一種輪胎模具用高強度鋁鎂合金材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金領(lǐng)域，具體涉及一種輪胎模具用高強度鋁鎂合金材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁鎂鑄造合金具有延伸率高，切削性、耐腐蝕性、表面光潔度好等特點，因此成為 目前國際上輪胎模具行業(yè)比較推崇的模具用鋁。普通工藝生產(chǎn)的鋁鎂合金強度低，而且含 有較多的渣、氣。用其制備的輪胎模具表面容易形成渣孔、氣孔，輪胎在成型過程中，膠會滲 入其中產(chǎn)生粘膜現(xiàn)象；模具強度低導致模具使用壽命短。
[0003] 國內(nèi)同行業(yè)一般選用ZL101、AlMg3Si和AC7A牌號鑄鋁合金。前兩種材料的流動 性好，適于鑄造花紋復(fù)雜的子午胎模具花紋圈，但其機械性能和韌性達不到要求，對使用壽 命提升幫助不大。AC7A是近年來應(yīng)用較多的一種花紋圈鑄造用材料，其耐腐蝕性能好，但是 機械性能和韌性也達不到要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種輪胎模具用高強度鋁鎂合金材料，通過 加入稀土元素，起到固溶強化作用，提高鋁鎂合金材料機械強度。
[0005] 本發(fā)明提供的一種輪胎模具用高強度鋁鎂合金材料，包括以下重量百分比的成 分：
[0006] Cu 0.3-0. 4%, Mg 3. 8-4. 5%, Si 0.2-0. 25%, Zn 0.03-0.05%,
[0007] Fe 0.01-0.02 % ,Mn 0. 3-0. 5 % ,Ti 0. 1-0. 2 %, Cr 0.005-0.02 %, Zr 0· 05-0. 1 %，Sm 0· 05-0. 07 %，Nd 0· 05-0. 06 %，Y 0· 05-0. 07 %，余量為 Al。
[0008] 鋯元素（Zr)在合金既能起到固溶強化，又能起到第二相強化，形成A13Zr可以起 到釘扎作用，結(jié)合稀土可細化鋁合金基體。
[0009] 加入釤（Sm)、釔（Y)、釹（Nd)稀土元素，釤、釹、釔比其它稀土元素在鋁合金中的溶 解度大，不僅可以起到彌散強化作用還可以起到很好的固溶強化作用，此外，釤、釔、釹等與 熔體中氧、氫、氮、硫、鐵等雜質(zhì)元素有較強的結(jié)合作用，可以減少合金中的氣體和夾雜，改 善夾雜物形態(tài)，使夾雜相趨于球化，有利于夾雜物和氣體的排除，也起到了熔體凈化效果， 而且，本合金加入釹既能起第二相強化作用，還可以起到固溶強化作用，釹加入鋁合金，可 以增加錯配度，此外釹還有很好的變質(zhì)效果，這些對于合金的綜合性能都有利。而且，加入 釤（Sm)、釔（Y)、釹（Nd)稀土元素能夠使固相線溫度差減小，降低鋁鎂合金的糊狀凝固趨 勢，并且降低合金熔體表面張力，增加熔體流動性，有利于澆注成錠，對工藝性能有著明顯 的影響。但是需要注意的是，稀土元素在鋁合金中固溶度較低，添加過量對合金綜合性能不 利。因此，合金中稀土元素總含量控制在0.4%以內(nèi)。
[0010] 銅元素（Cu)具有一定的固溶強化效果，通過時效處理析出的CuA12具有明顯的時 效強化效果。
[0011] 鎂元素（Mg)在鋁中的溶解度隨溫度下降而變小，鎂對鋁合金的強化作用非常明 顯，每增加 I %的鎂，合金抗拉強度大約升高34MPa。
[0012] 鋅元素（Zn)單獨加入鋁中，對鋁合金強度的提高十分有限，同時存在應(yīng)力腐蝕開 裂、傾向，在鋁中同時加入鋅和鎂，形成強化相Mg/Zn2，對合金產(chǎn)生明顯的強化作用。Mg/Zn2 含量從〇. 5%提高到時，可明顯增加抗拉強度和屈服強度。
[0013] 錳元素（Mn)在固溶體中的最大溶解度為1. 82%，鋁合金強度隨錳溶解度增加不 斷增加，同時錳元素具有補充強化作用。加錳后可降低鎂含量，同時可降低熱裂傾向，另外 猛還可以使Mg5A18化合物均勾沉淀，改善抗蝕性和焊接性能。猛能阻止錯合金的再結(jié)晶過 程，提高再結(jié)晶溫度，并能顯著細化再結(jié)晶晶粒。再結(jié)晶晶粒的細化主要是通過MnA16化合 物彌散質(zhì)點對再結(jié)晶晶粒長大起阻礙作用。MnA16的另一作用是能溶解雜質(zhì)鐵，減小鐵的有 害影響。
[0014] 鐵元素（Fe)、硅元素（Si)是鋁合金中常見的雜質(zhì)元素，對合金性能有明顯的影 響。它們主要以FeC13和游離硅存在。在硅大于鐵時，形成|3-FeSiA13(或Fe2Si2A19)相， 而鐵大于硅時，形成a-Fe2SiA18(或Fe3Si2A112)。當鐵和硅比例不當時，會引起鑄件產(chǎn)生 裂紋，鑄鋁中鐵含量過高時會使鑄件產(chǎn)生脆性。本發(fā)明中嚴格控制Si含量0. 2-0. 25%，F(xiàn)e 含量0. 01-0. 02%，可有效提高鋁合金的鑄造性能和耐腐蝕性能，同時硅與體系中的鎂結(jié)合 形成MgSi強化相，可有效提高合金整體強度。大于或小于上述配比，合金整體強度均達不 到要求。
[0015] 鈦是鋁合金中常用的添加元素，以Al-Ti中間合金形式加入。鈦與鋁形成TiA12 相，成為結(jié)晶時的非自發(fā)核心，起細化鑄造組織和焊縫組織的作用。Al-Ti系合金產(chǎn)生包反 應(yīng)時，鈦的臨界含量為〇. 15%。
[0016] 鉻（Cr)在鋁中形成（CrFe)A17和（CrMn)A112等金屬間化合物，阻礙再結(jié)晶的形 核和長大過程，對合金有一定的強化作用，還能改善合金韌性和降低應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。 但會增加淬火敏感性，使陽極氧化膜呈黃色。鉻在鋁合金中的添加量一般不超過0. 35%，并 隨合金中過渡元素的增加而降低。
[0017] 本發(fā)明通過在錯鎂合金中加入稀土元素，并優(yōu)化Cu，Mg，Si，Zn，F(xiàn)e，Mn，Ti，Cr和 Al元素的配比，得到的鋁鎂合金抗拉強度（Mpa) :300?400,屈服強度（Mpa) :150-200,伸 長率（％) :12?14 ;布氏硬度HB :60?75。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有很高的機械強 度，有良好的耐腐蝕性能，并且模具的韌性也有很大提高，使用本發(fā)明提供的鎂鋁合金制作 輪胎模具，提高了輪胎模具的使用壽命，節(jié)約成本。
【具體實施方式】
[0018] 實施例1
[0019] 一種輪胎模具用高強度鋁鎂合金材料，包括以下重量百分比的成分：
[0020] Cu 0. 3%, Mg 3. 9%, Si 0. 2%, Zn 0. 04%, Fe 0. 01% ,Mn 0. 3% , TiO. 15%, Cr 0· 005%，Zr 0· 05%，Sm 0· 05% ,Nd 0· 05% , Y 0· 05% ,余量為 A1。
[0021] 實施例2
[0022] 一種輪胎模具用高強度鋁鎂合金材料，包括以下重量百分比的成分：
[0023] Cu 0. 36%, Mg 4%, Si 0. 23%, Zn 0. 03%, Fe 0. 013% ,Mn 0. 4% , TiO. 2%, Cr 0· 017%，Zr 0· 08%，Sm 0· 06% ,Nd 0· 05% , Y 0· 07% ,余量為 A1。
[0024] 實施例3
[0025] -種輪胎模具用高強度鋁鎂合金材料，包括以下重量百分比的成分：
[0026] Cu 0. 4%, Mg 4. 5%, Si 0. 25%, Zn 0. 05%, Fe 0. 02% ,Mn 0. 4% , TiO. 15%, Cr 0· 02%，Zr 0· 1%，Sm 0· 07% ,Nd 0· 06% , Y 0· 07% ,余量為 A1。
[0027] 實施例1-3,以及市場上銷售的傳統(tǒng)的ZLlOl及AlMg3Si機械性能比較，如下表1。
[0028] 表 1
[0029]
【主權(quán)項】
1. 一種輪胎模具用高強度鋁鎂合金材料，其特征在于，所述輪胎模具用高強度鋁鎂合 金材料包括以下重量百分比的成分： Cu 0.3-0. 4%, Mg 3. 8-4. 5%, Si 0.2-0. 25%, Zn 0.03-0.05%, Fe 0. 01-0. 02% ,Mn 0. 3-0. 5% , Ti 0. 1-0. 2%, Cr 0. 005-0. 02%, Zr 0. 05-0. 1%, Sm 0· 05-0. 07% , Nd 0· 05-0. 06% , Y 0· 05-0. 07% ,余量為 A1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪胎模具用高強度鋁鎂合金材料，其特征在于，所述輪胎模 具用高強度鋁鎂合金材料包括以下重量百分比的成分： Cu 0.3%, Mg 3. 9 %, Si 0.2%, Zn 0.04%, Fe 0.01 %, Mn 0. 3 % , TiO. 15 %, Cr 0· 005%，Zr 0· 05%，Sm 0· 05% ,Nd 0· 05% , Y 0· 05% ,余量為 A1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪胎模具用高強度鋁鎂合金材料，其特征在于，所述輪胎模 具用高強度鋁鎂合金材料包括以下重量百分比的成分： Cu 0.36%, Mg 4%, Si 0.23%, Zn 0.03%, Fe 0.013 %, Mn 0. 4 % , TiO. 2 %, Cr 0· 017%，Zr 0· 08%，Sm 0· 06% ,Nd 0· 05% , Y 0· 07% ,余量為 A1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪胎模具用高強度鋁鎂合金材料，其特征在于，所述輪胎模 具用高強度鋁鎂合金材料包括以下重量百分比的成分： Cu 0.4%, Mg 4. 5%, Si 0.25%, Zn 0.05%, Fe 0.02%,Mn 0. 4% , TiO. 15%, Cr 0· 02%，Zr 0· 1%，Sm 0· 07% ,Nd 0· 06% , Y 0· 07% ,余量為 A1。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輪胎模具用高強度鋁鎂合金材料，通過在鋁鎂合金中加入稀土元素，并優(yōu)化Cu，Mg，Si，Zn，F(xiàn)e，Mn，Ti，Cr和Al的元素配比，得到的鋁鎂合金抗拉強度(Mpa)：300～400，屈服強度(Mpa):150-200,伸長率(％)：12～14；布氏硬度HB：60～75。與現(xiàn)有技術(shù)相比，發(fā)明具有很高的機械強度，有良好的耐腐蝕性能，并且模具的韌性也有很大提高，使用發(fā)明提供的鎂鋁合金制作輪胎模具，提高了輪胎模具的使用壽命，節(jié)約成。
【IPC分類】C22C21-08
【公開號】CN104561699
【申請?zhí)枴緾N201510041378
【發(fā)明人】李冬玉, 錢猴
【申請人】蕪湖新泰聯(lián)輪模具有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月27日