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谈汽车轮毂铝合金热处理工艺的优化

2019/09/10 阅读:

摘要:汽车轮毂作为汽车行驶部件之一,轮毂的性能也对汽车安全行驶起到决定性作用。文章对汽车铝合金轮毂特性进行概述,并对铝合金轮毂热处理工艺进行分析,通过固溶处理和时效处理两方面对轮毂热处理机理进行分析,并通过试验得出铝合金轮毂在特定温度、恒温时间和时效时间下的最佳性能。

关键词:汽车轮毂;新型铝合金;热处理工艺

引言

当前经济社会的不断发展,汽车作为交通工具之一,其轮毂性能质量对汽车的舒适度、安全性能具有一定影响。在新型铝合金材质的生产下,其与传统的钢制轮毂相比,导热性能和质量均超出钢制轮毂,同时具有良好的吸震能力,且通过热处理工艺可有效加强铝合金材料的强度和硬度等,可有效增强铝合金轮毂的使用寿命。

1汽车铝合金轮毂特性概述

汽车轮毂作为一种旋转型零件,对汽车的轮轴起到连接作用,以保证汽车可正常行驶,在技术的不断优化下,当前轮毂已成为功能型零件,起到承载重量、动力传输、散热等作用。为保证汽车行驶的安全性能,轮毂作为承受部件,应具备高强度、高精度和轻质等性能,进而提升汽车的稳定性。在材料和技术的支持下,铝合金材质轮毂的出现,以其质量优势、强度优势等在部分实行领域中替代传统的钢制轮毂,汽车通过铝合金轮毂的使用,可提升汽车驾驶的舒适性。

2铝合金轮毂热处理工艺

铝合金在初期铸造过程中,其内部应力和稳定性较差,未能满足汽车的驾驶需求,需通过热处理工艺对铝合金进行加工,提升铝合金部件的力学性能,以满足汽车不同状态下的驾驶形态。铝合金轮毂通过热加工处理,可提升材质的硬度、抗拉强度等,在温度的合理控制下,保证铝合金材质的失塑性不受影响,进而提升铝合金的安全性能。同时经过温度的加热可清除材质加工过程中的多余内应力,并可材质进行均匀性受力,以保证相变过程中的产生的作用力与之相抵消,热处理工艺也可对微观粒子的特性进行优化,避免材质产生区域性偏析组织。

3铝合金轮毂热处理机理工艺探讨

3.1固溶处理

固溶处理作为铝合金轮毂的热处理方式之一,其是将铝合金材料进行加热,直至温度达到高温单相区,并保持此恒温状态,使合金材料中包含的溶质元素进行溶解,对固液体进行元素填充,使固溶状态下材料所含有元素达到饱和状态。合金材料在进行加热过程中,合金液体当达到温度临界点时,将产生共晶反应,在温度的变化下,易产生晶体混合物,在恒温控制下,可使合金内元素充分反应,使其均匀散布到材料中,使其生成致密晶体,进而提升合金材料坚固性。在进行固溶处理时,合金材料所包含元素的溶解效率与温度的升高呈正比,为保证一定温度下的最高溶解度,应依据合金材料属性,对温度进行合理操控,进而提升能源的利用率。当铝合金中含有硅元素和镁元素时,其固性温度的范围在570~690℃之间,为避免热处理工艺温度过高发生烧穿的现象,应将固溶温度控制在570℃之内。而在进行6101铝合金热处理时,可对温度进行提升,其在590℃时也可进行正常工作,但在进行短时间加工时,相对于硅镁元素合金对热处理工艺需求较高。热处理工艺中的固溶强化可提升合金材质强度,其是将合金元素的进行饱和度融合,在温度的影响下,使合金材料内部晶格的容纳性增加,通过合金元素注入到晶格中,在体积不变的情况下,使晶格的空间位置发生错变,晶格错变过程中将产生内应力与其空间内作用力产生交集,材料内部的溶质原子将产生空间作用力来防止晶格产生错变现象,在晶格与溶质原子之间的作用力下,使材料内部的性能得到增强。淬火处理是将固溶材料进行相位淬火,将固溶温度淬炼到固溶温度基线以下,进而使合金材料具有过饱和形态,同时应将淬火时间控制在一定范围内,防止材料的析出量包含超出一定范围的平衡相,进而降低材料基体的饱和度,增加时效处理的难度。

3.2时效处理

当固液材料在恒温条件或者室温自然冷却下,材料的硬度、钢性等将逐渐增强,当材料温度与室温相一致时,此时材料的硬度和钢性将达到最大值,但同时材料的塑性也随之降低,其形变量程度在冷却到室温条件下降将降到最低,此过程为时效强化过程。铝合金材料在进行热处理时,其主要变现为固溶性材质的饱和及分解的过程应,一般以基体共格区、过渡相、平衡相为主,在固溶阶段,合金材料内部的晶体以球状融合的方式,按照相位进行生长,在时间维度的作用下,晶体与材料基体形成过渡相,此时两者以共格的方式存在于相位中。铝合金材质在恒温状态下完成固溶材料的分解过程时,其相位状态的转变具有一定的逻辑性,在特定的温度和时间维度下,铝合金材料的溶解性具有较大差异。因此在进行时效强化处理时,一般将温度控制在90℃以下,依据温度可分为自然时效和人工时效,自然时效,是指在室温条件下进行冷却,以保证材料的屈服强度、硬度、钢性等达到最大,一般情况下,自然时效的最大影响范围以材料置于室温条件下的3.5h之内效果最大。人工时效与自然时效相一致,以单级处理为主,但经过单次处理,材料内部组织稳定性较低,因此依据材料特性可进行多次时效处理,以提升铝合金材料的性能。

4汽车轮毂新型铝合金热处理工艺优化研究

4.1固溶热处理工艺

A356铝合金是汽车轮毂常见的材料之一,其具有质量轻、硬度高、强度大等特性,当A356铝合金材料中加入锰元素(Mg)进行热处理强化时,通过固溶热处理可将铝合金材料中的硅锰元素融合到固溶材料中,在淬火冷却过程中,使高温状态下固溶材料可进行饱和溶解。为保证铝合金固溶材料的温度为恒定值,且需与材料的固相温度相符,当两者温度维度相重叠时,此时固溶效果最优。但此过程中,应严格控制温度,令其低于元素的固相温度,防止烧穿现象的产生。同时为保证材料的强化强度,需对其进行时间段内的温控分析,通过温度与时间的测量,对铝合金材料的硬度及强度进行分析。本次实验以520℃、525℃、530℃、535℃为固溶温度,并将固溶恒温时间分别设置为2.5h、3.5h、4.5h、5.5h,水温度控制在70℃~80℃。整体试样编号如表1所示。在进行轮毂热处理时,应按照编号对其进行编排,并平放在置物架上,将时间和产品规格进行备注,同时工作人员应依据轮毂的摆放位置,进行信息批注,保证结果的完整性。工作人员进行具体操作时,应确保实验样品的添加顺序,且应对温度进行校对,严格规划好时间,使铝合金轮毂在恒温条件下进行试验,同时在进行淬火时,应注意温度与水位的控制,使介质可充分与材料发生反应。在将1号样品放入到炉内时,应保证炉内无任何杂质,且时间显示器为0,当温度达到设定温度时,将2.3.4号试验样品依次放到恒温区域内,当时间达到2号试验样品的额定时间时,将3.4号进入下一循环,以此类推。为保证材料内的相液在空间维度内呈最大值,应对试验样品进行淬火处理,此时将水体温度维持在70℃,并保证材料的出炉与入水时间小于25s,同时应在恒温水体中放入180s,以保证此时的性能达到最大。

4.2时效热处理工艺

时效热处理作为材料内部相位的转变过程,通过溶质原子与晶格之间的作用力,在溶质原子的离散型扩散下,使材料基体可进行高密度分散。在过渡相的作用下,通过共格状态的形成可实现铝合金材料的强化相,在平衡相状态下,与外界温度有关,此时不共格的形式使相体作用降低。由此可知,在不同工艺的时效处理下,析出相的值量也具有较大差异,对材料之间的影响较大。因此可对材料进行时效温度、恒温时间等两方面的探讨,将温度分别控制在135℃、145℃、155℃、165℃、175℃、185℃,并将保温时间分别设定为1.5h、2.5h、3.5h、4.5h、5.5h,且每组温度和时间试样样品为5组,此时将温度在530℃,恒温时间为4.5h下的铝合金材料进行试验,并对材料进行拉伸测试,以得出铝合金材料的硬度和强度范围。通过试验表明,铝合金材料在低温时效下,抗拉力在持续温度下,先增强后减弱,且在3.5h时达到峰值,铝合金材料的硬度与延展率与时效时间呈反比,且在155℃温控时间在3.5h之内为最佳强度。

5结语

综上所述,文章对汽车铝合金轮毂的特性及处理工艺进行分析,并从固溶处理和时效处理两方面对铝合金热处理工艺进行研究。以温度和时间对铝合金材料进行分段试验,从内部结构变化对实际影响效果进行比对,通过试验结果得出最佳处理节点,以保证铝合金轮毂性能达到最大化。

参考文献

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[3]周鹏.铝合金轮毂低压铸造模具热变形补偿技术研究及应用[D].燕山大学,2015.

作者:李爱娜 单位:阳江职业技术学院

谈汽车轮毂铝合金热处理工艺的优化

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