一种轿车铝合金转向节及其挤压铸造方法与流程

本发明属于合金铸造技术领域，具体涉及一种轿车铝合金转向节及其挤压铸造方法。

背景技术：

汽车在改变世界的同时，也加快了石化燃料耗竭的进程，加剧了全球气候的恶化。在能源危机、环境污染及地球温室效应加剧等问题的压力下，现在汽车零部件迫切需要向着轻量化方向发展。铝合金是目前汽车材料中应用最多的轻质材料，汽车用铝合金材料主要包括铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金主要用于发动机、壳体类和底盘部件，是汽车用铝合金的主要形式。

轿车转向节零件多数采用球铁砂型重力铸造方法生产，目前正向铝合金铸造方法方向发展。铸造铝合金转向节的主要方法为铝合金重力金属型铸造和低压金属型铸造两种铸造方法。重力铸造和低压铸造在提高铝合金转向节的强度及延伸率等方面受到一定的限制，阻碍了汽车轻量化的发展。为了拓宽铝合金转向节的应用工况，需要进一步提高铝合金转向节的综合性能。综上，如能采用高性能铝合金及挤压铸造方法开发铝合金转向节，不仅可以进一步提高铝合金转向节的综合性能和内在质量，还会促进汽车零部件轻量化的发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种轿车铝合金转向节及其挤压铸造方法，制造的铝合金转向节具有较高的综合力学性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

首先，将铝合金按着重量成分百分比配制好，加入坩埚熔化炉内熔化、精炼细化处理；然后浇入挤压铸造机料室内，挤压铸造机冲头向转向节模具型腔压入合金液并增压使铝合金结晶，获得铝合金转向节挤压铸件；再对铸件进行固溶及时效热处理，得到综合力学性能较高的转向节。

一种轿车铝合金转向节，其特征在于，其组分按重量百分比由下列原料制成：si3-6％，cu3.5-4.5％，mg0.15-0.40％，ti0.05-0.30％，re0-0.5％，其余为al。

上述轿车铝合金转向节的挤压铸造方法，包括以下步骤：

a、铝合金材料的熔炼、精炼细化处理：将原料按上述组分配比放入坩埚炉内，加热熔化，铝合金液温度升至720-730℃时，加入al-5ti-b细化剂，并通入氩气进行精炼除气处理，精炼除气处理时间为15-20min，精炼完成后除渣，铝合金液静置并降温至700-718℃等待浇注；

b、转向节铸件模具：将模具固定在1000t挤压铸造机的模架上，模具型腔表面采用天然气预热，预热温度为150-180℃时，在模具型腔表面均匀喷上一层保温涂料及脱模剂，涂层厚度为0.15-0.30mm，模具继续预热，预热温度达到260-320℃时进行合模浇注；

c、浇注：将步骤a精炼细化处理好的合金液，通过浇注通道浇入压室及型腔内，浇注温度715-720℃，在活塞开始加压前，利用模具上设置的截断装置将浇注通道中的合金液截断，在底部活塞的作用下使金属液充满型腔，并在活塞压力的作用下凝固成型；

d、挤压铸造：挤压压力为110-220mpa，保压时间为40-50s，冲头挤压速度100-200mm/s；

e、热处理：将步骤d所得铸件进行固溶及时效热处理(t6)，固溶热处理温度及时间为(480-490)℃×(3-5)h+(490-500)℃×(5-7)h+(500-505)℃×(7-9)h，时效热处理温度及时间为(165-190)℃×(5-7)h。

步骤b，所述模具采用间接挤压铸造法通过活塞底注方式成型，一模一件，模具为两开模。

步骤d，所述挤压铸造采用的是1000吨级挤压铸造机。

与现有技术相比，本发明的积极效果在于：挤压铸造方法制备的铝合金转向节内在质量较好，综合力学性能较高，能进一步拓宽铝合金转向节的应用工况。

附图说明

图1是转向节挤压铸造模具装配图；

图2(a)是转向节铸件的x光照片；

图2(b)是转向节铸件内部的x光照片；

图2(c)是转向节铸件内部的x光照片；

图2(d)是转向节铸件内部的x光照片；

图2(e)是转向节铸件内部的x光照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述：

一种轿车铝合金转向节，其特征在于，其组分按重量百分比由下列原料制成：si3-6％，cu3.5-4.5％，mg0.15-0.40％，ti0.05-0.30％，re0-0.5％，其余为al。

上述轿车铝合金转向节的挤压铸造方法，包括以下步骤：

a、铝合金材料的熔炼、精炼及细化处理：按上述配比将配制好的铝合金材料放入坩埚炉内，加热熔化，铝合金液温度升至720-730℃时，加入al-5ti-b细化剂，并通入氩气进行精炼除气处理，精炼除气处理时间为15-20min，精炼除气处理后试样密度达到2.65g.cm^-3以上，精炼完成后除渣，铝合金液静置并降温至700-718℃等待浇注；

b、转向节铸件模具：采用间接挤压铸造工艺，通过活塞底注方式成型该铸件，一模一件，模具是两开模，如图1所示，将模具固定在1000t挤压铸造机的模架上，模具型腔表面采用天然气预热，预热温度为150-180℃时，在模具型腔表面均匀喷上一层保温涂料及脱模剂，涂层厚度为0.15-0.30mm，模具继续预热，预热温度达到260-320℃时进行合模浇注；

c、浇注：将精炼细化处理好的合金液，通过浇注通道浇入压室及型腔内，浇注温度715-720℃，在活塞开始加压前，利用模具上设置的截断装置将浇注通道中的合金液截断，防止加压过程中合金液发生喷溅，在底部活塞的作用下使金属液充满型腔，并在活塞压力的作用下凝固成型；

d、挤压铸造：挤压铸造设备为1000吨级挤压铸造机，挤压铸造工艺参数挤压压力为110-220mpa，保压时间为40-50s，冲头挤压速度100-200mm/s；

e、热处理：挤压铸造铝合金转向节铸件要进行固溶及时效热处理(t6)，固溶热处理温度及时间为(480-490)℃×(3-5)h+(490-500)℃×(5-7)h+(500-505)℃×(7-9)h；时效热处理温度及时间为(165-190)℃×(5-7)h。挤压铸造铝合金转向节铸件经过t6热处理之后，获得较高的综合力学性能。铸件外观质量较好，如图2(a)所示。x光检测铸件内部无缩松夹杂等缺陷，如图2(b)-(e)所示。

实施例1

按重量百分比配制合金成分为3％si，3.5-4.5％cu，0.15-0.40％mg，0.05-0.30％ti，0-0.5％re，其余为al，合金重量150kg。将配制好的铝合金材料放入坩埚炉内，加热熔化。铝合金液温度升至720-730℃时，加入al-5ti-b细化剂，并通入氩气进行精炼除气处理，精炼除气处理时间为15-20min。精炼除气处理后试样密度达到2.65g.cm^-3以上。精炼完成后除渣，铝合金液静置并降温至700℃等待浇注。

将模具固定在1000t挤压铸造机的模架上，模具型腔表面采用天然气预热，预热温度为150℃时，在模具型腔表面均匀喷上一层保温涂料及脱模剂，涂层厚度为0.15mm，模具继续预热，预热温度达到260℃时进行合模浇注。

1000t挤压铸造机的挤压铸造工艺参数挤压压力为110mpa，保压时间为40s，冲头挤压速度200mm/s。

将精炼细化处理好的合金液，通过浇注通道浇入压室及型腔内，浇注温度700℃，在活塞开始加压前，利用模具上设置的截断装置将浇注通道中的合金液截断，防止加压过程中合金液发生喷溅。在底部活塞的作用下使金属液充满型腔，并在活塞压力的作用下凝固成型。

挤压结束后，开模取出铸件，检查其外观质量及表面缺陷。产品合格率达85％以上，合格产品进行t6热处理。固溶热处理温度及时间为480℃×5h+500℃×7h+505℃×7h；时效热处理温度及时间为165℃×7h。本体取样进行力学性能检测，抗拉强度大于430mpa，屈服强度大于328mpa，延伸率大于9.6％，硬度大于hb135。

实施例2

按重量百分比配制合金成分为4.5％si，3.5-4.5％cu，0.15-0.40％mg，0.05-0.30％ti，0-0.5％re，其余为al，合金重量150kg。将配制好的铝合金材料放入坩埚炉内，加热熔化。铝合金液温度升至720-730℃时，加入al-5ti-b细化剂，并通入氩气进行精炼除气处理，精炼除气处理时间为15-20min。精炼除气处理后试样密度达到2.65g.cm^-3以上。精炼完成后铝合金液静置并降温至710℃等待浇注。

1000t挤压铸造机的挤压铸造工艺参数挤压压力为165mpa，保压时间为45s，冲头挤压速度150mm/s。

将精炼细化处理好的合金液，通过浇注通道浇入压室及型腔内，浇注温度710℃，在活塞开始加压前，利用模具上设置的截断装置将浇注通道中的合金液截断，防止加压过程中合金液发生喷溅。在底部活塞的作用下使金属液充满型腔，并在活塞压力的作用下凝固成型。

挤压结束后，开模取出铸件，检查其外观质量及表面缺陷。产品合格率达85％以上，合格产品进行t6热处理。固溶热处理温度及时间为485℃×4h+490℃×6h+500℃×8h；时效热处理温度及时间为175℃×6h。本体取样进行力学性能检测，抗拉强度大于470mpa，屈服强度大于367mpa，延伸率大于3.5％，硬度大于hb140。

实施例3

按重量百分比配制合金成分为6％si，3.5-4.5％cu，0.15-0.40％mg，0.05-0.30％ti，0-0.5％re，其余为al，合金重量150kg。将配制好的铝合金材料放入坩埚炉内，加热熔化。铝合金液温度升至720-730℃时，加入al-5ti-b细化剂，并通入氩气进行精炼除气处理，精炼除气处理时间为15-20min。精炼除气处理后试样密度达到2.65g.cm^-3以上。精炼完成后铝合金液静置并降温至718℃等待浇注。

1000t挤压铸造机的挤压铸造工艺参数挤压压力为220mpa，保压时间为50s，冲头挤压速度100mm/s。

将精炼细化处理好的合金液，通过浇注通道浇入压室及型腔内，浇注温度718℃，在活塞开始加压前，利用模具上设置的截断装置将浇注通道中的合金液截断，防止加压过程中合金液发生喷溅。在底部活塞的作用下使金属液充满型腔，并在活塞压力的作用下凝固成型。

挤压结束后，开模取出铸件，检查其外观质量及表面缺陷。产品合格率达85％以上，合格产品进行t6热处理。固溶热处理温度及时间为490℃×4h+495℃×5h+505℃×9h；时效热处理温度及时间为190℃×5h。本体取样进行力学性能检测，抗拉强度大于458mpa，屈服强度大于361mpa，延伸率大于6.5％，硬度大于hb138。