自行车车架铝合金材料及其加工工艺研究

发布时间：2017-07-31 17:26

  本文关键词：自行车车架铝合金材料及其加工工艺研究

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【摘要】：目前车架铝合金材料应用最多的是6061合金,其车架具有美观、轻便、易于加工、成本较低等优点,但是常规6061铝合金抗拉强度多低于300MPa,其车架安全可靠性较低,无法满足较高标准的要求。为解决此问题,本文根据中高端自行车车架的不同要求,设计了三种不同成分的自行车车架用铝合金,分别标记为1#、2#和3#,三种铝合金均为Al-Mg-Si系合金。通过显微组织分析、拉伸性能测试、自行车车架可靠性测试等手段研究了三种车架铝合金的组织性能特征,尤其是其车架的水平力可靠性能,并针对车架铝合金制备过程中出现的问题,研究其热加工工艺。 制备的1#铝合金,其抗拉强度和延伸率分别为330MPa和14.1%。1#铝合金的公路车车架可以顺利通过EN14766标准中可靠性测试。研究发现,1#合金中的微量Zr和Er具有细化晶粒和弥散强化作用,进而提高合金力学性能及其车架的安全可靠性能。 制备的2#铝合金,其延伸率可达15.8%,同时抗拉强度仍可达370MPa。2#铝合金的山地车车架可以顺利通过EN14766标准中可靠性测试。2#车架铝合金铸棒的铸造中心裂纹倾向较大。熔铸生产中采用如下措施可以有效防止中心裂纹：降低合金精炼温度至725-735℃,同时控制吹氮精炼带起的铝液高度小于250mm；降低合金浇铸温度至710-720℃,同时提高铸棒托盘下移速度至130～140mm/min；减小冷却水压力至0.14-0.16MPa。 3#铝合金的山地车车架可以使车架重量从之前的1800g减到1450g,同时确保车架顺利通过EN14766标准中的可靠性测试。采用正交热处理实验的方法,研究了T6工艺中固溶温度、固溶时间、时效温度、时效时间对3#车架铝合金力学性能影响的程度和规律。510℃×3h水淬、170℃×18h空冷的T6热处理可以获得良好的综合力学性能。经过此T6工艺处理,3#铝合金的抗拉强度可达403MPa,同时延伸率仍能保持在16.4%。
【关键词】：铝合金 Al-Mg-Si 组织性能 自行车车架 可靠性 T6热处理
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21;U484
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 自行车概述10-12
• 1.2 自行车车架及其材料简介12-15
• 1.3 铝合金概述15-20
• 1.3.1 铝合金的性能特点15-16
• 1.3.2 合金元素对铝合金组织性能影响16-19
• 1.3.3 铝合金强化机制19-20
• 1.4 车架铝合金的研究现状20-22
• 1.5 本课题的主要研究内容及目的22-23
• 2 研究方案及过程23-32
• 2.1 实验合金的成分设计23-25
• 2.2 实验合金及其车架制备25-29
• 2.2.1 实验合金熔铸工艺26-27
• 2.2.2 实验合金挤压工艺27-28
• 2.2.3 实验合金焊接工艺28-29
• 2.2.4 实验合金管材及其焊接车架的热处理29
• 2.3 实验合金组织性能检测29-32
• 2.3.1 显微组织观察29-30
• 2.3.2 力学性能实验30
• 2.3.3 车架可靠性测试30-32
• 3 1#车架铝合金的组织性能研究32-38
• 3.1 微合金元素ZR和ER对合金组织和力学性能影响32-34
• 3.2 微合金元素ZR和ER对合金车架可靠性的影响34-36
• 3.3 1#铝合金车架断裂机理分析36-38
• 4 2#车架铝合金制备及其组织性能研究38-46
• 4.1 2#铝合金的组织和力学性能特征38-39
• 4.2 车架可靠性分析39-41
• 4.3 2#车架铝合金铸棒的中心裂纹与防治41-46
• 4.3.1 2#铝合金铸棒的中心裂纹41-42
• 4.3.2 2#合金铸棒中心裂纹原因分析42-44
• 4.3.3 2#合金铸棒中心裂纹控制措施44-46
• 5 3#车架铝合金组织性能特征及热处理工艺研究46-58
• 5.1 3#铝合金组织及力学性能特征46-47
• 5.2 车架可靠性分析47-48
• 5.3 3#铝合金热处理工艺研究48-55
• 5.3.1 热处理实验方案及结果48-50
• 5.3.2 工艺参数对硬度的影响规律50-52
• 5.3.3 工艺参数对抗拉强度的影响规律52-53
• 5.3.4 工艺参数对屈服强度的影响规律53-54
• 5.3.5 工艺参数对延伸率的影响规律54
• 5.3.6 3#合金综合性能最好的T6处理工艺54-55
• 5.4 3#合金热处理强韧化机制55-58
• 6 结论58-60
• 参考文献60-65
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果65-67
• 学位论文数据集6

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：600289