高强韧铝合金轮毂液态模锻成形及热处理工艺研究

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文

摘要................................................................................................................................I Abstract.............................................................................................................................II

第1章绪论 (1)

1.1引言 (1)

1.2液态模锻成形技术及发展 (1)

1.2.1液态模锻技术介绍 (1)

1.2.2液态模锻技术的主要工艺参数 (3)

1.2.3液态模锻技术的发展及现状 (5)

1.3高强韧铝合研究概况 (6)

1.3.1高强韧铝合金发展 (6)

1.3.2高强韧铝合金热处理研究 (7)

1.4课题来源、内容和意义 (8)

1.4.1课题来源 (8)

1.4.2主要研究内容 (8)

1.4.3研究意义 (9)

第2章材料性能测试与数值模拟 (10)

2.1合金熔炼制备 (10)

2.1.1实验设备与准备 (10)

2.1.2合金熔炼过程 (10)

2.2合金组织分析与性能检测 (11)

2.2.1成分分析 (11)

2.2.2DSC热分析 (12)

2.2.3坯料铸态组织分析 (12)

2.3数值模拟 (14)

2.3.1前处理 (14)

2.3.2模拟结果分析 (15)

2.4本章小结 (20)

第3章液态模锻成形工艺参数研究 (21)

3.1实验内容与研究方法 (21)

3.1.1实验设备 (21)

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3.1.2成形模具设计 (22)

3.1.3成形工艺参数选择 (24)

3.1.4成形过程 (26)

3.1.5测试方法 (27)

3.2制件不同部位组织性能分析 (28)

3.2.1不同部位组织分析 (28)

3.2.2不同部位性能分析 (29)

3.3各工艺参数对制件组织性能的影响 (31)

3.3.1浇注温度的影响 (31)

3.3.2成形压力的影响 (33)

3.3.3补缩量的影响 (36)

3.3.4保压时间的影响 (38)

3.4缺陷分析及最佳工艺参数确定 (40)

3.4.1裂纹缺陷 (40)

3.4.2疏松缺陷 (41)

3.5本章小结 (43)

第4章热处理对液态模锻制件组织性能的影响 (44)

4.1实验内容与研究方法 (44)

4.1.1实验准备 (44)

4.1.2热处理方案及参数的选择 (44)

4.2固溶处理对制件组织性能的影响 (47)

4.2.1固溶温度的影响 (48)

4.2.2固溶时间的影响 (49)

4.2.3最佳固溶参数的选择 (51)

4.3时效处理对制件组织性能的影响 (54)

4.3.1时效温度的影响 (54)

4.3.2时效时间的影响 (56)

4.3.3最佳时效参数的选择 (57)

4.4热处理工艺分析 (58)

4.5本章小结 (60)

结论 (61)

参考文献 (62)

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致谢 (67)

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第1章绪论

1.1引言

随着化石能源的枯竭，油价飞速上涨，轻量化这一概念早已被人们提出，有研究表明，若车辆重量减轻10%，汽油燃烧效率可以提升6%～8%。轮毂是车辆的关键部件，它不仅承受着车辆作用于轮毂上的重力作用，而且在加速、制动情况下承受交变载荷，高速旋转的轮毂消耗着大部分的能量，所以车辆轮毂的轻量化更是降低车辆油耗的关键所在。就轮毂轻量化而言，可以考虑通过应用高强度高韧性的新材料替代传统材料，实现结构的简化与强化；或者通过新工艺、新技术提高轮毂的使用性能，实现轻量化的目标。

本论文所研究对象为某特种轮毂，目前该轮毂应用材料为2A50，制件性能难

σ约320MPa，δ约5%），通过实验研究，用7075、ZL205A 以提高（目前仅能达到

两种牌号的成形的轮毂抗拉强度虽可达到400MPa，但材料流动性能较差，导致成形后制件热裂倾向严重、易产生裂纹、缩孔，难以批量生产，无法满足新式车辆装备对轮毂高性能的要求。

本论文通过引进一种新型高强韧铝合金材料，通过液态模锻成形工艺进行轮毂成形研究，以提升轮毂制件的综合性能。

1.2液态模锻成形技术及发展

1.2.1液态模锻技术介绍

传统铸造与锻造工艺由于有着较长时期的发展历史，早已为人们所熟知，液态模锻工艺的提出是对传统铸锻工艺的一个综合与提升，其兼具两者特点，在成形前期液态金属在模腔内流动充型，与压铸过程较为接近；在成形后期，金属液表层凝固后，再施以压力使未完全凝固的金属进行塑性变形，与锻造过程类似。液态模锻工艺过程主要包括合金液的熔炼、模具预热、向模具中浇入金属液、加压保压、取出工件等过程[1]。

（1）液态模锻特点

液态模锻工艺是由压铸工艺与锻造工艺发展而来，但又与两种工艺存在诸多不同之处。压铸成形时，金属液体在较高压力下充型，流动速度大，会产生紊流现