[01779772]面向汽车零部件应用高强轻质铝合金材料与制造关键技术

本研究设计了多种Al-Si-Mg-Cu-Ti-Sc合金和Al-Si-Mg-Cu-Zr-Sc合金,并对其熔铸工艺、热处理工艺、变形工艺和成型工艺进行了设计,通过场发射扫描电镜与能谱分析、场发射透射电子显微镜、万能试验机等分析手段,研究了不同的合金化及Sc含量对Al-Si铸锻合金的铸态、T6态组织与性能的影响,以及各种成型工艺对合金组织、性能及成形性的影响。得出如下结论： （1）随着Sc含量的增加,合金铸态组织不断细化,逐渐由树枝晶向等轴晶转化。铸态合金的抗拉强度、塑性、硬度都有不同程度的提高,含Sc合金抗拉强度增加了23.4MPa,断后延伸率提高了5.2%,综合力学性能提高明显。针对车轮毂等零部件用轻质高强铝合金而言,较为理想的合金设计为Al-3.0Si-0.45Mg-0.45Cu-0.15Ti-0.2Sc合金和Al-3.0Si-0.45Mg-0.45Cu-0.15Zr-0.2Sc合金。 （2）熔铸工艺宜按以下步骤进行：加入烘干的Al-Si中间合金,后加入纯Al及覆盖剂覆盖在Al-Si合金的上面,随炉升温到750℃,全部熔化后静置并保温20min。将Al-Ti中间合金、Al-Cu中间合金加入到已熔化的合金熔液中,待其全部熔化,静置并保温10min。把铝液温度调至720℃,加入Al-Sc中间合金、Al-Mg中间合金（用铝箔包住压入炉底）,全部熔化后用搅拌棒搅拌,保温静置10min。用扒渣勺将熔液表层的浮渣快速地撇去,撇渣后加精炼剂（六氯乙烷C2Cl6,占总量的0.6%）,精炼除气。加入1#精炼剂并进行二次精炼。静置保温10-20min,除渣,升温到730℃时浇注。浇铸时模具温度为500℃以保证充填充分。 （3）上述合金固溶处理工艺为540℃固溶保温6h,出炉温水淬火。时效处理工艺的确定为160℃时效保温4h,出炉空冷。 （4）摆辗制备的工件金属纤维流动合理,精度高。合理设计轮毂摆碾坯料模型后,采用下列摆碾参数：上模自转速度6rad/s,公转速度5rad/s,下模进给速度10mm/s,上模与工件摩擦系数0.1,下模与工件摩擦系数0.5,第一阶段时间19.4s,第二阶段时间2s。 （5）错距旋压工艺优化后进给比f取 0.9 mm/r,各旋轮减薄率/总减薄率0取33%/50%,旋轮1#、2#、3#压下量△t1、△t2、△t3均取1.67mm, 旋轮1#、2#,2#、3#错距值a12,a23均取2mm。旋压过程中,坯料中间部位出现了塑性应变极大值集中区-应变环,应变分布较均匀,变形以剪切变形为主,轴向晶粒被拉长,呈明显的纤维状;径向晶粒被压扁拉长,但并未出现明显的纤维状组织,晶间的共晶体、合金元素也被拉长,且脆性的夹杂物发生破碎,均匀的分布于晶粒间。轮毂在质量指数由363.05提高到376.2,增长率为3.62%。 结果显示,本研究研发的AlSiMgCuTi（Zr）Sc铝合金材料具有优良的性能,可以用于高强轻质铝合金汽车零部件制备,对于开发高性能的汽车零部件具有重要的意义。