一种轮胎模具用高韧性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韧性铝镁合金材料。
【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韧性铝镁合金材料，通过 调整Ti、Cu和Mg配比，提高铝镁合金材料的韧性，伸长率达到14% -16%，满足现代轮胎模 具的生产要求，延长使用寿命。
[0005] 本发明提供的一种轮胎模具用高韧性铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成 分：
[0006]Cu0.3-0. 5 %,Mg3. 6-5. 5 %,Si0. 2-0. 23 %,Zn0. 03-0. 05%,Fe 0. 01-0. 02 % ,Mn0. 3-0. 5 % ,Ti0. 2-0. 25 %,Cr0. 005-0. 02 %,Zr0. 05-0. 1 %,Sm 0? 05-0. 07% ,Nd0? 05-0. 06% ,Y0? 05-0. 07% ,余量为Al。
[0007] 进一步的，一种轮胎模具用高韧性铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：
[0008] Cu 0. 3-0. 5 %, Mg 3. 6-5. 5 %, Si 0. 2-0. 23 % , Zn 0. 03-0. 05 %,Fe 0.01-0.02%,Mn 0.3-0. 5% ,Ti 0.23 %,Cr 0.005-0.02 %,Zr 0.05-0.1 %,Sm 0? 05-0. 07%,Nd 0? 05-0. 06%,Y0? 05-0. 07%,余量为Al。
[0009] 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。
[0010] 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1 %的镁，合金抗拉强度大约升高34MPa。
[0011] 钛（Ti)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。本发明严格 控制Ti含量0. 2-0. 25%，尤其是，钛元素含量在0. 23 %时，铝镁合金的韧性最高，延伸 率达到16%;本发明严格控制Cu、Mg、Ti的含量配比，Cu0? 3-0. 5%，Mg3. 6-5. 5%，Ti 0. 2-0. 25%，多余或少于该配比，均达不到14一 16%的延伸率。
[0012] 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。
[0013] 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，合金中稀土兀素总含量控制在0.4%以内。
[0014] 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0. 5%提高到12%时，可明显增加抗拉强度和屈服强度。
[0015] 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 锰还可以使Mg5A18化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。锰能阻止铝合金的再结晶过 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 吾影响。
[0016]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P-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。
[0017] 铬（Cr)在铝中形成（CrFe)A17和（CrMn)Al12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。铬在铝镁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。
[0018] 本发明通过严格控制Cu、Mg、Ti的含量配比，Cu0. 3-0. 5%，Mg3. 6-5. 5%，Ti 0. 2-0. 25%，使得铝镁合金的伸长率达到14-16%，并且加入的稀土元素提高了铝镁合金 的机械性能和抗腐蚀性能，使用本发明提供的镁铝合金制作轮胎模具，延伸率高，提高了轮 胎模具的使用寿命，节约成本。
【具体实施方式】
[0019] 实施例1
[0020] -种轮胎模具用高韧性铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：
[0021] Cu0. 3%,Mg3. 7%,Si0. 23%,Zn0. 03%,Fe0. 01% ,Mn0. 3% ,TiO. 2%,Cr 0? 006%，Zr0.05%，Sm0.05%,Nd0.05%,Y0.05% ,余量为Al。
[0022] 实施例2
[0023] -种轮胎模具用高韧性铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：
[0024] Cu0. 4%,Mg4%,Si0. 22%,Zn0. 03%,Fe0. 015% ,Mn0. 34% ,TiO. 23%,Cr 0? 009%，Zr0?l%，Sm0.06%,Nd0.06%,Y0.056% ,余量为Al。
[0025] 实施例3
[0026] -种轮胎模具用高韧性铝镁合金材料，包括以下重量百分比的成分：
[0027] Cu0. 5%,Mg5. 5%,Si0. 23%,Zn0. 05%,Fe0. 02%,Mn0. 5% ,TiO. 25%,Cr 0? 02%，Zr0.08%，Sm0.05%,Nd0.06%,Y0.05% ,余量为Al。
[0028] 实施例1-3,以及市场上销售的传统的ZL101及AlMg3Si机械性能比较，如下表1。
[0029] 表 1
[0030]
【主权项】
1. 一种轮胎模具用高初性铅镇合金材料，其特征在于，所述轮胎模具用高初性铅镇合 金材料包括W下重量百分比的成分： Cu 0.3-0. 5%，Mg 3. 6-5. 5%，Si 0.2-0. 23%，Zn 0.03-0. 05%，Fe 0.01-0. 02%，Mn 0. 3-0. 5 %，Ti 0. 2-0. 25 %，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。
2. 根据权利要求1所述的轮胎模具用高初性铅镇合金材料，其特征在于，所述轮胎模 具用高初性铅镇合金材料包括W下重量百分比的成分： Cu 0.3-0. 5%，Mg 3. 6-5. 5%，Si 0.2-0. 23%，Zn 0.03-0. 05%，Fe 0.01-0. 02%，Mn 0. 3-0. 5 %，Ti 0. 23 %，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。
3. 根据权利要求1所述的轮胎模具用高初性铅镇合金材料，其特征在于，所述轮胎模 具用高初性铅镇合金材料包括W下重量百分比的成分：化0.3%，Mg 3. 7%，Si 0.23%， 化 0. 03 %，化 0. 01 %，Mn 0. 3 %，Ti 0. 2 %，Cr 0. 006 %，Zr 0. 05 %，Sm 0. 05 %，Nd 0. 05%，Y 0. 05%，余量为 Al。
4. 根据权利要求1或2所述的轮胎模具用高初性铅镇合金材料，其特征在于，所述轮胎 模具用高初性铅镇合金材料包括W下重量百分比的成分： Cu 0.4%, Mg 4%, Si 0.22%, Zn 0.03%, Fe 0.015%，Mn 0.：M%，Ti 0.23%, Cr 0. 009%，Zr 0. l%，Sm 0.06%，Nd 0.06%，Y 0.056%，余量为 Al。
5. 根据权利要求1所述的轮胎模具用高初性铅镇合金材料，其特征在于，所述轮胎模 具用高初性铅镇合金材料包括W下重量百分比的成分： Cu 0. 5%, Mg 5. 5%, Si 0. 23%, Zn 0. 05%, Fe 0. 02%，Mn 0. 5%，Ti 0. 25%, Cr 0. 02%，Zr 0.08%，Sm 0.05%，Nd 0.06%，Y 0.05%，余量为 Al。
【专利摘要】本发明公开了一种轮胎模具用高韧性铝镁合金材料，与现有技术相比，本发明通过严格控制Cu、Mg、Ti的含量配比，Cu0.3-0.5％，Mg3.6-5.5％，Ti0.2-0.25％，使得铝镁合金的伸长率达到14-16％,并且加入的稀土元素提高了铝镁合金的机械性能和抗腐蚀性能，使用本发明提供的镁铝合金制作轮胎模具，延伸率高，提高了轮胎模具的使用寿命，节约成本。
【IPC分类】C22C21-08
【公开号】CN104532083
【申请号】CN201510047551
【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22日
【申请日】2015年1月27日