專利名稱：高強(qiáng)度鋁合金車輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)動(dòng)車輛的車輪制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)度鋁合金車輪。
背景技術(shù)：
車輪主要是由輪輞和輪輻組成，其可通過如鑄造、鍛造等工藝一次成形，也可通過如焊接、機(jī)械鎖緊等工藝把輪輞和輪輻等連在一起制作而成。車輪是機(jī)動(dòng)車輛的重要安全部件之一，除了要求其要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度外，還要求其具有高的耐腐蝕性以及良好的表面耐磨損性以應(yīng)付各種惡劣的行駛環(huán)境如與海水接觸以及如受高速砂礫碰擊等。車輪也是機(jī)動(dòng)車輛的重要傳動(dòng)部件，要求其質(zhì)量要盡可能的輕，輕質(zhì)車輪除了具有廣為熟知的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)外，還具有加速快、剎車快和易于操控等優(yōu)點(diǎn)；原因是越輕的車輪，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣性越小，機(jī)車的提速和剎車就越快，同時(shí)車輪對機(jī)車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的響應(yīng)也越靈敏。因而，高強(qiáng)度、質(zhì)量輕、高耐蝕性以及高表面耐磨損性是許多高品質(zhì)車輪必備的特性。目前常用的機(jī)車車輪主要有鋼制車輪和鋁合金車輪，大型客車和貨運(yùn)車以鋼制車輪為主，而大部分小轎車使用鋁合金車輪。相對于鋼制車輪，鋁合金車輪具有質(zhì)輕、散熱好及耐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，目前常用的鋁合金車輪材料有鑄造鋁合金A356和A357以及變形鋁合金6061和6082等；這些常用的鋁合金材料都有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是具有較強(qiáng)的耐蝕性， 但其抗拉強(qiáng)度一般都不超過350Mpa，不如一些常用的高強(qiáng)鑄造鋁合金如A319，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到450Mpa以上；也不如一些高強(qiáng)變形鋁合金如2014和7075等，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到 500Mpa以上。通過分析這些常用的鋁合金車輪材料，可以發(fā)現(xiàn)這些的鋁合金材料都只以Mg 為主要強(qiáng)化合金元素而不含或只含很少量的Cu合金元素；然而Cu和Mg兩者都是大部分鋁合金的重要強(qiáng)化元素，尤其是Cu，具有極強(qiáng)的固溶和時(shí)效強(qiáng)化作用，可以大幅度提高許多鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度；但Cu合金元素同時(shí)也降低了鋁合金的抗腐蝕性能，因此為了滿足車輪的苛刻的使用環(huán)境要求，目前現(xiàn)有的鋁合金車輪材料都不含或只含少量的Cu合金元素，這極大地限制鋁合金車輪的機(jī)械強(qiáng)度極限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)械強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，且具有高抗腐蝕性能和高抗表面磨損性能的高強(qiáng)度鋁合金車輪及制造方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高強(qiáng)度鋁合金車輪，包括輪輞和輪輻，所述輪輞和/或輪輻由鋁合金材料制造而成，所述鋁合金材料中Cu元素的質(zhì)量百分含量為大于1 %。所述鋁合金材料中Cu元素的質(zhì)量百分含量優(yōu)選為不少于2%。所述鋁合金材料中Cu元素的質(zhì)量百分含量更優(yōu)選為不少于3%。所述鋁合金材料還可以含有質(zhì)量百分含量為不大于13%的Si元素。所述鋁合金材料還可以含有質(zhì)量百分含量為不大于4%的Mg元素。所述高強(qiáng)度鋁合金車輪的輪輞和/或輪輻優(yōu)選為經(jīng)過表面微弧氧化處理。所述高強(qiáng)度鋁合金車輪優(yōu)選為通過半固態(tài)成形方法成型。
所述高強(qiáng)度鋁合金車輪優(yōu)選為應(yīng)用于行駛車輪的數(shù)量大于4個(gè)的機(jī)動(dòng)車輛。本發(fā)明用于制造高強(qiáng)鋁合金車輪的輪輞和/或輪輻的鋁合金材料含有質(zhì)量百分含量大于1 %的Cu元素，其中包括典型的高強(qiáng)度Al-Cu基合金，如含Cu量為4. 6-5. 3wt%, 中國牌號為ZL205A的鑄造鋁合金，其在T5熱處理狀態(tài)下，抗拉強(qiáng)度可達(dá)440MPa，延伸率可達(dá)7% ；又如含Cu量為3. 9-5. Owt %，牌號為2014的Al-Cu-Mg基變形鋁合金，其在T6熱處理狀態(tài)下，抗拉強(qiáng)度可達(dá)450MPa，延伸率可達(dá)7% ；再如含Cu量為1.2-2. Owt %，牌號為 7075的Al-Zn-Cu-Mg基變形鋁合金，其在T6熱處理狀態(tài)下，抗拉強(qiáng)度可達(dá)MOMPa，延伸率可達(dá)8%。用于制造高強(qiáng)鋁合金車輪的輪輞和/或輪輻的鋁合金材料除含有質(zhì)量百分含量大于的Cu元素外，還可以含有質(zhì)量百分含量為不大于13%的Si元素和質(zhì)量百分含量為不大于4%的Mg元素；Si元素可以改善鋁合金的鑄造性能，同時(shí)Si還可以與Mg反應(yīng)形成Mg2Si強(qiáng)化相以提高鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度；典型的高強(qiáng)度Al-Si-Cu-Mg基合金有如含Cu量為3. 0-4. Owt%，含Si量為5. 5-6. 5wt%，含Mg量為0. 1-0. 35wt%，美國牌號為A319的鑄造鋁合金，其在T6熱處理狀態(tài)下，抗拉強(qiáng)度可達(dá)460MPa，延伸率可達(dá)9%。以上所述的這些高強(qiáng)度鋁合金材料的抗拉強(qiáng)度都遠(yuǎn)高于目前常用的A356、A357 和6061等鋁車輪材料，但由于這些高強(qiáng)度鋁合金材料含有Cu元素，其抗腐蝕性能不如 A356、A357和6061等鋁合金材料。本發(fā)明所采用的進(jìn)一步技術(shù)方案是對所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪的輪輞和/或輪輻進(jìn)行表面微弧氧化處理；所述的表面微弧氧化是指在普通陽極氧化的基礎(chǔ)上，利用弧光放電增強(qiáng)并激活在陽極上發(fā)生的反應(yīng)，從而在所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪工件的表面形成優(yōu)質(zhì)的陶瓷層的方法；其主要原理是通過特定的微弧氧化電源對所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪工件施加高的電壓，使所述的車輪工件表面的金屬與電解液相互作用，并在所述的車輪工件表面產(chǎn)生微弧放電；在微弧氧化過程，所述的車輪工件表面的瞬時(shí)溫度可達(dá)1500攝氏度以上，所述的車輪工件表面的金屬在高溫、電場等因素的作用下會(huì)原位生長成致密的、結(jié)合牢固的以A1203為主的陶瓷層；該陶瓷層可以大幅度地提高所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪的抗腐蝕性能，同時(shí)該陶瓷層也可以大幅度地提高所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪的表面硬度，從而大幅度地增強(qiáng)所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪的表面抗磨損性能；通過采用適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)，對所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪進(jìn)行表面微弧氧化處理可以滿足所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪的抗腐蝕性和抗磨損性等使用環(huán)境要求。本發(fā)明所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪的制作方法可以是如鑄造、鍛造、擠壓、旋壓和滾壓等工藝，其都在本發(fā)明的要求保護(hù)范圍。本發(fā)明進(jìn)一步揭露了一種經(jīng)濟(jì)、高效的制作所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪的方法，即所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪通過半固態(tài)成形方法成型。所述的半固態(tài)成形方法是指使用含有非枝狀晶的所述的高強(qiáng)度鋁合金材料的漿體通過充填、鍛壓和擠壓等工藝制作所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪工件的方法。通過適當(dāng)控制所述的高強(qiáng)度鋁合金材料的半固態(tài)漿體的固相分?jǐn)?shù)，所述的高強(qiáng)度鋁合金的半固態(tài)漿體可具有高的粘度和低的凝固收縮率，從而防止成形時(shí)卷氣形成氣孔和凝固時(shí)形成縮孔；同時(shí)所述的半固態(tài)漿體又具有好的流動(dòng)性可滿足各種形狀的所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪的成形要求；另外，所述的半固態(tài)成形方法可大幅度地降低所述的高強(qiáng)度鋁合金材料的成形熱裂傾向，使本發(fā)明所述的Al-Cu，Al-Zn-Cu-Mg等具有強(qiáng)熱裂傾向的變形高強(qiáng)度鋁合金可直接且高效地成型，從而大幅度地降低所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪的制作成本。本發(fā)明所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪適用于所有的機(jī)動(dòng)車輛，其都在本發(fā)明的要求保護(hù)范圍。鑒于目前大部分的大型機(jī)動(dòng)車輛的車輪還是以鋼制車輪為主，本發(fā)明所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪的重量可比目前常用的鋼制車輪輕50%以上，因此，應(yīng)用本發(fā)明所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪可大幅度地減輕大型機(jī)動(dòng)車輛的車輪的重量，起到明顯的節(jié)能減排的效果。本發(fā)明所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪優(yōu)選為應(yīng)用于行駛車輪的數(shù)量大于4個(gè)的機(jī)動(dòng)車輛， 如客車和貨運(yùn)車等；本發(fā)明所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪的強(qiáng)度可以接近甚至超過目前常用的鋼制車輪的強(qiáng)度，如目前常用的牌號為12LW-GB1U62-89的鋼制車輪材料，其抗拉強(qiáng)度為 355-470MPa。另外，本發(fā)明所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于目前常用的鋼制車輪的導(dǎo)熱系數(shù)，因而，相對于鋼制車輪，所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪可有效地降低行駛車輛的輪胎溫度，從而有效地延長機(jī)動(dòng)車輛輪胎的使用壽命和有效地減少機(jī)動(dòng)車輛的如高溫爆胎和高溫制動(dòng)失效等現(xiàn)象的發(fā)生。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。優(yōu)選實(shí)施例一一種高強(qiáng)度鋁合金車輪的輪輞和/或輪輻是由一種含Cu的高強(qiáng)度鋁合金材料制造而成，所述的鋁合金材料的各化學(xué)元素及其質(zhì)量百分含量為5. 2% Cu,0. l%Fe,0. 4% Mn，0· 35% Ti,0. 2% Cd，0· 15% V,0. 1% Zr，0· 02% B，其余為 Al。使用該鋁合金材料，通過半固態(tài)成形方法成型制作出鋁合金車輪工件，再通過對該鋁合金車輪工件進(jìn)行T5熱處理， 其抗拉強(qiáng)度可達(dá)440MPa，延伸率可達(dá)7 % ；再通過對該鋁合金車輪工件進(jìn)行表面微弧氧化處理，可以在該工件表面原位生長成一層致密的、結(jié)合牢固的和高硬度的陶瓷層，從而大幅度地提高該鋁合金車輪的抗腐蝕性能和抗表面磨損性能，可滿足該高強(qiáng)度鋁合金車輪的使用環(huán)境要求。優(yōu)選實(shí)施例二 一種高強(qiáng)度鋁合金車輪的輪輞和/或輪輻是由一種含Cu的高強(qiáng)度鋁合金材料制造而成，所述的鋁合金材料的各化學(xué)元素及其質(zhì)量百分含量為1. 1% Si,0.2% Fe, 4. 5% Cu，0. 5%Mn,0. 7%Mg,0. 15% Ti，0· 1% Cr,0. 25% Zn 其余為 Al。使用該鋁合金材料，通過半固態(tài)成形方法成型制作出鋁合金車輪工件，再通過對該鋁合金車輪工件進(jìn)行T6熱處理， 其抗拉強(qiáng)度可達(dá)450MPa，延伸率可達(dá)7%以上；再通過對該鋁合金車輪工件進(jìn)行表面微弧氧化處理，可以在該工件表面原位生長成一層致密的、結(jié)合牢固的和高硬度的陶瓷層，從而大幅度地提高該鋁合金車輪的抗腐蝕性能和抗表面磨損性能，可滿足該高強(qiáng)度鋁合金車輪的使用環(huán)境要求。優(yōu)選實(shí)施例三一種高強(qiáng)度鋁合金車輪的輪輞和/或輪輻是由一種含Cu的高強(qiáng)度鋁合金材料制造而成，所述的鋁合金材料的各化學(xué)元素及其質(zhì)量百分含量為0. 3% Si，0. 2% Fe, 1. 7% Cu, 5. 8% Ζη,Ο. 3% Mn, 2. 5% Mg,0. 2% Ti，0· 25% Cr，其余為 Al。使用該鋁合金材料，通過適合的半固態(tài)成形方法成型制作出鋁合金車輪工件，再通過對該鋁合金車輪工件進(jìn)行T6 熱處理，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)MOMPa，延伸率可達(dá)8%以上；再通過對該鋁合金車輪工件進(jìn)行表面微弧氧化處理，可以在該工件表面原位生長成一層致密的、結(jié)合牢固的和高硬度的陶瓷層，從而大幅度地提高該鋁合金車輪的抗腐蝕性能和抗表面磨損性能，可滿足該高強(qiáng)度鋁合金車輪的使用環(huán)境要求。優(yōu)選實(shí)施例四一種高強(qiáng)度鋁合金車輪的輪輞和/或輪輻是由一種含Cu的高強(qiáng)度鋁合金材料制造而成，所述的鋁合金材料的各化學(xué)元素及其質(zhì)量百分含量為6. 15% Si，0. 09% Fe, 3. 91% Cu，0. 02% Μη,Ο. 29% Mg，0. 12% Ti，其余為Al。使用該鋁合金材料，通過半固態(tài)成形方法成型制作出鋁合金車輪工件，再通過對該鋁合金車輪工件進(jìn)行T6熱處理，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)460MPa，延伸率可達(dá)9%以上；再通過對該鋁合金車輪工件進(jìn)行表面微弧氧化處理， 可以在該工件表面原位生長成一層致密的、結(jié)合牢固的和高硬度的陶瓷層，從而大幅度地提高該鋁合金車輪的抗腐蝕性能和抗表面磨損性能，可滿足該高強(qiáng)度鋁合金車輪的使用環(huán)境要求。需要理解到的是以上的優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，在本發(fā)明的構(gòu)思范圍內(nèi)，所進(jìn)行的添加、變換、替換等，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.高強(qiáng)度鋁合金車輪，包括輪輞和輪輻，其特征在于所述輪輞和/或輪輻由鋁合金材料制造而成，所述鋁合金材料中Cu元素的質(zhì)量百分含量為大于1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述鋁合金材料中Cu元素的質(zhì)量百分含量為不少于2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述鋁合金材料中Cu元素的質(zhì)量百分含量為不少于3%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述鋁合金材料含有質(zhì)量百分含量為不大于13%的Si元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述鋁合金材料含有質(zhì)量百分含量為不大于4%的Mg元素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述高強(qiáng)度鋁合金車輪的輪輞和/或輪輻經(jīng)過表面微弧氧化處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述高強(qiáng)度鋁合金車輪的輪輞和/或輪輻經(jīng)過表面微弧氧化處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述高強(qiáng)度鋁合金車輪的輪輞和/或輪輻經(jīng)過表面微弧氧化處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述高強(qiáng)度鋁合金車輪通過半固態(tài)成形方法成型。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述高強(qiáng)度鋁合金車輪通過半固態(tài)成形方法成型。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述高強(qiáng)度鋁合金車輪通過半固態(tài)成形方法成型。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述高強(qiáng)度鋁合金車輪通過半固態(tài)成形方法成型。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述高強(qiáng)度鋁合金車輪應(yīng)用于行駛車輪的數(shù)量大于4個(gè)的機(jī)動(dòng)車輛。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述高強(qiáng)度鋁合金車輪應(yīng)用于行駛車輪的數(shù)量大于4個(gè)的機(jī)動(dòng)車輛。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高強(qiáng)度鋁合金車輪，其特征在于所述高強(qiáng)度鋁合金車輪應(yīng)用于行駛車輪的數(shù)量大于4個(gè)的機(jī)動(dòng)車輛。
全文摘要
高強(qiáng)度鋁合金車輪，包括輪輞和輪輻，所述輪輞和/或輪輻由鋁合金材料制造而成，所述鋁合金材料中Cu元素的質(zhì)量百分含量為大于1％。使用所述的高強(qiáng)度鋁合金材料，并通過半固態(tài)成形方法成型制作出鋁合金車輪工件，再通過對該車輪工件進(jìn)行熱處理，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)440MPa以上，延伸率可達(dá)7％以上；通過對該高強(qiáng)度鋁合金車輪進(jìn)行表面微弧氧化處理，可以在該工件表面原位生長成一層致密的、結(jié)合牢固的和高硬度的陶瓷層，從而大幅度地提高該鋁合金車輪的抗腐蝕性能和抗表面磨損性能，可滿足該高強(qiáng)度鋁合金車輪的使用環(huán)境要求。
文檔編號B60B21/00GK102514444SQ201110428959
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者曹海平, 陳亮 申請人:福建省瑞奧麥特輕金屬有限責(zé)任公司