低压铸造铝合金轮毂T4热处理工艺探索

文章阐述了T4热处理工艺对合金性能的影响,及组织的变化

Vo . 1 No 1 13 . 0O c.2 0 t 01

铸造技术F0UNDRY CHNOLOGY TE

低压铸造铝合金轮毂 T 4热处理工艺探索刘宏磊，许斌，绍川姬(中信戴卡轮毂集团，河北秦皇岛 O 6 O ) 6 O 3摘要：通过对低压铸造铝合金轮毂进行固溶处理后分别进行人工时效、自然时效 2 、 4 h自然时效 4 8 h后各部位进行力学性能检测，分别对经过涂装后的成品进行力学性能检测和对比分析，索低压铸造铝合金轮毂的 T再探 4热处理工艺。试验表明， 4 T (自然时效 4 )处理比 T6热处理的屈服强度降低了 2 ~ 3 、 8h热 O O抗拉强度降低了 5~ 1 、度降低了 1 ~ 2 , O硬 O O伸

长率提高了 7~ 10,经过涂装烘箱烘烤后合金的抗拉强度、服强度、度均有所提高，长率有所下降。就满足客 O 0但屈硬伸户的力学要求而言， 4自然时效 2 )处理后比 T6热处理更能满足客户的要求。 T( 4h热关键词：合金；毂；铝轮 T4热处理； T6热处理；学性能力中图分类号： TG2 9 2 4 .文献标识码： A文章编号：0 08 6 (0 0 1 3 10 1 0—3 5 2 1 )0 11 3

T4 He eat e oc atTr m nt Pr ess ofA l i um num I h AIoy W eel by L ow es Pr sur e. stng e Di ca iLI Ho -e,XU n,3IS o c a U ng l i Bi ha - hu n

( T C DI AS CI I C TAL W HE EL GROUP, n d o0 6 0 Ch n ) Qi g a 6 0 3, ia Abs r c Af O p e s r i a t g A3 6. lm iu a l y wh l r o i o u i n tea me t t a t: t lW r s u e d e c s i 5 2 a u n m l ee s a e s l s lto r t n, er n o dt e e p c iel t ii la n h nrs e t v y aric a gig, n t r gig f r2 o r,n t r gig f 8 h u s f a u al a n o 4 h u s a u al a n

or4 o r .Te t g t e s i h n m e h ia p o eri s f a h ar, a d h r p tv l t tn m e h nia pr e t o t e c anc l r p te o e c p t n t en es ec ie y es ig c a c l op ri es f h

f ih d pr d c .St d h e ec i n a d c mp at e a ay i ise o u t n u y t e d t to n o ar i n ls s,an h wed:T4( a u ala ig f r v dso n t r g n o

4 o r )c mp rd wi 6 h a r ame t il te g h i lwe 0~ 3%,t n i te g hi 8 h us o a e t T e t e t n,yed sr n t h t so r% 2 0 e sl sr n t s eI wer5~ 1 o 0% a d h d e s i o n ar n s S lwer 1 0%~ 20%,el g to S h g e 0%~ 1 0%,b tp s e on a in i i h r7 0 u a s dp n k n v n, t e a l y t n i te g h, y e d s r n h a d h d e s w er i er eln a in aitba ig o e h l e sl sr n t o e i l te gt n ar n s e hgh, o g t o

d c ie e l d.To mee u t me eq i n tc s o rr u r eme t n t ms o n s i er fmec a i s,T4( a u a gig f 4 h u s h n h nc n t r l n 2 o r )t a a orT e r t e ta e b ter 6 h attea m n r e t .

Key w or s: u iu a ly;W h l d Alm n m l o ee s;T e tte t 4 h a r a men;T6 h ttea men;Mec a i a op ri t ea r t t h nc l pr e t es

市场需求能源、环境和安全是当今世界各国极为关注的 3问题，车工业的发展同这 3大问题密切相大汽关。随着现代汽车节能降耗要求的不断高涨，全和环安保法规 E趋严格， l汽车轻量化的要求更为迫切。铝合金

和应用方面虽然已经初具规模，铝合金轮毂生产数量在

上可谓大

国，但生产水平上并非强国。就铸造而言，]国内铝合金轮毂的主要铸造工艺为：力铸造、属型压金铸造、压铸造和低压铸造，挤而且低压铸造铝合金轮毂的产量约占铝合金轮毂总产量的 4[。 O 5]

质量轻、强度高、成形性好、价格适中、回收率高，降低对

汽车自重、少油耗、轻环境污染与改善操作性能等减减有着重大意义，已成为汽车工业的首选材料口。铝合金]轮毂以提高了行车的舒适性、安全性、观、油等独特美节的优点_, 2在轿车上应用日益广泛。而汽车轻量化对铝]合金轮毂品质提出了极高的要求 _。汽车轻量化技术 3]

国内外不同的汽车厂家对铝合金轮毂的力学性能

要求各不相同，量要求十分苛刻。为了满足汽车厂质家对铝合金轮毂力学性能的要求，必要对铝合金轮有毂的热处理工艺进行探索研究。Al i—— S Mg合金热处理方法有多种， T1 T4 T5 T如、、、 6及 T7处理。 T 4处

的发展，使轮毂的制造技术水平得到了很大提高，时同也向其提出更高的质量要求。国内在铝合金轮毂生产收稿日期： 0 0 0— 9 2 1— 20;修订日期： 0 0 0— 1 2 1 3 2

理是固溶处理，热至固相线附近，强化相溶入 o加使： ( ),入冷却介质中获得过饱和的 a AI固溶体， A1中淬 ( ) 提高合金的强度和塑性 _。T 6] 6处理是固溶处理后完

作者简介：宏磊 ( 9 5 )河北沧州人，刘 1 7一，工程师 .要从事铝合金轮毂主的制造技术工作.Ema l lu h n li 1 6 C N i:i o ge@ 2 . O_

全人工时效，工时效时间取强度峰值段，件可获得人铸最大的抗拉强度，性则有所下降。目前行业工厂塑]铝合金轮毂 T 6处理工艺规范为：固溶处理 ( 3 5 5±

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5 )℃,保温 3 ,~4h淬火介质为水，温度 6 o℃,淬火转移时间小于 1; 5S时效处理 ( 6 -5 1 5} )℃,温 3 4h -保~ 以上。具体工艺视工厂零件大小、尺寸及热处理设备不同而作适当调整

。顾红等研究认为L: A3 6 2] 8对] 5 .铝合金热处理，用 (4采 5 0± 5 )℃//淬 ( 0 9h水 6~10 0 )℃固溶处理， 6~ 10℃//冷时效处理得 10 8 4h空

析出范围；②在淬火介质中需快速通过最快析出的范围。为了有效达到这两项要求，实用上须限制延迟时

间的计算，以空气打开至全部工件浸入淬火介质为止。 Al i—~ S Mg铝合金固溶处理后，件通常在水中淬火，铸淬火的目的是抑制 MgS平衡相在冷却过程中析出， i 使其 Mg S及溶质原子留在固溶体中，、i以期在低温时

到较好的综合性能。T 6处理也是铸造铝合金轮毂最常用的热处理方式，因为热处理固溶时有较大量的微细 MgS析出而得到较强的组织，出相对硬化的影。i析

得到最大过饱和度的固溶体。淬火液及淬火时间是影响此步骤的两个因素，淬火液一定要有足够的能力来带走铸件上热量，以产生最快的冷却速率，因为愈快的冷却速率愈能使 Mg S保留在固溶体中， i以获得最大

响都很大。但顾红等同时认为_: 8时效温度对合金强]度的影响也很大。所以必需谨慎地选择热处理工艺，如果热处理的工艺选取不当，能造成材料性能的损可

强度。但淬火冷却速度亦不能无限制的快。淬火条件对 A3 6合金的影响情形为， 5冲击韧度、长率及抗拉伸强度随淬火温度及淬火延迟时间的增加而降低，就也是说，在较快的淬火速率 (低的淬火介质温度或热传较导较佳的淬火介质 )可得到较大的伸长率及冲击韧度。 另外，了确保 Mg S在时效处理时能够分布均匀，为 i 因此我公司铸件出炉后，需在 3 0S内淬火，温控制水在 6￣8 0 0℃。1 3 .时效处理

失，而无法符合设计上的要求，欲发挥材料的最佳状故况，于除 T6热处理外的其它工艺进行探索研究。对研究表明， 4热处理较 T6热处理轮毂的强度和硬度 T

低，伸长率高；但就美国通用的一款产品的试验来看， 经T 4热处理后的产品更能满足客户要求。1 A3 6 2铝合金轮毂热处理概述 5.1 1固溶处理 .

此阶段将轮毂铸

件升温到固溶线以上的单相区域，溶质全部溶入 a体中，使基而成为单一固溶相。所选取的温度不得超过共晶温度。在固溶温度的上限之内，度取的越高，原子扩散速度愈快，温其溶质溶入 a 基体中愈完全，饱和析出的量也就愈大。A卜— i过 MgS

此阶段是将淬火后所得的过饱和固溶体置于恒温中，其逐渐析出二次相而造成性能上的变化，使包括强度、度、性、长率、硬韧伸疲劳强度、腐蚀性、抗耐应力腐蚀性、电性等。依时效处理温度的不同可分为自然导时效与人工时效，实施时效时，着时间的增加，金随合内部的组织会发生改变，引起物理、学及力学性能而化的变化。若是引起硬度或强度的显著增加，称之为可

合金之 T 6处理程序中的固溶处理，主要目的是为其了要溶解铸造时析出的粗大 Mg S、铸件均质化及 i使改变共晶 s形状。李建国等研究认为L,响力学性 i 9影 能的主要因素是 s相和 MgS相。李润霞等研究认 i。i为[:固溶处理过程中，晶硅形貌的显著改变， 1在 共也是铝合金得到强化的另一个主要原因。所以固溶温度

时效硬化。人工时效的变数通常为温度与时间的配合，由于每种性质的最佳处理温度与时间均有差异。 故除非有特殊需求，用上是选择一些重要性能之最实佳组合为考虑因素。1 3 1自然时效 . .

要接近共晶温度，不得超过，但以避免晶界溶解，而造

成力学性能的降低。我公司固溶温度为 5 8 3±5℃。而在决定固溶处理时间时，需要足以让溶质原子全则

将淬火后之铸件保持室温一段时间，为自然时称效。其影响为硬度、服强度随自然时效时间的增加屈

部溶入 a体，基因而有其最短时问性的限制，时间如果太长则会造成晶粒过度成长并且浪费能源。我公司热处理固溶时间为 5h 。1 2淬火 .

而降低，但伸长率及冲击韧度会逐渐增加。尤其含高镁( ) Mg的合金，现象更明显。自然时效的影响通常此以前面 3h的影响最大。 1 3 2人工时效 ..

此阶段是将固溶处理后之单一固溶相淬火到固溶

人工时效处理对 S粒子的

形状与组织无关，人 i

线以下的温度，而得到过饱和固溶体。但是为了得到最大的析出量 (即最佳析出硬化效果 )冷却速率应够，快，其需避免析出最快的温度范围，在此温度范围尤若的时间过长，则会造成粗大的平衡相析出。它们非但

工时效的目的是促使饱和固溶体中的溶质析出。Al—S— i Mg合金的析出程序如下：初的析出是针状再成最

长成棒状的—。 i其主要强化相为棒状的 p Mg S,—Mg S。时效处理的温度及时间是影响析出性质的两。i个主素。其抗拉及屈服强度随时效温度的增加而提

没有强化作用，且使得基地过饱和度减小，而降低了之后人工时效析出硬化的效果。因此淬火有两项要求：

升，但伸长率及冲击韧度却会随时效温度的增加而减低。有关研究也表明[铝合金时效除了析出过渡相 1:

①从炉中移至淬火液，避免在空气中冷却至最快的需

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《造技术 M O 2 1铸/00

刘宏磊等：压铸造铝合金轮毂 T4热处理工艺探索低

0和 J外，有过剩的硅质点析出，随着时间的延 3还，,而长，质点的长大很快，硅加速了铝合金的过时效。据相

缘抗拉强度≥ 2 0MP,轮缘伸长率≥ 7。分别 1 a外%经 T6 5 8℃×5 h (3 固溶+ 1 5℃×3 h时效 )处 4 热理、 (3 T4 5 8℃×5h 固溶+2 自然时效 )处理、 4h热

关研究口多级人工时效使 A3 6 2铝合金的抗拉强 : 5.度、服强度、度有不同程度的提高，长率则明显屈硬伸下降。根据文献， 1 0℃时效 6h可得到最佳强度，于 8

T (3 4 5 8℃×5h固溶+4 8h自然时效 )处理。并热分别在轮辐、缘及轮心部位取样进行力学性能测轮

而在 1 0℃时效 4h可得到最佳的伸长率。因而我公 4司的时效温度为 1 8 3±5℃。 2试验过程

试。随后将轮毂再分别进行喷涂，涂烘烤工艺喷为：粉烘烤 1 0℃× 4 n色漆烘烤 1 0℃×底 6 5mi、 4 4 n亮粉 1 0℃× 6 i,分别切取轮辐、 5mi、 8 0r n再 a轮缘及轮心部位取样进行力学性能测

试。最后对数据进行统计分析。3试验结果

为研究 T4热处理工艺对低压铸造 A3 6 2铝 5.合金轮毂力学性能的影响，及成品力学性能的情以况，们选取一款美国通用产品进行试验，产品我该力学性能要求为外轮缘屈服强度≥ 1 0 MP、轮 a外 3

试验数据见表 1。

表 1试验数据Ta . Te t g d t b1 si aa n

4数据比较分析及结论

[]杨映芬，洪亮 .合金汽车轮毂的市场需求及发展趋势 3齐铝

( )A3 6 2 1 5 .铝合金轮毂经 T ( 4自然时效 4 ) 8h热处理后比 T热处理后屈服强度降低了 2 ~3%、拉 6 0 0抗强度降低了 5~ 1%、度降低了 1~2,长 O硬 0 0伸率提高了 7 0 10 O O。相比 2 4h自然时效和 4 8h自

E]有色金属设计，9 9 () 6—5 J. 1 9,1:46 . []邢志嫒，进华，立群， .车铝合金轮毂铸造的发展 4王候等汽[] J .特种铸造及有色合金，0 9 (铸专刊 ) 1 21 3 2 0,压：0—0 .[ 3张元士， 5顾新 .国摩托车铝合金车轮整体铸造的发展中与展望 E] J.特种铸造及有色合金，0 2 ( )2一1 2 0,1:o2 .

然时效，屈服强度和抗拉强度差异并不明显， 2 但 4h自然时效比 4 8h自然时效硬度要高，长率要低。伸 ( )就美国通用这款产品而言， 5 . 2 A3 6 2铝合金轮毂经 T 4处理并经过 2 自然时效后再加工喷涂更 4h易满足客户的力学性能要求，自然时效时间要严格但

E 3陆文华，隆盛，良余 .铸造合金及其熔炼 E,京： 6李黄 M3北机械工业出版社 . 0 2 20.

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[3顾 8

红，卫东，建民， .低压铸造对 Z I I合金力黄曾等 L OA

控制，则要在产品机械加工过程中由于硬度低，钻否在螺栓孔时有粘刀或表面发白的现象。 ( )A362 3 5.铝合金轮毂在经过喷涂烘烤后，服强屈

学性能的改善[]特种铸造及有色合金，0 3 (铸专 J. 20,压

刊 ) 1 2 1 3:6—6 .

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度、抗拉强度和硬度有明显的提高，伸长率有明显的降低。参考文献

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