CN103056611A - 一种镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于镁合金汽车轮毂制造领域，具体一种镁合金汽车轮毂铸造及旋压复合成形方法。采用重力铸造或低压铸造工艺制备出镁合金汽车轮毂旋压轮坯，铸造旋坯经表面加工、均匀化处理后，利用热旋压工艺制备出汽车轮毂毛坯，再经过热处理、精确加工和表面涂装制备出镁合金汽车轮毂。本发明镁合金铸造旋压复合成形方法用于镁合金汽车轮毂的制备，可以获得机械性能高和表面质量好的汽车轮毂，完全能够满足汽车领域对汽车轮毂性能指标的要求。本发明不仅能够解决镁合金汽车轮毂强度和韧性差的问题，而且能够明显降低镁合金汽车轮毂的生产成本。

Description

一种镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法

技术领域

本发明属于镁合金汽车轮毂制造领域，具体一种镁合金汽车轮毂铸造及旋压复合成形方法。

背景技术

镁是所有结构用金属及合金材料中密度最低的，与其他金属结构材料相比，镁及镁合金具有比强度、比刚度高，减振性能和阻尼性能好，易切削加工，易回收等一系列优点，在汽车上应用能够显著减轻汽车重量，节省燃油，降低有害气体排放，提高汽车的舒适性，所以愈来愈受到国内外汽车厂商的青睐。

汽车轮毂作为最重的汽车部件之一，也是汽车轻量化效果最为明显的零部件，目前镁合金汽车轮毂主要采用铸造、锻造、铸锻和挤旋复合成形方法。铸造镁合金汽车轮毂，主要采用重力铸造、低压铸造、挤压铸造等方法制备，国内外已有相关报道，但由于铸造汽车轮毂的轮辐、轮辋部位性能都达不到汽车轮毂性能指标，均还未形成实际应用。锻造镁合金汽车轮毂，其性能指标完全能达到汽车轮毂的使用要求，国内外也有相关报道。但是，由于汽车轮毂外形的复杂性，采用锻造成形存在明显的不足，如：不容易脱模，轮缘难以成形，后续加工量大，材料利用率低，而且成品率低，生产成本高，所以该成形工艺在汽车轮毂生产领域很难得到推广。挤旋复合成形方法是在预制毛坯的基础上进行轴向挤压变形（挤压扩口成形）和侧面挤压变形（挤旋成形），其实质也是一种锻造成形工艺，同样存在材料利用率低，成品率低，生产成本高等缺点，很难推广应用。

发明内容

本发明的目的是为满足镁合金汽车轮毂制造领域的要求，提供一种高效率、低成本的镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法，不仅能够解决镁合金汽车轮毂强度和韧性差的问题，而且能够明显降低镁合金汽车轮毂的生产成本。

本发明的技术方案如下：

一种镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法，采用重力铸造或低压铸造工艺制备出镁合金汽车轮毂旋压轮坯，铸造旋坯经表面加工、均匀化处理后，利用热旋压工艺制备出汽车轮毂毛坯，再经过热处理、精确加工和表面涂装制备出镁合金汽车轮毂。

所述的镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法，具体步骤如下：

1）镁合金熔体制备

将汽车轮毂用镁合金锭放入预热炉中预热，预热炉温度为350-400℃，预热时间为1-2h，然后将预热好的镁合金锭放入熔炼炉坩埚中，升温熔化，精炼除气，将合金熔体温度控制在690-730℃，熔体制备过程中采用CO₂和SF₆混合气体保护；按体积百分比计，混合气体中，99%CO₂+1%SF₆；

2）铸造

将上述制备好的镁合金熔体通过铸造工艺浇铸成镁合金汽车轮毂旋压轮坯，铸造浇注温度为690-730℃，模具温度为350-500℃，留模时间为3-8min；然后风冷，风冷时间为3-5min；然后脱模，铸模中采用CO₂和SF₆混合气体保护；按体积百分比计，混合气体中，99%CO₂+1%SF₆；

3）热旋压

首先按照旋坯尺寸要求，采用数控车床将上述镁合金铸造旋坯进行表面加工；然后放入预热炉中进行均匀化处理后，均匀化温度为200-400℃，均匀化时间为1-2h；最后采用热旋压工艺对汽车铸造旋坯进行热旋压成形，制备出镁合金汽车轮毂毛坯；热旋压成形中，芯模温度为250-400℃，旋轮转速为300-900r/min，进给量为0.25-1.5mm/r；

4）热处理

将步骤3制备的镁合金汽车轮毂毛坯放入热处理炉中进行固溶处理，固溶处理采用两段式处理方式，即先在255-355℃保温2-6h，然后在370-425℃保温6-10h，采用60-85℃温水淬火；再次放入热处理炉中进行时效处理，处理温度为155-215℃，保温时间为6-10h，然后空冷；

5）表面涂装

将热处理后的镁合金汽车轮毂毛坯精确加工成汽车轮毂半成品，经表面除油处理后，对其进行表面微弧氧化处理，烘干后，涂装成汽车轮毂成品。

本发明中，采用的镁合金为Mg-Zn-Al-Mn系镁合金，其合金成分和重量含量如下，Zn：6.0-6.5；Al：1.0-1.5；Mn：0.2-0.4；Mg余量。

本发明中，Mg-Zn-Al-Mn系镁合金的铸态合金平均力学性能如下：

抗拉强度σ_b≥280MPa，屈服强度σ_0.2≥170MPa，延伸率δ≥8%，轮辐和轮缘部位性能完全能满足汽车轮毂的应用要求。

本发明与现有技术相比，其优点主要有：

1、本发明采用开发的汽车轮毂用镁合金，镁合金汽车轮毂旋压轮坯是采用重力铸造或低压铸造的方式浇铸制成，铸造旋坯经表面加工、均匀化处理后，利用热旋压工艺制备出汽车轮毂毛坯，再经过热处理、精确加工和表面涂装制备出镁合金汽车轮毂。本发明不仅工艺简单，生产效率高，生产成本低，而且轮辐、轮辋部位性能都能够满足汽车轮毂性能指标。

2、本发明镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形技术中，铸造与热旋压的协同作用是，由于目前低成本镁合金铸态性能都达不到汽车轮毂的要求。本发明通过自行研发的Mg-Zn-Al-Mn合金，采用重力铸造或低压铸造的方法制备出高质量的旋压轮坯，然后采用热旋压的方法加工轮辋部位，一方面，满足了轮芯、轮辐和外轮缘部位的力学性能，另一方面，相对挤压锻造和挤旋工艺来说，铸造与热旋压工艺相结合，具有工艺简单、材料利用率高、生产成本低等工艺特点。

附图说明

图1是镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法制备旋压轮坯的结构示意图。

图2是镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法制备汽车轮毂的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，分别为用镁合金汽车轮毂旋压轮坯和汽车轮毂，目前在商用合金当中还没有适合用于铸造汽车轮毂的镁合金，本发明采用的镁合金为Mg-Zn-Al-Mn系镁合金，其合金成分和含量如下，其合金成分和重量含量如下，Zn：6.0-6.5；Al：1.0-1.5；Mn：0.2-0.4；Mg余量。

采用Mg-Zn-Al-Mn系镁合金常规的方法熔炼和浇注，所述Mg-Zn-Al-Mn系镁合金的铸态合金平均力学性能如下：

抗拉强度σ_b≥280MPa，屈服强度σ_0.2≥170MPa，延伸率δ≥8%，轮辐和轮缘部位性能完全能满足汽车轮毂的应用要求。

本发明采用的镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法，具体步骤如下：

1）将一定量汽车轮毂用镁合金锭放入预热炉中预热，预热炉温度为350-400℃，预热时间为1-2h，然后将预热好的镁合金锭放入熔炼炉坩埚中，升温熔化，精炼除气，将合金熔体温度控制在690-730℃，熔体制备过程中采用CO₂和SF₆混合气体保护；按体积百分比计，混合气体中，99%CO₂+1%SF₆；

2）将上述制备好的镁合金熔体通过铸造工艺浇铸成镁合金汽车轮毂旋压轮坯，铸造浇注温度为690-730℃，模具温度为350-500℃，留模时间为3-8min；然后风冷，风冷时间为3-5min；然后脱模，铸模中采用CO₂和SF₆混合气体保护；按体积百分比计，混合气体中，99%CO₂+1%SF₆；

3）首先按照旋坯（旋压轮坯）尺寸要求，采用数控车床将上述镁合金铸造旋坯进行表面加工；然后放入预热炉中进行均匀化处理后，均匀化温度为200-400℃，均匀化时间为1-2h；最后采用热旋压工艺对汽车铸造旋坯进行热旋压成形，制备出镁合金汽车轮毂毛坯；热旋压成形中，芯模温度为250-400℃，旋轮转速为300-900r/min（转/分），进给量为0.25-1.5mm/r（毫米/转）；

4）将步骤3制备的镁合金汽车轮毂毛坯放入热处理炉中进行固溶处理，固溶处理采用两段式处理方式，即先在255-355℃保温2-6h，然后在370-425℃保温6-10h，采用60-85℃温水淬火；再次放入热处理炉中进行时效处理，处理温度为155-215℃，保温时间为6-10h，然后空冷至室温；

5）将热处理后的镁合金汽车轮毂毛坯精确加工成汽车轮毂半成品，经表面除油处理后，对其进行表面微弧氧化处理，在汽车轮毂表面形成陶瓷膜，达到工件表面强化的目的，烘干后，涂装成汽车轮毂成品。

实施例1

本实施例中，采用的镁合金为Mg-Zn-Al-Mn系镁合金，其合金成分和重量含量如下，Zn：6.2；Al：1.2；Mn：0.3；Mg余量。

所述Mg-Zn-Al-Mn系镁合金的铸态合金平均力学性能如下：

抗拉强度σ_b300MPa，屈服强度σ_0.2180MPa，延伸率δ11%，轮辐和轮缘部位性能完全能满足汽车轮毂的应用要求。

本发明采用的镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法，具体步骤如下：

1）将一定量汽车轮毂用镁合金锭放入预热炉中预热，预热炉温度为370℃，预热时间为1.5h，然后将预热好的镁合金锭放入熔炼炉坩埚中，升温熔化，精炼除气，将合金熔体温度控制在700℃，熔体制备过程中采用CO₂和SF₆混合气体保护；按体积百分比计，混合气体中，99%CO₂+1%SF₆；

2）将上述制备好的镁合金熔体通过铸造工艺浇铸成镁合金汽车轮毂旋压轮坯，铸造浇注温度为700℃，模具温度为400℃，留模时间为5min；然后风冷，风冷时间为4min；然后脱模，铸模中采用CO₂和SF₆混合气体保护；按体积百分比计，混合气体中，99%CO₂+1%SF₆；

3）首先按照旋坯（旋压轮坯）尺寸要求，采用数控车床将上述镁合金铸造旋坯进行表面加工；然后放入预热炉中进行均匀化处理后，均匀化温度为300℃，均匀化时间为1.5h；最后采用热旋压工艺对汽车铸造旋坯进行热旋压成形，制备出镁合金汽车轮毂毛坯；热旋压成形中，芯模温度为300℃，旋轮转速为600r/min，进给量为0.4mm/r；

4）将步骤3制备的镁合金汽车轮毂毛坯放入热处理炉中进行固溶处理，固溶处理采用两段式处理方式，即先在300℃保温4h，然后在400℃保温8h，采用75℃温水淬火；再次放入热处理炉中进行时效处理，处理温度为180℃，保温时间为8h，然后空冷至室温；

5）将热处理后的镁合金汽车轮毂毛坯精确加工成汽车轮毂半成品，经表面除油处理后，对其进行表面微弧氧化处理，在汽车轮毂表面形成陶瓷膜，达到工件表面强化的目的，烘干后，涂装成汽车轮毂成品。

本实施例采用镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形技术，在铸造与热旋压的协同作用下，其技术指标如下：

实施例2

本实施例中，采用的镁合金为Mg-Zn-Al-Mn系镁合金，其合金成分和重量含量如下，Zn：6.0；Al：1.5；Mn：0.2；Mg余量。

所述Mg-Zn-Al-Mn系镁合金的铸态合金平均力学性能如下：

抗拉强度σ_b290MPa，屈服强度σ_0.2190MPa，延伸率δ8%，轮辐和轮缘部位性能完全能满足汽车轮毂的应用要求。

本发明采用的镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法，具体步骤如下：

1）将一定量汽车轮毂用镁合金锭放入预热炉中预热，预热炉温度为350℃，预热时间为2h，然后将预热好的镁合金锭放入熔炼炉坩埚中，升温熔化，精炼除气，将合金熔体温度控制在690℃，熔体制备过程中采用CO₂和SF₆混合气体保护；按体积百分比计，混合气体中，99%CO₂+1%SF₆；

2）将上述制备好的镁合金熔体通过铸造工艺浇铸成镁合金汽车轮毂旋压轮坯，铸造浇注温度为690℃，模具温度为350℃，留模时间为8min；然后风冷，风冷时间为5min；然后脱模，铸模中采用CO₂和SF₆混合气体保护；按体积百分比计，混合气体中，99%CO₂+1%SF₆；

3）首先按照旋坯（旋压轮坯）尺寸要求，采用数控车床将上述镁合金铸造旋坯进行表面加工；然后放入预热炉中进行均匀化处理后，均匀化温度为400℃，均匀化时间为1h；最后采用热旋压工艺对汽车铸造旋坯进行热旋压成形，制备出镁合金汽车轮毂毛坯；热旋压成形中，芯模温度为300℃，旋轮转速为700r/min，进给量为0.3mm/r；

4）将步骤3制备的镁合金汽车轮毂毛坯放入热处理炉中进行固溶处理，固溶处理采用两段式处理方式，即先在255℃保温6h，然后在420℃保温10h，采用85℃温水淬火；再次放入热处理炉中进行时效处理，处理温度为185℃，保温时间为6h，然后空冷至室温；

5）将热处理后的镁合金汽车轮毂毛坯精确加工成汽车轮毂半成品，经表面除油处理后，对其进行表面微弧氧化处理，在汽车轮毂表面形成陶瓷膜，达到工件表面强化的目的，烘干后，涂装成汽车轮毂成品。

本实施例采用镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形技术，在铸造与热旋压的协同作用下，其技术指标如下：

实施例3

本实施例中，采用的镁合金为Mg-Zn-Al-Mn系镁合金，其合金成分和重量含量如下，Zn：6.5；Al：1.0；Mn：0.4；Mg余量。

所述Mg-Zn-Al-Mn系镁合金的铸态合金平均力学性能如下：

抗拉强度σ_b280MPa，屈服强度σ_0.2175MPa，延伸率δ10%，轮辐和轮缘部位性能完全能满足汽车轮毂的应用要求。

本发明采用的镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法，具体步骤如下：

1）将一定量汽车轮毂用镁合金锭放入预热炉中预热，预热炉温度为400℃，预热时间为1h，然后将预热好的镁合金锭放入熔炼炉坩埚中，升温熔化，精炼除气，将合金熔体温度控制在730℃，熔体制备过程中采用CO₂和SF₆混合气体保护；按体积百分比计，混合气体中，99%CO₂+1%SF₆；

2）将上述制备好的镁合金熔体通过铸造工艺浇铸成镁合金汽车轮毂旋压轮坯，铸造浇注温度为730℃，模具温度为500℃，留模时间为3min；然后风冷，风冷时间为3min；然后脱模，铸模中采用CO₂和SF₆混合气体保护；按体积百分比计，混合气体中，99%CO₂+1%SF₆；

3）首先按照旋坯（旋压轮坯）尺寸要求，采用数控车床将上述镁合金铸造旋坯进行表面加工；然后放入预热炉中进行均匀化处理后，均匀化温度为250℃，均匀化时间为2h；最后采用热旋压工艺对汽车铸造旋坯进行热旋压成形，制备出镁合金汽车轮毂毛坯；热旋压成形中，芯模温度为300℃，旋轮转速为500r/min，进给量为0.6mm/r；

4）将步骤3制备的镁合金汽车轮毂毛坯放入热处理炉中进行固溶处理，固溶处理采用两段式处理方式，即先在355℃保温2h，然后在425℃保温6h，采用80℃温水淬火；再次放入热处理炉中进行时效处理，处理温度为170℃，保温时间为6h，然后空冷至室温；

5）将热处理后的镁合金汽车轮毂毛坯精确加工成汽车轮毂半成品，经表面除油处理后，对其进行表面微弧氧化处理，在汽车轮毂表面形成陶瓷膜，达到工件表面强化的目的，烘干后，涂装成汽车轮毂成品。

本实施例采用镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形技术，在铸造与热旋压的协同作用下，其技术指标如下：

实施例结果表明，本发明镁合金铸造旋压复合成形方法用于镁合金汽车轮毂的制备，可以获得机械性能高和表面质量好的汽车轮毂，完全能够满足汽车领域对汽车轮毂性能指标的要求。

Claims (4)

1.一种镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法，其特征在于，采用重力铸造或低压铸造工艺制备出镁合金汽车轮毂旋压轮坯，铸造旋坯经表面加工、均匀化处理后，利用热旋压工艺制备出汽车轮毂毛坯，再经过热处理、精确加工和表面涂装制备出镁合金汽车轮毂。

2.按照权利要求1所述的镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法，其特征在于，具体步骤如下：

1）镁合金熔体制备

将汽车轮毂用镁合金锭放入预热炉中预热，预热炉温度为350-400℃，预热时间为1-2h，然后将预热好的镁合金锭放入熔炼炉坩埚中，升温熔化，精炼除气，将合金熔体温度控制在690-730℃，熔体制备过程中采用CO₂和SF₆混合气体保护；按体积百分比计，混合气体中，99%CO₂+1%SF₆；

2）铸造

将上述制备好的镁合金熔体通过铸造工艺浇铸成镁合金汽车轮毂旋压轮坯，铸造浇注温度为690-730℃，模具温度为350-500℃，留模时间为3-8min；然后风冷，风冷时间为3-5min；然后脱模，铸模中采用CO₂和SF₆混合气体保护；按体积百分比计，混合气体中，99%CO₂+1%SF₆；

3）热旋压

首先按照旋坯尺寸要求，采用数控车床将上述镁合金铸造旋坯进行表面加工；然后放入预热炉中进行均匀化处理后，均匀化温度为200-400℃，均匀化时间为1-2h；最后采用热旋压工艺对汽车铸造旋坯进行热旋压成形，制备出镁合金汽车轮毂毛坯；热旋压成形中，芯模温度为250-400℃，旋轮转速为300-900r/min，进给量为0.25-1.5mm/r；

4）热处理

将步骤3制备的镁合金汽车轮毂毛坯放入热处理炉中进行固溶处理，固溶处理采用两段式处理方式，即先在255-355℃保温2-6h，然后在370-425℃保温6-10h，采用60-85℃温水淬火；再次放入热处理炉中进行时效处理，处理温度为155-215℃，保温时间为6-10h，然后空冷；

5）表面涂装

将热处理后的镁合金汽车轮毂毛坯精确加工成汽车轮毂半成品，经表面除油处理后，对其进行表面微弧氧化处理，烘干后，涂装成汽车轮毂成品。

3.按照权利要求1所述的镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法，其特征在于，采用的镁合金为Mg-Zn-Al-Mn系镁合金，其合金成分和重量含量如下，Zn：6.0-6.5；Al：1.0-1.5；Mn：0.2-0.4；Mg余量。

4.按照权利要求3所述的镁合金汽车轮毂铸造旋压复合成形方法，其特征在于，Mg-Zn-Al-Mn系镁合金的铸态合金平均力学性能如下：

抗拉强度σ_b≥280MPa，屈服强度σ_0.2≥170MPa，延伸率δ≥8%，轮辐和轮缘部位性能完全能满足汽车轮毂的应用要求。

Images