本发明专利技术公开了一种应用于商用车轴头的A357铝合金的液态模锻工艺法，主要包括如下步骤：合金成分优化—熔炼—熔体净化—液态模锻成型—脱模、修边、出孔—热处理强化—机械加工—表面处理。本发明专利技术首先通过优化A357合金中各元素的成分，再配合添加适量的稀土元素Gd、Sm，以及元素Hf，再结合液态模锻工艺制备出车用轴头，通过优化合金的化学成分和熔体净化技术，改善了合金的金相结构，极大的消除了产品中的缩孔、疏松、气孔、裂纹等内部缺陷。轴头产品外观质量明显改善，内部缺陷明显减少，生产效率高，流程短，工艺成本低、节能、环境污染少，经济效益和社会效益明显。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于液态模锻领域，具体涉及一种应用于商用车轴头的A357铝合金的液态模锻工艺法。
技术介绍
轴头是汽车上最重要的安全零件之一，轴头承受着汽车和载物质量作用的压力，受到车辆在起动、制动时动态扭矩的作用，还承受汽车在行驶过程中转弯、凹凸路面、路面障碍物冲击等来自不同凡响动态载荷产生的不规则交变受力。轴头的质量和可靠性不但关系到车辆和车上人员物资的安全性，还影响到车辆在行驶中的平稳性、操纵性、舒适性等性能，这就要求轴头动平衡好、疲劳强度高、有好的刚度和弹性、尺寸和形状精度高、质量轻等，铝轴头以其良好的综合性能满足了上述要求，在安全性、舒适性和轻量化等方面表现突出，博得了市场青睐。现有汽车轴头从材料上区分，分为钢制轴头和铝合金轴头。成型工艺主要分为钢制热挤压成型以及铝合金低压铸造工艺。钢制轴头重量大，一般接近铝合金轴头的两倍。铝合金轴头以质量轻、散热快、美观逐渐受到市场青睐，也是未来发展方向。低压铸造生产的铝合金轴头是铸件在一定的压力下结晶，受工艺条件限制，产品机械性能一般，不能满足大载荷要求。低压铸造因自身工艺约束，产品容易形成缩孔与缩松缺陷，气孔缺陷，表面粗糙，由于汽车件对安全性能要求较高，低压铸造工艺生产的轴头，其机械性能只能满足一般要求，并且提升空间小，已不能满足大承载力汽车要求，某些高端应用领域受到限制。液态模锻，是一种既具有铸造特点，又类似固态模锻的新兴金属成形工艺。它是将一定量的被铸金属液直接浇注入涂有润滑剂的型腔中，并持续施加机械静压力，利用金属铸造凝固成形时易流动和锻造技术使已凝固的硬壳产生塑性变形，使金属在压力下结晶凝固并强制消除因凝固收缩形成的缩孔缩松，以获得无铸造缺陷的液态模锻制件。公开号为CN102689159A的中国专利公开了6061铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法，该方法虽然在一定程度上满足生产流程短，但是其公开的技术方案中没有对铝合金成分进行优化，按照其公开的技术方案制造汽车轴头仍然不能满足综合的力学性能。公开号为CN104131202A的中国专利公开了6061铝合金模锻件的短流程制备方法，通过优化合金的化学成分和熔体净化技术，改善了合金的金相结构，不仅改善了产品的外观质量，还极大的消除了产品中的缩孔、疏松、气孔、裂纹等内部缺陷；但是通过研究发现其仍有一定的缺陷，比如其高温高蠕变性能不好，产品仍然有裂纹源等，生产出来的汽车轴头在性能上仍有所不足。稀土元素被认为是可以显著改善铝合金的金相组织，细化晶粒，去除铝合金中气体和有害杂质和有害气体，减少铝合金的裂纹源，从而提高铝合金的强度，改善加工性能，还能改善铝合金的耐热性、可塑性及可锻性，提高硬度、增加强度和韧性。但是现有技术中还没有将稀土元素应用于铝合金的液态模锻领域。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于在现有液态模锻工艺的基础上，研究出一种应用于商用车轴头的A357铝合金的液态模锻工艺法。通过稀土元素优化化学成分和优化熔体净化技术、改善合金金相结构；改变锻压、热处理强化的温度场和流场，对铝合金的形变温度、形变速度和形变程度进行综合分析和调控，建立短流程、铸锻一体化的连续液态模锻过程的数学模型，开发出大尺寸、结构相对复杂的铝合金轴头的新技术。为实现上述专利技术目的，本专利技术具体提供了如下的技术方案：应用于商用车轴头的A357铝合金的液态模锻工艺法，其特征在于包括如下步骤：（1）合金成分优化：优化A357铝合金中Mg/Si比和其他合金元素比例，并控制杂质元素的质量含量，其中Si6.5～7.5份；Fe＜0.2份；Cu＜0.2份；Mg0.5-0.7份；Sr0.01-0.02份；Ti0.1～0.2份；Al90～95份，控制A357铝合金中其他单个杂质≤0.05份，再加入元素Gd0.1～0.8份；Sm0.1～1份；Hf0.1～2.5份，用Sr及Ti作变质和细化处理；（2）熔炼；（3）将步骤（2）所得熔体以高效精炼剂进行炉内除气、除渣使熔体清洁无杂；（4）液态模锻成型分为5个阶段第一阶段：熔体浇注至轴头模具内：浇注温度为680～690℃，模具预热温度为280～320℃，单坯精确定量浇注；第二阶段：快速充型：合模充型加压时间为10-20秒，压力由上模冲头刚接触到下模中熔体面起开始变化直到140-160bar，速度1-2mm/s；第三阶段：保压过程：将压力以加压速度0.1-0.3mm/s逐渐减少为0，压力180-200bar，达到保压压力，延时10-20秒进行冷却，时间100-120秒；第四阶段：开模：模具下模顶杆向上顶出工件，上模随压机滑块向上运动，与下模顶杆同速度，消除产品受到上下模具撕力；第五阶段：取料：采用机构夹具进行取料，放入辊道上，转入下序；（5）修边、出孔；（6）热处理强化：将工件加热到535±5℃恒温保持4～6h，在30-80℃水温条件下淬火60秒，在160±5℃温度条件下进行时效处理3-5h；（7）机械性能检查、尺寸表面加工。优选的：步骤（1）合金成分优化为：其中Si7份；Fe＜0.1份；Cu＜0.1份；Mg0.6份；Sr0.02份；Ti0.2份；Al95份，控制A357铝合金中其他单个杂质≤0.04份，再加入元素Gd0.3份；Sm0.5份；Hf1份，优选的，所述步骤(3)中还包括在线处理过程，经高效熔剂精炼净化后的熔体再采用GBF法在线除气。本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术首先通过优化A357合金中各元素的成分，再配合添加适量的稀土元素Gd、Sm，以及元素Hf，再结合液态模锻工艺制备出车用轴头，通过优化合金的化学成分和熔体净化技术，改善了合金的金相结构，极大的消除了产品中的缩孔、疏松、气孔、裂纹等内部缺陷。轴头产品外观质量明显改善，内部缺陷明显减少，生产效率高，流程短，工艺成本低、节能、环境污染少，经济效益和社会效益明显。（2）稀土元素加入到铝合金中可起到微合金化的作用，此外，它与氢等气体和许多非金属有较强的亲和力，能生成熔点高的化合物，故它有一定的除氢、精炼、净化作用；由于其活性极强，它可以在长大的晶粒界面上选择性地吸附，阻碍晶粒的生长而实现细化晶粒的作用。稀土金属元素Gd或Sm元素的加入可细化晶粒，提高合金的屈服强度，同时在合金的晶界附近生成稳定的粒状Al2Gd或Al2Sm相，起到析出强化的作用，提高了合金的室温拉伸性能和高温抗蠕变性能，另外，加入Si可以提高合金的铸造性能；Hf的加入可产生延棱柱面生长的析出相，且该析出相在300℃具有优异的热稳定性，提高合金的抗蠕变性能，Hf和Gd共同作用可形成大量长周期有序堆垛结构，该结构与Al基体有共格关系，能够阻碍位错的基面滑移，强化基体，进一步提高了合金的高温抗蠕变性能。因为，某些稀土元素与合金的某些元素会发生冲突反而影响合金的性能，所以本专利技术通过研究发现Gd或Sm可有效避免这一缺陷反而具有很好的有益效果。另一方面，稀土元素的加入也可以改善铝合金的铸造性能，这是因为铁是铝合金中非常有害的杂质，万分之几的铁就能形成Al+FeAl3的共晶硅，大多数含铁相的结晶组织都十分粗大，直接影响合金的机械性能，降低合金的流动性，本专利技术加以Gd或Sm元素则可以改变铁相的存在形态，提高铝合金的铸造性能。（3）本专利技术采用液态模锻方法制成的轴头与采用低压铸造法制造的本文档来自技高网...
【技术保护点】
应用于商用车轴头的A357铝合金的液态模锻工艺法，其特征在于包括如下步骤：(1)合金成分优化：优化A357铝合金中Mg/Si比和其他合金元素比例，并控制杂质元素的质量含量，其中Si6.5～7.5份；Fe＜0.2份；Cu＜0.2份；Mg0.5‑0.7份；Sr 0.01‑0.02份；Ti 0.1～0.2份；Al90～95份，控制A357铝合金中其他单个杂质≤0.05份，再加入元素Gd0.1～0.8份；Sm0.1‑1份；Hf 0.1～2.5份，用Sr及Ti作变质和细化处理；(2)熔炼；(3)将步骤(2)所得熔体以高效精炼剂进行炉内除气、除渣使熔体清洁无杂；(4)液态模锻成型分为5个阶段第一阶段：熔体浇注至轴头模具内：浇注温度为680～690℃，模具预热温度为280～320℃，单坯精确定量浇注；第二阶段：快速充型：合模充型加压时间为10‑20秒，压力由上模冲头刚接触到下模中熔体面起开始变化直到140‑160bar，速度1‑2mm/s；第三阶段：保压过程：将压力以加压速度0.1‑0.3mm/s逐渐减少为0，压力180‑200bar，达到保压压力，延时10‑20秒进行冷却，时间100‑120秒；第四阶段：开模：模具下模顶杆向上顶出工件，上模随压机滑块向上运动，与下模顶杆同速度，消除产品受到上下模具撕力；第五阶段：取料：采用机构夹具进行取料，放入辊道上，转入下序；(5)修边、出孔；(6)热处理强化：将工件加热到535±5℃恒温保持4～6h，在30‑80℃水温条件下淬火60秒，在160±5℃温度条件下进行时效处理3‑5h；(7)机械性能检查、尺寸表面加工。...
【技术特征摘要】
1.应用于商用车轴头的A357铝合金的液态模锻工艺法，其特征在于包括如下步骤：(1)合金成分优化：优化A357铝合金中Mg/Si比和其他合金元素比例，并控制杂质元素的质量含量，其中Si6.5～7.5份；Fe＜0.2份；Cu＜0.2份；Mg0.5-0.7份；Sr0.01-0.02份；Ti0.1～0.2份；Al90～95份，控制A357铝合金中其他单个杂质≤0.05份，再加入元素Gd0.1～0.8份；Sm0.1-1份；Hf0.1～2.5份，用Sr及Ti作变质和细化处理；(2)熔炼；(3)将步骤(2)所得熔体以高效精炼剂进行炉内除气、除渣使熔体清洁无杂；(4)液态模锻成型分为5个阶段第一阶段：熔体浇注至轴头模具内：浇注温度为680～690℃，模具预热温度为280～320℃，单坯精确定量浇注；第二阶段：快速充型：合模充型加压时间为10-20秒，压力由上模冲头刚接触到下模中熔体面起开始变化直到140-160bar，速度1-2mm/s；第三阶段：保压过程：将压力以加压速度0.1-0.3mm/s逐渐减少为0，压力1...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠锁，
申请(专利权)人：辽宁忠相铝业有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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