一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铝合金领域，具体涉及一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料。
【背景技术】
[0002] 铝镁铸造合金具有延伸率高，切削性、耐腐蚀性、表面光洁度好等特点，因此成为 目前国际上轮胎模具行业比较推崇的模具用铝。普通工艺生产的铝镁合金强度低，而且含 有较多的渣、气。用其制备的轮胎模具表面容易形成渣孔、气孔，轮胎在成型过程中，胶会渗 入其中产生粘膜现象；模具强度低导致模具使用寿命短。
[0003] 国内同行业一般选用ZL101、AlMg3Si和AC7A牌号铸铝合金。前两种材料的流动 性好，适于铸造花纹复杂的子午胎模具花纹圈，但其机械性能和韧性达不到要求，对使用寿 命提升帮助不大。AC7A是近年来应用较多的一种花纹圈铸造用材料，其耐腐蚀性能好，但是 机械性能和韧性也达不到要求。
【发明内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，通过 加入稀土元素，起到固溶强化作用，提高铝镁合金材料机械强度。
[0005] 本发明提供的一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成 分：
[0006] Cu 0.3-0. 4%, Mg 3. 8-4. 5%, Si 0.2-0. 25%, Zn 0.03-0.05%,
[0007] Fe 0.01-0.02 % ,Mn 0. 3-0. 5 % ,Ti 0. 1-0. 2 %, Cr 0.005-0.02 %, Zr 0· 05-0. 1 %，Sm 0· 05-0. 07 %，Nd 0· 05-0. 06 %，Y 0· 05-0. 07 %，余量为 Al。
[0008] 锆元素（Zr)在合金既能起到固溶强化，又能起到第二相强化，形成A13Zr可以起 到钉扎作用，结合稀土可细化铝合金基体。
[0009] 加入钐（Sm)、钇（Y)、钕（Nd)稀土元素，钐、钕、钇比其它稀土元素在铝合金中的溶 解度大，不仅可以起到弥散强化作用还可以起到很好的固溶强化作用，此外，钐、钇、钕等与 熔体中氧、氢、氮、硫、铁等杂质元素有较强的结合作用，可以减少合金中的气体和夹杂，改 善夹杂物形态，使夹杂相趋于球化，有利于夹杂物和气体的排除，也起到了熔体净化效果， 而且，本合金加入钕既能起第二相强化作用，还可以起到固溶强化作用，钕加入铝合金，可 以增加错配度，此外钕还有很好的变质效果，这些对于合金的综合性能都有利。而且，加入 钐（Sm)、钇（Y)、钕（Nd)稀土元素能够使固相线温度差减小，降低铝镁合金的糊状凝固趋 势，并且降低合金熔体表面张力，增加熔体流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显 的影响。但是需要注意的是，稀土元素在铝合金中固溶度较低，添加过量对合金综合性能不 利。因此，合金中稀土元素总含量控制在0.4%以内。
[0010] 铜元素（Cu)具有一定的固溶强化效果，通过时效处理析出的CuA12具有明显的时 效强化效果。
[0011] 镁元素（Mg)在铝中的溶解度随温度下降而变小，镁对铝合金的强化作用非常明 显，每增加 I %的镁，合金抗拉强度大约升高34MPa。
[0012] 锌元素（Zn)单独加入铝中，对铝合金强度的提高十分有限，同时存在应力腐蚀开 裂、倾向，在铝中同时加入锌和镁，形成强化相Mg/Zn2，对合金产生明显的强化作用。Mg/Zn2 含量从〇. 5%提高到时，可明显增加抗拉强度和屈服强度。
[0013] 锰元素（Mn)在固溶体中的最大溶解度为1. 82%，铝合金强度随锰溶解度增加不 断增加，同时锰元素具有补充强化作用。加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外 猛还可以使Mg5A18化合物均勾沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。猛能阻止错合金的再结晶过 程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过MnA16化合 物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。MnA16的另一作用是能溶解杂质铁，减小铁的有 害影响。
[0014] 铁元素（Fe)、硅元素（Si)是铝合金中常见的杂质元素，对合金性能有明显的影 响。它们主要以FeC13和游离硅存在。在硅大于铁时，形成|3-FeSiA13(或Fe2Si2A19)相， 而铁大于硅时，形成a-Fe2SiA18(或Fe3Si2A112)。当铁和硅比例不当时，会引起铸件产生 裂纹，铸铝中铁含量过高时会使铸件产生脆性。本发明中严格控制Si含量0. 2-0. 25%，Fe 含量0. 01-0. 02%，可有效提高铝合金的铸造性能和耐腐蚀性能，同时硅与体系中的镁结合 形成MgSi强化相，可有效提高合金整体强度。大于或小于上述配比，合金整体强度均达不 到要求。
[0015] 钛是铝合金中常用的添加元素，以Al-Ti中间合金形式加入。钛与铝形成TiA12 相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。Al-Ti系合金产生包反 应时，钛的临界含量为〇. 15%。
[0016] 铬（Cr)在铝中形成（CrFe)A17和（CrMn)A112等金属间化合物，阻碍再结晶的形 核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。 但会增加淬火敏感性，使阳极氧化膜呈黄色。铬在铝合金中的添加量一般不超过0. 35%，并 随合金中过渡元素的增加而降低。
[0017] 本发明通过在错镁合金中加入稀土元素，并优化Cu，Mg，Si，Zn，Fe，Mn，Ti，Cr和 Al元素的配比，得到的铝镁合金抗拉强度（Mpa) :300?400,屈服强度（Mpa) :150-200,伸 长率（％) :12?14 ;布氏硬度HB :60?75。与现有技术相比，本发明具有很高的机械强 度，有良好的耐腐蚀性能，并且模具的韧性也有很大提高，使用本发明提供的镁铝合金制作 轮胎模具，提高了轮胎模具的使用寿命，节约成本。
【具体实施方式】
[0018] 实施例1
[0019] 一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：
[0020] Cu 0. 3%, Mg 3. 9%, Si 0. 2%, Zn 0. 04%, Fe 0. 01% ,Mn 0. 3% , TiO. 15%, Cr 0· 005%，Zr 0· 05%，Sm 0· 05% ,Nd 0· 05% , Y 0· 05% ,余量为 A1。
[0021] 实施例2
[0022] 一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：
[0023] Cu 0. 36%, Mg 4%, Si 0. 23%, Zn 0. 03%, Fe 0. 013% ,Mn 0. 4% , TiO. 2%, Cr 0· 017%，Zr 0· 08%，Sm 0· 06% ,Nd 0· 05% , Y 0· 07% ,余量为 A1。
[0024] 实施例3
[0025] -种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：
[0026] Cu 0. 4%, Mg 4. 5%, Si 0. 25%, Zn 0. 05%, Fe 0. 02% ,Mn 0. 4% , TiO. 15%, Cr 0· 02%，Zr 0· 1%，Sm 0· 07% ,Nd 0· 06% , Y 0· 07% ,余量为 A1。
[0027] 实施例1-3,以及市场上销售的传统的ZLlOl及AlMg3Si机械性能比较，如下表1。
[0028] 表 1
[0029]
【主权项】
1. 一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，其特征在于，所述轮胎模具用高强度铝镁合 金材料包括以下重量百分比的成分： Cu 0.3-0. 4%, Mg 3. 8-4. 5%, Si 0.2-0. 25%, Zn 0.03-0.05%, Fe 0. 01-0. 02% ,Mn 0. 3-0. 5% , Ti 0. 1-0. 2%, Cr 0. 005-0. 02%, Zr 0. 05-0. 1%, Sm 0· 05-0. 07% , Nd 0· 05-0. 06% , Y 0· 05-0. 07% ,余量为 A1。
2. 根据权利要求1所述的轮胎模具用高强度铝镁合金材料，其特征在于，所述轮胎模 具用高强度铝镁合金材料包括以下重量百分比的成分： Cu 0.3%, Mg 3. 9 %, Si 0.2%, Zn 0.04%, Fe 0.01 %, Mn 0. 3 % , TiO. 15 %, Cr 0· 005%，Zr 0· 05%，Sm 0· 05% ,Nd 0· 05% , Y 0· 05% ,余量为 A1。
3. 根据权利要求1所述的轮胎模具用高强度铝镁合金材料，其特征在于，所述轮胎模 具用高强度铝镁合金材料包括以下重量百分比的成分： Cu 0.36%, Mg 4%, Si 0.23%, Zn 0.03%, Fe 0.013 %, Mn 0. 4 % , TiO. 2 %, Cr 0· 017%，Zr 0· 08%，Sm 0· 06% ,Nd 0· 05% , Y 0· 07% ,余量为 A1。
4. 根据权利要求1所述的轮胎模具用高强度铝镁合金材料，其特征在于，所述轮胎模 具用高强度铝镁合金材料包括以下重量百分比的成分： Cu 0.4%, Mg 4. 5%, Si 0.25%, Zn 0.05%, Fe 0.02%,Mn 0. 4% , TiO. 15%, Cr 0· 02%，Zr 0· 1%，Sm 0· 07% ,Nd 0· 06% , Y 0· 07% ,余量为 A1。
【专利摘要】本发明公开了一种轮胎模具用高强度铝镁合金材料，通过在铝镁合金中加入稀土元素，并优化Cu，Mg，Si，Zn，Fe，Mn，Ti，Cr和Al的元素配比，得到的铝镁合金抗拉强度(Mpa)：300～400，屈服强度(Mpa):150-200,伸长率(％)：12～14；布氏硬度HB：60～75。与现有技术相比，发明具有很高的机械强度，有良好的耐腐蚀性能，并且模具的韧性也有很大提高，使用发明提供的镁铝合金制作轮胎模具，提高了轮胎模具的使用寿命，节约成。
【IPC分类】C22C21-08
【公开号】CN104561699
【申请号】CN201510041378
【发明人】李冬玉, 钱猴
【申请人】芜湖新泰联轮模具有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月27日