低压铸造铝合金车轮的分级时效热处理工艺

第20卷第4期2014年8月

江苏理工学院学

报

Vol．20，No．4Aug．，2014

收稿日期：2014－03－10

基金项目：江苏理工学院研究生科技创新创业训练项目（YJSK13010）

作者简介：于小健（1988－），男，江苏宿迁人，硕士研究生，主要从事铸造铝合金的研究；卢雅琳（1967－），女，陕西宝

鸡人，教授，博士，主要从事铸造、半固态成形等技术研究。

低压铸造铝合金车轮的分级时效热处理工艺

于小健1，卢雅琳1，胡因行2

，李

萍

2

（1．江苏理工学院，江苏常州213001；2．江苏凯特汽车部件有限公司，江苏常州213001）

摘要：针对目前传统热处理工艺产品高消耗、高成本、且力学性能较差等问题，并考虑低压铸造ZL101铝合金

车轮经过机械加工后的表面处理工序（喷漆和烘烤），探索出一种新的铝合金车轮分级时效热处理工艺。将热处理工艺分为固熔、

初级时效、再时效即喷漆烘烤三个工序。固熔温度540ʃ5ħ，固熔时间250 290min ；初级时效温度130ʃ5ħ，时效时间60 90min ；喷漆烘烤温度170 200ħ，喷漆烘烤时间60 80min 。结果表明，将铝合金车轮表面喷漆烘烤作为热处理再时效工艺，不仅降低了能耗和生产成本，同时铝车轮强度和韧性达到理想的状态，抗拉强度、屈服强度、延伸率明显提高。关键词：低压铸造；ZL101铝合金；分级时效热处理中图分类号：TG166．3

文献标识码：A

文章编号：2095－7394（2014）04－0022－05

0引言

随着汽车工业的发展，对汽车轻量化的要求越来越高，使得铝合金轮毂的应用也越来越多

［1－4］

。车轮是车辆行驶中重要的安全部件，要求有较高强度、优良的冲击韧性和良好的耐疲劳性，因此对其生产提出了较高的要求

［5］

。目前ZL101铝合金材料是制造汽车铝车轮的主要材料，该合金的铸造性能优良，流动性好，

线收缩小，热裂倾向低，气密性好，稍有产生气孔和缩孔的倾向［6－7］

。ZL101合金材料一般要经过熔化、精炼

并添加镁、锶、钛等元素经变质细化处理，再经热处理才能达到铝车轮的强度和韧性的要求［8－10］

。

目前，我国铝车轮行业在变质细化方面已达到较高的水平，但热处理仍然采用传统工艺，即采用固熔和时效两个工序，固熔温度530ʃ5ħ，时间360 420min ；时效温度150ʃ155ħ，时间240 300min 。这种方法不仅能耗高、成本高，而且未考虑铝合金车轮经过机械加工后的表面处理过程，因为铝合金车轮在表面处理过程会因喷漆烘烤使产品强度提高、

韧性下降，因此传统的热处理工艺不仅能耗和成本高，而且产品的力学性能差。本实验对传统热处理工艺进行优化，考虑了喷漆烘烤工艺对材料力学性能的影响，提供一种低能耗，高工效，可替代传统工艺的短时热处理工艺，并确保合金的微观组织，室温拉伸力学性能达到国家标准规定的T6处理工艺水平，旨在缩短生产周期，降低成本，对企业生产具有一定的指导意义。

1

实验

1．1

实验材料

本实验用料由江苏凯特汽车部件有限公司提供，批量生产的锶变质的ZL101铸态铝合金轮毂，光谱

第4期于小健卢雅琳胡因行等：低压铸造铝合金车轮的分级时效热处理工艺

分析材料成分如表1所示。

表1ZL101铝合金的化学成分（质量分数W%）

化学成分Si Mg Mn Fe Ti B Sr Al

W%7．20000．3000＜0．00500．13830．1255＜0．05000．0135其余

1．2实验方法及设备

将批量生产的合格的铸态铝合金轮毂试样，置于SX2－4－10电阻炉中进行固溶时效处理，炉温波动控制在ʃ3ħ；产品经机械加工后进行喷漆烘烤即再时效处理；然后做13ʎ冲击实验；按GB/T228－2002《金属材料室温拉伸试验方法》线切割加工成矩形标准试样，试样在WDW电子万能材料力学拉伸机上进行，拉伸速度3mm/min；将拉伸过后的试样边缘制成金相试样，进行清洗以去除污垢、油膜，用0．5% HF酸水溶液在室温下浸蚀20s，采用GY－5000金相显微镜对各处理试样的显微组织进行观察；再将金相试样在维氏硬度计测试硬度，载荷为10Kgf，保持时间为30s，每个试样测三点，取其平均值和分析。1．3工艺方案

实验工艺流程：上料→进固熔炉→固熔处理→出固熔炉→淬火→进时效炉→初级时效处理→出时效炉→机加工→再时效处理即喷漆烘烤→粉体烘烤→底漆与罩光漆烘烤→出炉。

本实验分级时效热处理工艺如表2所示，具体为：产品上料后首先进固熔炉进行固熔处理；固熔处理分为升温和保温，固熔时间250 290min，其中固熔升温时间为40 50min，固熔保温时间为210 240min，固熔保温温度540ʃ5ħ，固熔过程中循环风速12m3/s以上；出固熔炉淬火处理，淬火转移时间小于15s，淬火水温55ħ 65ħ，淬火时间为3 3．5min；产品经整形后进时效炉，进行初级时效处理，初级时效时间60 90min，其中初级时效升温时间20 30min，初级时效保温时间40 60min，初级时效温度130ʃ5ħ；出时效炉；产品经机械加工后进入表面处理工序，进行喷漆烘烤即再时效处理；在喷漆烘烤中温度为170 200ħ，喷漆烘烤时间60 80min，其中粉体烘烤温度为190 200ħ，烘烤时间为30 40min ；底漆与罩光漆烘烤温度170 180ħ，烘烤时间为30 40min，然后出炉冷却。作为对比试验，传统热处理工艺即采用固熔和时效两个程序，工艺为固熔温度530 535ħ，固熔时间360 420min；淬火转移时间小于15s，淬火水温55ħ 65ħ；时效温度150 155ħ，时效时间240 300min。

表2ZL101铝合金车轮分级时效热处理工艺

固溶处理淬火时效处理再时效处理（喷漆烘烤）温度/ħ时间/min温度/ħ时间/min温度/ħ时间/min温度/ħ时间/min 540ʃ5250 29055 653 3．5130ʃ560 90170 20060 80

2结果与分析

2．1力学性能测试结果与分析

在轮毂不同位置取样，分别进行传统时效和分级时效热处理，处理后的材料力学性能对比如表3所示。

表3分级时效与传统时效工艺下材料的力学性能

工艺类型取样位置抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率%硬度/HBS评判

分级时效热处理工艺轮缘281．9222．311．976

轮辐265．6197．14．280

符合标准要求

传统热处理工艺轮缘284．3190．27．396

轮辐262．4179．93．5104

符合标准要求

从表3中可以看出，不论是轮缘还是轮辐，采用分级时效热处理工艺后，材料屈服强度和延伸率大幅

32