一种汽车悬挂部件用铝合金锻件制造方法及汽车悬挂锻件与流程
1.本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种适用范围广、工艺简单、合格率高、适合小批量生产的汽车悬挂部件用铝合金锻件制造方法及汽车悬挂锻件。
背景技术：
2.汽车的轻量化，就是在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整体质量，从而提高汽车的动力性，减少电能消耗。实验证明，若汽车整车重量降低10%，机械效率可提高6～8%，电耗可降低7%。
3.悬挂系统是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传递给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、减小货物和车辆本身的动载荷。其中，控制臂、横拉杆及摆臂等部件作为悬挂系统中的主要受力部件，由于需要承载车辆重量及承受路面的冲击，而且还关系到汽车行走的稳定性和转向的灵敏性等性能，因此需要具有较高的强度、韧性和抗冲击能力，且还需要具有较轻的重量以降低非簧载质量。目前，汽车悬挂部件一般采用钢管、钢板等钢材经冲压、焊接而成，不仅增加了汽车自重，导致汽车能耗增大，而且汽车悬挂部件较重还导致非簧载质量变大，从而增大悬架系统受到的冲击载荷，降低了整车的舒适性和悬架系统的使用寿命。
4.为了降低悬挂系统的重量，目前也有悬挂部件从原先的钢板冲压焊接转变为经铝合金挤压型材、切材、压弯型材、切边冲孔到整形等工序，并最终通过焊接形成悬挂部件，虽然达到了轻量化的目的，但由于焊接成本较高且中间工序繁复，因此应用的并不多。现有技术中，针对悬挂系统中重量占比较大的控制臂、横拉杆及摆臂等部件，还开发了诸如al-si系铸造铝合金、7055铝合金、 (al-mg-si系) 等铝合金；但al-si系铸造铝合金虽然具有很好的铸造流动性和机械加工性能，但普遍存在强度偏低、韧性较差的问题，严重制约了挤压铸造技术在铝合金汽车零部件上的应用；而7055铝合金在热加工变形后，容易形成沿变形方向断续排列的带状组织，塑性变形过程中由于基体与脆性相变形不协调，容易在相界面上形成孔隙，产生微细裂纹，成为宏观裂纹的发源地，降低合金的断裂韧性；6系铝合金作为锻造材来说，在锻造及固溶处理工序时存在加工组织再结晶而产生粗大晶粒的倾向，而粗大的晶粒产生后，即使继续对微观组织进行控制，也不能起到高强度化及高韧性化的效果，且耐腐蚀性也会降低；因此，现有的上述材料用于安全性要求较高的悬挂系统还有待改进，而且采用重力浇铸工艺制备大尺寸铸锭时，还存在易产生气泡、缩孔、夹渣等铸造缺陷，铸造后选择何种锻造及热处理工艺也将影响摆臂的最终性能。为此，现有技术中也有对上述材料进行改进，并采用液态铸造、挤压铸造等工艺配合消除传统铸造存在的缺陷，但改进的材料往往应用面较窄，且一般通过提高si、mg等元素含量来增强合金的强度，但过高的强化元素容易形成mg2si等杂质相粗大粒子和不溶或难溶的alfesi等脆性相，使得热加工变形后容易形成沿变形方向断续排列的带状组织，且塑性变形过程中基体与脆性相变形不协调容易在相界面上形成孔隙，从而产生微细裂纹而降低合金的断裂韧性。而液态铸造、挤压铸
造等工艺较为复杂，还容易引起充型不完整、组织不致密、铝液喷溅而卷入气体等问题，以及过烧、过时效或亚时效等问题，并不适合小批量生产的需要。
技术实现要素：
5.根据现有技术中存在的问题，本发明的第一目的在于提供一种汽车悬挂部件用铝合金锻件制造方法，第二目的在于提供一种汽车悬挂锻件。
6.本发明的第一目的是这样实现的：包括配料、熔炼、浇注、均匀化处理、锻造、固溶时效处理步骤，各步骤具体内容包括：a、配料：铝合金按照如下质量百分比配料：cu：1.2～2.0wt%、cr：0.18～0.28wt%、zn：5.5～6.3 wt％、mg：1.8～2.4 wt%、ti：≤0.1wt%，余量为al；b、熔炼：将上述配制好的铝合金原料置于熔炼炉中经730～760℃熔炼，随后除渣得到铝合金液；c、浇注：将上述铝合金液在710~790℃温度下浇注到经预热的模具中，冷却得到铝合金锭；d、均匀化处理：将上述铝合金锭切除浇口及冒口，随后将铝合金锭加热到460～480℃并保温20～26h；e、锻造：将保温结束后的铝合金锭模锻形成所需要的汽车悬挂锻件，其中终锻温度≥400℃，模锻变形量为20～30%；f、固溶时效处理：将锻件在460～480℃保温1～3h，冷却得到最终汽车悬挂锻件。
7.本发明的第二目的是这样实现的：由前述汽车悬挂部件用铝合金锻件制造方法得到，所述汽车悬挂锻件为控制臂锻件、汽车横拉杆锻件或摆臂锻件。
8.本发明的有益效果：1、本发明通过对铝合金中各组分进行优化和冶炼工艺的调整，使本发明制备的铝合金材料的机械性能基础大为提高，同时配合对应的大冒口重力铸造、中温锻造及热处理工艺，最终使锻件的常温抗拉强度≥470mpa、延伸率≥6%，最终得到的汽车悬挂锻件重量轻、强度高、韧性好和抗冲击能力强，不仅能够满足安全性要求较高的汽车悬挂系统的性能要求，而且还能够有效降低汽车自重和非簧载质量，从而降低汽车的能耗和提高整车的舒适性。
9.2、本发明通过合理配置cu、mg、zn等在合金中起到强化作用元素，从而提高铝合金的机械强度；而通过控制cr、ti元素可细化α-al晶粒，可提高铝合金的铸造流动性、强度和塑性，同时遏制铝合金热处理过程中的晶粒涨大趋势，减少材料粗晶环产生，还能提高铝合金材料的抗腐蚀性能；并且通过严格限制fe元素，从而降低其与其它元素形成粗大难溶的金属间化合物的可能性，避免生成(fe、cr)3sial
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、(fe，mn，cu)al6、cu2feal7和mg2si等杂质相粗大粒子、不溶或难溶的alfesi等脆性相；其次在均匀化过程中，加入mn和cr元素还会析出细小弥散的第二相，即α-al(femncr)si相，从而在形变热处理过程中能阻止位错的移动，进一步抑制粗晶组织的产生。配合预热模具重力浇注及后续的中温锻造、热处理工艺，能够有效减少锻后粗晶环的产生，最终提高了铝合金锻件的各项性能。
10.3、本发明通过采用大冒口的重力铸造工艺，可避免铸造过程气体排不出、补缩不
足等缺陷的产生，特别适用于大尺寸铸锭的浇注，最终得到的铸件无气泡、缩孔、夹渣等缺陷；而且配合采用中温锻造及合理的热处理工艺，特别是通过控制终锻温度和变形量，使得锻件充型完整、低倍组织无粗晶，从而满足了重量轻、高强度、高韧性、高抗冲击能力的铝合金锻件生产和热处理强化的需求；且采用不同于传统铝合金制备工艺中均匀化热处理温度高于固溶温度的习惯，即可满足热处理后的强度要求，又能降低能耗和避免晶粒涨大。而且锻后进一步采用固溶时效处理，还能有效减少锻件的变形量和锻后粗晶环的产生，提高了汽车铝合金悬挂锻件的各项性能。
11.综上所述，本发明具有适用范围广、工艺简单、合格率高、适合小批量生产的特点。
附图说明
12.图1为本发明实施例铸型图；图2为本发明实施例之摆臂结构示意图。
具体实施方式
13.下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
14.本发明之汽车悬挂部件用铝合金锻件制造方法，包括配料、熔炼、浇注、均匀化处理、锻造、固溶时效处理步骤，各步骤具体内容包括：a、配料：铝合金按照如下质量百分比配料：cu：1.2～2.0wt%、cr：0.18～0.28wt%、zn：5.5～6.3 wt％、mg：1.8～2.4 wt%、ti：≤0.1wt%，余量为al；b、熔炼：将上述配制好的铝合金原料置于熔炼炉中经730～760℃熔炼，随后除渣得到铝合金液；c、浇注：将上述铝合金液在710~790℃温度下浇注到经预热的模具中，冷却得到铝合金锭；d、均匀化处理：将上述铝合金锭切除浇口及冒口，随后将铝合金锭加热到460～480℃并保温20～26h；e、锻造：将保温结束后的铝合金锭模锻形成所需要的汽车悬挂锻件，其中终锻温度≥400℃，模锻变形量为20～30%；f、固溶时效处理：将锻件在460～480℃保温1～3h，冷却得到最终汽车悬挂锻件。
15.所述a步骤的铝合金配料中，cu为1.6～2.0wt%、zn为5.5～6.1 wt％、ti为0.04～0.08wt%、fe≤0.05wt%。
16.所述b步骤中，是按照配料先将al加入到中频炉中升温至730～740℃，然后添加cu并保温10～12min，接着升温至750～760℃并加入cr保温6～10min，随后降温至740～750℃并加入ti保温6～10min，紧接着在740～750℃条件下继续加入zn并保温3～5min，最后在740～750℃条件下继续加入mg，经搅拌除渣并在730℃条件下通入氩气除气15～20min，得到铝合金液。
17.所述b步骤中的cr采用100～120目的铬粉用铝箔包裹后添加到熔炼炉中熔炼。
18.所述c步骤中铝合金锭浇注时，冒口和/或浇口直径不小于所在位置的铝合金锭最
小内切圆直径1/2，浇注后冒口和浇口的铝合金总体积为切口后的最终铝合金锭体积的30～50%。
19.所述c步骤中浇注时模具预热温度至150～200℃，所述铝合金锭的长度不大于宽度1.5倍时，铝合金铸型中浇口与冒口为同一位置。
20.所述e步骤中锻模的温度预热至200~300℃，锻造温度为400~500℃。
21.所述f步骤中锻件经460～480℃保温1～3h后，冷却至120℃并保温10～14h，出炉得到最终的汽车悬挂锻件。
22.本发明之汽车悬挂锻件，由前述汽车悬挂部件用铝合金锻件制造方法得到，所述汽车悬挂锻件为控制臂锻件、汽车横拉杆锻件或摆臂锻件。
23.实施例1以制造图2所示的铝合金摆臂为例。
24.s100、铝合金按照如下质量百分比配料：cu：1.6～2.0wt%、cr：0.18～0.28wt%、zn：5.5～6.1wt％、mg：1.8～2.4wt%、ti：0.04～0.06wt%，余量为al及其它不可避免的杂质；s200：首先将至少89.73wt%的al加入到中频炉中并升温至730～740℃，然后添加cu并保温10min，接着升温至750～760℃加入用铝箔包裹的100目铬粉并保温10min，随后降温至740～750℃加入ti并保温10min，紧接着继续加入zn并保温3min，最后继续加入mg，经搅拌除渣后在720～740℃条件下通入氩气除气20min，得到化学成分如表1的铝合金液。
25.表1铝合金化学成分表s300：将上述铝合金液在710~730℃温度下浇注到预热温度为180～200℃的模具中，冷却出模得到420
×
300
×
150mm的方形铝合金锭；其中，浇口与冒口共用且为φ210
×
200的圆柱体（如图1所示）；s400：将上述铝合金锭切除浇口，随后将铝合金锭加热到460～470℃并保温26h进行均匀化处理；s500：将保温结束后的铝合金锭采用预热温度为200~220℃的模具进行模锻，形成所需要的铝合金悬臂锻件，其中铝合金的锻造温度为400~450℃且锻造变形量为25%；s600：将上述锻件在460～470℃保温3h，随后冷却至120℃并保温10h，出炉冷却得到最终的铝合金悬臂锻件。
26.上述最终的铝合金悬臂锻件经测试，其抗拉强度≥500mpa且延伸率≥6%、布氏硬度172，可以满足汽车用摆臂的性能要求。
27.实施例2以制造车用铝合金控制臂为例。
28.s100、铝合金按照如下质量百分比配料：cu：1.2～1.6wt%、cr：0.18～0.28wt%、zn：5.8～6.3wt％、mg：1.8～2.4wt%、ti：0.06～0.08wt%、fe≤0.05wt%，余量为al；s200：首先将至少90.5wt%的al加入到中频炉中并升温至730～740℃，然后添加cu并保温12min，接着升温至750～760℃加入用铝箔包裹的120目铬粉并保温6min，随后降温
至740～750℃加入ti并保温6min，紧接着继续加入zn并保温5min，最后继续加入mg，经搅拌除渣后在720～740℃条件下通入氩气除气15min，得到铝合金液。
29.s300：将上述铝合金液在770~790℃温度下浇注到预热温度为150～170℃的模具中，冷却出模得到450
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250
×
200mm的方形铝合金锭；其中，浇口及冒口对称分设于两侧且均为φ170
×
150的圆柱体；s400：将上述铝合金锭切除浇口，随后将铝合金锭加热到470～480℃并保温20h进行均匀化处理；s500：将保温结束后的铝合金锭采用预热温度为280~300℃的模具进行模锻，形成所需要的铝合金控制臂锻件，其中铝合金的锻造温度为450~500℃且锻造变形量为29.7%；s600：将上述锻件在470～480℃保温1h，随后冷却至120℃并保温14h，出炉冷却得到最终的铝合金控制臂锻件。
30.上述最终的铝合金控制臂锻件经测试，其抗拉强度≥470mpa且延伸率≥8%、布氏硬度165，可以满足汽车用摆臂的性能要求。
31.最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
