10.16638/jki.1671-7988.2019.16.068
李爱娜
（阳江职业技术学院，广东阳江529500）
摘要：汽车轮毂作为汽车行驶部件之一，轮毂的性能也对汽车安全行驶起到决定性作用。文章对汽车铝合金轮毂特性进行概述，并对铝合金轮毂热处理工艺进行分析，通过固溶处理和时效处理两方面对轮毂热处理机理进行分析，并通过试验得出铝合金轮毂在特定温度、恒温时间和时效时间下的最佳性能。 关键词：汽车轮毂；新型铝合金；热处理工艺
中图分类号：U466 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)16-188-03
Study on optimization of heat treatment process of new aluminum alloy for
automobile wheel hub
Li Aina
（Yangjiang V ocational and Technical College, Guangdong Yangjiang 529500 )
Abstract: As one of the running parts of the automobile, the performance of the wheel hub plays a decisive role in the safe running of the automobile. In this paper, the characteristics of aluminum alloy wheel hub are summarized, the heat treatment process of aluminum alloy wheel hub is analyzed, the heat treatment mechanism of aluminum alloy wheel hub is analyzed from two aspects of solid solution treatment and aging treatment, and the best performance of aluminum alloy wheel hub under specific temperature, constant temperature time and aging time is obtained through tests.
Keywords: Automobile wheel hub; New aluminum alloy; Heat treatment process
CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)16-188-03
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引言
金属工艺品制作
当前经济社会的不断发展，汽车作为交通工具之一，其轮毂性能质量对汽车的舒适度、安全性能具有一定影响。在新型铝合金材质的生产下，其与传统的钢制轮毂相比，导热性能和质量均超出钢制轮毂，同时具有良好的吸震能力，且通过热处理工艺可有效加强铝合金材料的强度和硬度等，可有效增 强铝合金轮毂的使用寿命。
1 汽车铝合金轮毂特性概述
汽车轮毂作为一种旋转型零件，对汽车的轮轴起到连接作用，以保证汽车可正常行驶，在技术的不断优化下，当前轮毂已成为功能型零件，起到承载重量、动力传输、散热等作用。为保证汽车行驶的安全性能，轮毂作为承受部件，应具备高强度、高精度和轻质等性能，进而提升汽车的稳定性。在材料和技术的支持下，铝合金材质轮毂的出现，以其质量优势、强度优势等在部分实行领域中替代传统的钢制轮毂，汽车通过铝合金轮毂的使用，可提升汽车驾驶的舒适性。
2 铝合金轮毂热处理工艺
铝合金在初期铸造过程中，其内部应力和稳定性较差，未能满足汽车的驾驶需求，需通过热处理工艺对铝合金进行加工，提升铝合金部件的力学性能，以满足汽车不同状态下
作者简介：李爱娜，女，汉族，讲师，就职于阳江职业技术学院，研究方向：材料加工工程。
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李爱娜：汽车轮毂新型铝合金热处理工艺优化研究
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的驾驶形态。铝合金轮毂通过热加工处理，可提升材质的硬度、抗拉强度等，在温度的合理控制下，保证铝合金材质的失塑性不受影响，进而提升铝合金的安全性能。同时经过温度的加热可清除材质加工过程中的多余内应力，并可材质进行均匀性受力，以保证相变过程中的产生的作用力与之相抵消，热处理工艺也可对微观粒子的特性进行优化，避免材质产生区域性偏析组织。
3 铝合金轮毂热处理机理工艺探讨
3.1 固溶处理
固溶处理作为铝合金轮毂的热处理方式之一，其是将铝合金材料进行加热，直至温度达到高温单相区，并保持此恒温状态，使合金材料中包含的溶质元素进行溶解，对固液体进行元素填充，使固溶状态下材料所含有元素达到饱和状态。合金材料在进行加热过程中，合金液体当达到温度临界点时，将产生共晶反应，在温度的变化下，易产生晶体混合物，在恒温控制下，可使合金内元素充分反应，使其均匀散布到材料中，使其生成致密晶体，进而提升合金材料坚固性。在进行固溶处理时，合金材料所包含元素的溶解效率与温度的升高呈正比，为保证一定温度下的最高溶解度，应依据合金材料属性，对温度进行合理操控，进而提升能源的利用率。当铝合金中含有硅元素和镁元素时，其固性温度的范围在570~690℃之间，为避免热处理工艺温度过高发生烧穿的现象，应将固溶温度控制在570℃之内。而在进行6101铝合金热处理时，可对温度进行提升，其在590℃时也可进行正常工作，但在进行短时间加工时，相对于硅镁元素合金对热处理工艺需求较高。
热处理工艺中的固溶强化可提升合金材质强度，其是将合金元素的进行饱和度融合，在温度的影响下，使合金材料内部晶格的容纳性增加，通过合金元素注入到晶格中，在体积不变的情况下，使晶格的空间位置发生错变，晶格错变过程中将产生内应力与其空间内作用力产生交集，材料内部的溶质原
子将产生空间作用力来防止晶格产生错变现象，在晶格与溶质原子之间的作用力下，使材料内部的性能得到增强。淬火处理是将固溶材料进行相位淬火，将固溶温度淬炼到固溶温度基线以下，进而使合金材料具有过饱和形态，同时应将淬火时间控制在一定范围内，防止材料的析出量包含超出一定范围的平衡相，进而降低材料基体的饱和度，增加时效处理的难度。 3.2 时效处理
当固液材料在恒温条件或者室温自然冷却下，材料的硬度、钢性等将逐渐增强，当材料温度与室温相一致时，此时材料的硬度和钢性将达到最大值，但同时材料的塑性也随之降低，其形变量程度在冷却到室温条件下降将降到最低，此
过程为时效强化过程。铝合金材料在进行热处理时，其主要变现为固溶性材质的饱和及分解的过程应，一般以基体共格区、过渡相、平衡相为主，在固溶阶段，合金材料内部的晶体以球状融合的方式，按照相位进行生长，在时间维度的作用下，晶体与材料基体形成过渡相，此时两者以共格的方式存在于相位中。
铝合金材质在恒温状态下完成固溶材料的分解过程时，其相位状态的转变具有一定的逻辑性，在特定的温度和时间维度下，铝合金材料的溶解性具有较大差异。因此在进行时效强化处理时，一般将温度控制在90℃以下，依据温度可分为自然时效和人工时效，自然时效，是指在室温条件下进行冷却，以保证材料的屈服强度、硬度、钢性等达到最大，一般情况下，自然时效的最大影响范围以材料置于室
温条件下的3.5h 之内效果最大。人工时效与自然时效相一致，以单级处理为主，但经过单次处理，材料内部组织稳定性较低，因此依据材料特性可进行多次时效处理，以提升铝合金材料的性能。
4 汽车轮毂新型铝合金热处理工艺优化研究
4.1 固溶热处理工艺
A356铝合金是汽车轮毂常见的材料之一，其具有质量轻、硬度高、强度大等特性，当A356铝合金材料中加入锰元素（Mg ）进行热处理强化时，通过固溶热处理可将铝合金材料中的硅锰元素融合到固溶材料中，在淬火冷却过程中，使高温状态下固溶材料可进行饱和溶解。为保证铝合金固溶材料的温度为恒定值，且需与材料的固相温度相符，当两者温度维度相重叠时，此时固溶效果最优。但此过程中，应严格控制温度，令其低于元素的固相温度，防止烧穿现象的产生。同时为保证材料的强化强度，需对其进行时间段内的温控分析，通过温度与时间的测量，对铝合金材料的硬度及强度进行分析。本次实验以520℃、525℃、530℃、535℃为固溶温度，并将固溶恒温时间分别设置为2.5h 、3.5h 、4.5h 、5.5h ，水温度控制在70℃~80℃。整体试样编号如表1所示。
表1 固液热处理试样表（固溶温度为（℃）、固溶时间为（h ））
插接式母线槽在进行轮毂热处理时，应按照编号对其进行编排，并平放在置物架上，将时间和产品规格进行备注，同时工作人员应依据轮毂的摆放位置，进行信息批注，保证结果的完整性。
汽车实用技术
190 工作人员进行具体操作时，应确保实验样品的添加顺序，且应对温度进行校对，严格规划好时间，使铝合金轮毂在恒温条件下进行试验，同时在进行淬火时，应注意温度与水位的控制，使介质可充分与材料发生反应。在将1号样品放入到炉内时，应保证炉内无任何杂质，且时间显示器为0，当温度达到设定温度时，将 2.3.4号试验样品依次放到恒温区域内，当时间达到2号试验样品的额定时间时，将3.4号进入下一循环，以此类推。为保证材料内的相液在空间维度内呈最大值，应对试验样品进行淬火处理，此时将水体温度维持在70℃，并保证材料的出炉与入水时间小于25s ，同时应在恒温水体中放入180s ，以保证此时的性能达到最大。 4.2 时效热处理工艺
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时效热处理作为材料内部相位的转变过程，通过溶质原子与晶格之间的作用力，在溶质原子的离散型扩散下，使材料基体可进行高密度分散。在过渡相的作用下，通过共格状态的形成可实现铝合金材料的强化相，在平衡相状态下，与外界温度有关，此时不共格的形式使相体作用降低。由此可知，在不同工艺的时效处理下，析出相的值量也具有较大差异，对材料之间的影响较大。因此可对材料进行时效温度、恒温时间等两方面的探讨，将温度分别控制在135℃、145℃、155℃、165℃、175℃、185℃，并将保温时间分别设定为1.5h 、2.5h 、3.5h 、4.5h 、5.5h ，且每组温度和时间试样样品为5组，此时将温度在530℃，恒温时间为4.5h 下的铝合金材料进行
试验，并对材料进行拉伸测试，以得出铝合金材料的硬度和强度范围。通过试验表明，铝合金材料在低温时效下，抗拉力在持续温度下，先增强后减弱，且在3.5h 时达到峰值，铝合金材料的硬度与延展率与时效时间呈反比，且在155℃温控时间在3.5h 之内为最佳强度。
5 结语
综上所述，文章对汽车铝合金轮毂的特性及处理工艺进行分析，并从固溶处理和时效处理两方面对铝合金热处理工艺进行研究。以温度和时间对铝合金材料进行分段试验，从内部结构变化对实际影响效果进行比对，通过试验结果得出最佳处理节点，以保证铝合金轮毂性能达到最大化。
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燕山大学,2015.
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