6061铝合金锻造车轮及制备方法与流程

本发明涉及一种6061铝合金锻造车轮及制备方法，属于铝合金加工。

背景技术：

1、车轮是汽车轻量化的一个关键零部件，更是一个重要的安全部件，车轮在服役过程中，一方面要有较高的强度来支撑整车的重量，另一方面会受到径向和弯曲应力需要足够的抗疲劳性能。

2、高端铝合金车轮的制作方法主要为锻造，锻造后进行机加工制造成成品车轮。目前，常规锻造的铝合金车轮内部组织为主要为再结晶组织，锻造过程温度依靠坯料初始温度进行保持，随着锻造次数的增加导致锻件温度依次降低，锻造过程中随着温度的降低和变形道次的增加导致锻造内部组织没有办法进行控制，锻件内部组织各项异性增加，而且锻造过程中间出现故障时锻造内部组织会出现二次再结晶现象，晶粒异常长大导致出现粗大晶粒，材料机械性能急剧下降，在后续不易发现，导致车轮服役过程中出现疲劳裂纹降低车轮使用寿命，特别是车轮安装盘存在过多的再结晶组织，导致材料的疲劳寿命降低，车轮在使用过程中受到交变载荷冲击下极易萌生裂纹。

技术实现思路

1、本发明目的是提供了一种6061铝合金锻造车轮及制备方法，使其具有较高的强度和疲劳性能，锻造过程中组织稳定，且再结晶分数能够控制。

2、本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

3、一种6061铝合金锻造车轮，由铝合金材料锻造而成，铝合金材料成分设计按照质量百分数计si0.7～0.8％、mg0.8～1.2％、cu0.30～0.35％、mn0.08～0.12％、cr0.15～0.25％、ti0.020～0.030％、zr 0.003～0.006％、fe＜0.2％、na＜0.0005％、ca＜0.0005％、pb＜0.005％以及余量的al。

4、所述6061铝合金锻造车轮优选方案，所述成分中的mg与si比值为1.4-1.6，mn+cr为0.25～0.35％，合金元素mn+cr能够更好的抑制材料在后续热变形过程中的再结晶分数，控制及比例能够更好的控制材料内部组织，使其能够与锻造回复组织更好点找到平衡。

5、一种6061铝合金锻造车轮的制备方法，包括铸锭坯料加热、低温预制坯锻造、中温预成型锻造、高温终锻成型锻造、低温整形、冷旋压和低温时效，铸锭坯料加热温度为410-430℃，低温预制坯锻造温度为380-410℃锻造比为2-3，中温预成型锻造温度为500-510℃，锻造比为1-2，高温终锻成型锻造温度为530-540℃，锻造比为4-5，低温整形温度为150-200℃，冷旋压在常温下进行旋压，旋压变形量为40％-50％，低温时效温度为183℃时间7-8小时。

6、一种6061铝合金锻造车轮的制备方法优选方案，低温锻造和中温锻造后的毛坯需均匀的涂层石墨，涂层石墨的厚度约为20-30um，加热时间为20min；低温锻造后的毛坯需均匀的涂层石墨其目的在于毛坯加热时能够快速的进行升温至500-510℃，其内部组织由回复组织转变为再结晶组织，因其锻造比低再结晶组织分数为30％，其材料内部组织为回复+再结晶组织的混合组织；中温锻造后的毛坯需均匀的涂层石墨，快速加热升温至530-540℃，时间30min，其目的是在锻造过程中需接近固溶温度，使其材料成分中的mg2si能够回溶，并且锻造比控制在4-5，使其部分的回复组织再次转变为再结晶组织，再结晶分数为50％，其余为回复组织，回复组织具有高的抗拉强度和屈服强度，但材料延伸率降低，再结晶组织具有中等的抗拉强度和屈服强度，但材料延伸率升高，经过变温锻造可以调控锻件内部组织为50％再结晶组织与50％的回复组织，在保证高的抗拉其强度和屈服强度的同时兼具好的塑性和延伸率，使其材料组织达到平衡，提高车轮的疲劳寿命和载重。

7、一种6061铝合金锻造车轮的制备方法优选方案，低温整形温度为150-200℃，在此温度下锻件变形量不发生变化，对其进行冲孔扩孔，扩孔角度为20°，方便其后续旋压。

8、一种6061铝合金锻造车轮的制备方法优选方案，低温预制坯时样件受力1～2t/cm2，锻造剪切速度22mm/sec，锻造模具温度420℃模具有加热保温装置，上模和下模间距离为10～15mm保压3s，中温预锻锻时样件受力2～3t/cm2，锻造剪切速度8mm/sec，锻造模具温度480℃模具有加热保温装置，上模和下模间距离为5-8mm保压3s，高温终锻时样件受力4-5t/cm2锻造剪切速度5mm/sec锻造模具温度520℃模具有保温装置，冲孔压力50t，行程180-260mm。

9、一种6061铝合金锻造车轮的制备方法优选方案，高温终锻成型530-540℃，锻件终锻成型后，机械手需15s内将锻件放置到水槽中降温至常温，锻坯出水温度为30-60℃，形成过饱和固溶体，此步骤可替代常规工艺的固溶处理，节省固溶工序。

10、一种6061铝合金锻造车轮的制备方法优选方案，冷旋压使其轮辋成型，先将旋压定位面准确的定位到模具中心，模具转速450r/min，起旋点进给速度为200～400mm/s，轮辋深槽位置进给速度500～700mm/s，旋轮转速300～500r/min，旋压尾顶行程600mm，合模后旋压模芯跳动＜0.1mm。

11、一种6061铝合金锻造车轮的制备方法优选方案，时效处理为183℃保温7-8h，出炉后进行自然冷却。

12、本发明的优点在于：

13、本申请的制备方法，通过控制坯料的化学成分，调控锻造温度和锻造比，最终获得具有优异微结构的铝合金材料，该材料可满足车轮对性能的要求，可完全代替其他材料，实现材料的轻量化、高强度和良好的耐疲劳性能。此外，本申请流程短可减少固溶工序，节省能源，降低碳排放。

技术特征：

1.一种6061铝合金锻造车轮，其特征在于：由铝合金材料锻造而成，铝合金材料成分设计按照质量百分数计si0.7~0.8%、mg0.8~1.2%、cu0.30~0.35%、mn0.08~0.12%、cr0.15~0.25%、ti0.020~0.030%、zr 0.003~0.006%、fe＜0.2%、na＜0.0005%、ca＜0.0005%、pb＜0.005%以及余量的al。

2.根据权利要求1所述6061铝合金锻造车轮，其特征在于：所述成分中的mg与si比值为1.4-1.6，mn+cr为0.25~0.35%。

3.一种权利要求1或2所述6061铝合金锻造车轮的制备方法，其特征在于：包括铸锭坯料加热、低温预制坯锻造、中温预成型锻造、高温终锻成型锻造、低温整形、冷旋压和低温时效，铸锭坯料加热温度为410-430℃，低温预制坯锻造温度为380-410℃ 锻造比为2-3，中温预成型锻造温度为500-510℃，锻造比为1-2 ，高温终锻成型锻造温度为530-540℃，锻造比为4-5，低温整形温度为150-200℃，冷旋压在常温下进行旋压，旋压变形量为40%-50%，低温时效温度为183℃时间7-8小时。

4.根据权利要求1所述6061铝合金锻造车轮的制备方法，其特征在于：低温锻造和中温锻造后的毛坯需均匀的涂层石墨，涂层石墨的厚度约为20-30um，加热时间为20min。

5.根据权利要求1所述6061铝合金锻造车轮的制备方法，特征在于：低温整形温度为150-200℃，在此温度下锻件变形量不发生变化，对其进行冲孔扩孔，扩孔角度为20°。

6.据权利要求1所述6061铝合金锻造车轮的制备方法，其特征在于：低温预制坯时样件受力1~2 t/cm2，锻造剪切速度22mm/sec，锻造模具温度420℃模具有加热保温装置，上模和下模间距离为10~15mm保压3s，中温预锻锻时样件受力2~3 t/ cm2，锻造剪切速度8mm/sec，锻造模具温度480℃模具有加热保温装置，上模和下模间距离为5-8mm保压3s，高温终锻时样件受力4-5t/cm2锻造剪切速度5mm/sec 锻造模具温度520℃模具有保温装置，冲孔压力50t，行程180-260mm。

7.据权利要求1所述6061铝合金锻造车轮的制备方法，特征在于：高温终锻成型530-540℃，锻件终锻成型后，机械手需15s内将锻件放置到水槽中降温至常温，锻坯出水温度为30-60℃。

8.据权利要求1所述6061铝合金锻造车轮的制备方法，特征在于：冷旋压使其轮辋成型，先将旋压定位面准确的定位到模具中心，模具转速450r/min，起旋点进给速度为200~400mm/s，轮辋深槽位置进给速度500~700mm/s，旋轮转速300~500r/min，旋压尾顶行程600mm，合模后旋压模芯跳动＜0.1mm。

9.据权利要求1所述6061铝合金锻造车轮的制备方法，特征在于：时效处理为183℃保温7-8h，出炉后进行自然冷却。

技术总结
本发明提供了一种6061铝合金锻造车轮及制备方法，属于铝合金加工技术领域。6061铝合金锻造车轮的铝合金材料成分设计按照质量百分数计Si0.7~0.8%、Mg0.8~1.2%、Cu0.30~0.35%、Mn0.08~0.12%、Cr0.15~0.25%、Ti0.020~0.030%、Zr 0.003~0.006%、Fe＜0.2%、Na＜0.0005%、Ca＜0.0005%、Pb＜0.005%以及余量的Al。制备方法，包括铸锭坯料加热、低温预制坯锻造、中温预成型锻造、高温终锻成型锻造、低温整形、冷旋压和低温时效。本发明变温锻造控制方法，再结晶体积分数控制，该方法可满足车轮对性能的要求，实现材料的轻量化、高强度和良好的耐疲劳性能。该制备工艺流程衔接顺畅，工艺窗口具有可操作性和实施，产品性能稳定，且工艺流程短低碳环保、节约能源。

技术研发人员：孙谱,李洪光,李东东,李庆,穆瑞鹏,秦作峰,丁有望,朱宝阵,许震,孙涛
受保护的技术使用者：山东骏程金属科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13