模下压，按指定吨位将毛坯充满上下模模具型腔。模具温度约为420℃，初锻后坯料温度440℃。终锻成形过程中轮毂轮辐、窗口全部成型，轮辋初成型。

终锻完后机器人将锻造毛坯放入切边扩孔机中，切边扩口工序完成在线冲孔、扩孔轮辋、同时切掉飞边。设备上滑块带动上模下压，按指定高度将毛坯轮辋扩大，中心孔冲掉，并切掉飞边；为后序的旋压工序做准备；模具温度为室温，切边后坯料温度400℃。

将锻造下线毛坯置于旋压模具上，然后三个辊轮按照加工程式运动，通过热旋压，将锻造短厚的轮辋旋压成长薄的轮辋，产品基本成型，3辊轮立式旋压机，模具温度室温，毛坯温度420℃。

对旋压后的锻造车轮毛坯送入固溶炉实施固溶化处理，固溶炉在3±0.5h内升至460±5℃，保温4±0.2h，在0.5±0.1h内升至475±5℃，保温4±0.2h；然后淬火处理，淬火水温60℃，转移时间小于15s，并上下摆动30次以上，淬火后在水中停留30min以上，温升不能超过65℃；淬火处理后4小时内转移至时效炉进行时效处理，时效炉在1±0.2h内升至135±3℃，保温6±1h，在1±0.2h内升至168±3℃，保温18±1h，时效处理结束后出炉空冷。

表97075合金成分及重量百分比

7075锻造车轮力学性能如表10所示：

表107075锻造车轮力学性能

7075锻造车轮电导率、冲击性能及疲劳性能如表11所示：

表117075锻造车轮电导率、冲击性能及疲劳性能

7075锻造车轮晶间腐蚀最大深度与平均深度如表12所示：

表127075锻造车轮耐腐蚀性能

本发明的应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法与采用传统半连续铸造（directchill）的铸锭在同一锻造工艺下进行对比，具有以下优势：

（一）应用本发明所述应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法生产的车轮，强度500mpa以上，伸长率10%以上，拥有高强度的同时具有良好的韧性。

（二）应用本发明所述应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法生产的车轮，具有较高、较稳定的电导率，冲击实验均合格，弯曲和径向疲劳性能良好。

（三）应用本发明所述应用7000系铝合金生产特种车辆车轮的方法生产的车轮，晶间腐蚀敏感性低，具有良好的耐腐蚀性能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。