CN103203602B - 一种镁合金轮毂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种镁合金轮毂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：①熔炼；②挤压铸造；③均匀化处理；④锻造成形；⑤热处理；⑥后续处理。与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明结合了铸造工艺和锻造工艺制造镁合金轮毂的优点，并利用挤压铸造技术的特点，采用挤压铸造和锻造成形相结合的方法制造镁合金轮毂。实现了镁合金轮毂综合性能优越，生产工序简单及制造成本低的目的。

Description

一种镁合金轮毂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种镁合金轮毂的制备方法，属于合金生产技术领域。
背景技术
镁合金作为最轻的工程金属材料，具有比重轻、比强度及比刚度高、阻尼性及切削加工性好、导热性好、电磁屏蔽能力强以及减震性好和易于回收等一系列独特的优点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。镁合金材料应用已经成为汽车轻量化的一个重要发展方向。
近年来，汽车上镁合金结构件的应用以每年20％的高速增长，如Passat和Audi A4、A6型轿车每车已达13.6～14.5kg，今后将逐步增至80kg左右。根据汽车工业界的展望，在未来二十年，平均每辆汽车上的镁合金用量将从目前的2～4kg增加到100～120kg。汽车整车重量降低10％，滚动阻力减少10％，燃油效率提高6％－8％。美国三大汽车公司、日本和欧洲汽车厂家均在大力开发汽车镁合金零部件，到目前为止，已有方向盘、座椅、离合器壳体、发动机支架等次承力件采用镁合金制造，取得显著的减重效果。汽车轮毂作为主要底盘承载件，其减重具有很大的倍增效应，据测算，轮毂减重将可以达到车身减重5倍以上的效益。镁合金轮毂的制造工艺主要有铸造和锻造两种工艺，其中铸造工艺包括高压压铸、低压铸造、重力铸造等工艺，目前，国内外均在不断研究高性能镁合金汽车轮毂及其制造工艺。
目前，镁合金轮毂制造工艺有铸造和锻造两种，如专利号为ZL03109034.6的中国发明专利《一种镁合金轮毂的制造方法》(授权公告号为CN100515804C)，该专利公开通过铸造方法制备镁合金轮毂，类似的还可以参考ZL200610086359.0、ZL201010253694.1等，采用铸造方法，虽然生产工序简单，成本较低，材料利用率高，但本体取样材料力学性能较低，其抗拉强度只有200Mpa左右，内部组织也易出现疏松、夹杂、气孔等铸造缺陷，致密度差，产品合格率低；采用锻造成形方法，虽然材料抗拉强度达到300Mpa左右，内部组织纯净，致密度高，产品合格率高，但工艺流程复杂，生产周期长，且材料利用率低，成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种综合性能优越的镁合金轮毂的制备方法。
本发明所要解决的又一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种工序简单成本低的镁合金轮毂的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种镁合金轮毂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①熔炼：镁合金按照合金成分，进行熔化、精炼、静置、除渣工序净化处理，得到镁合金熔体；
②挤压铸造：将镁合金熔体浇注到模具中，浇注全过程进行气体保护，浇注温度为680℃～720℃，模具预热温度为200℃～350℃，压强不小于80MPa，保压时间60s～100s，得到镁合金筒形件；
③均匀化处理：将镁合金筒形件进行均匀化处理，处理温度为350℃～420℃，处理时间8h～24h，得到镁合金筒形件毛坯；
④锻造成形：将镁合金筒形件毛坯进行加热，温度为300℃～400℃，模具预热温度为200℃～350℃，锻造压强不小于80MPa；
⑤热处理：将锻造成形后的镁合金筒形件毛坯通过150℃～250℃、1～24小时的热处理；
⑥后续处理：对热处理后的镁合金筒形件毛坯进行机械加工和表面处理，将得到镁合金轮毂。
作为优选，所述的镁合金为Mg-Al-Zn系、Mg-Al-Mn系、Mg-Zn-Zr系、Mg-Zn-Mn系中的至少一种。
作为优选，步骤①中所述的镁合金为AZ31、AZ80或ZK60A
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明结合了铸造工艺和锻造工艺制造镁合金轮毂的优点，并利用挤压铸造技术的特点，采用挤压铸造和锻造成形相结合的方法制造镁合金轮毂。首先，挤压铸造工艺是一种理想的近净成形工艺技术，铸件的性能接近锻件，与其他铸造方法相比，挤压铸造有利于提高镁合金的综合力学性能。可获得组织致密，等轴细晶结构的近净成形的镁合金筒形件；其次，在轮毂锻造成形的同时，镁合金还能够产生变形强化，从而进一步提高轮毂的性能；再次，本发明通过以铸代初锻工艺，把锻造镁合金轮毂的熔炼-铸锭-均匀化-墩粗-初锻-退火-终锻的工艺流程改变为熔炼-铸坯-均匀化-精锻的工艺流程，在保证镁合金轮毂性能的基础上，减少了生产工序，降低了制造成本。
附图说明
图1为实施例1中镁合金挤压铸造金相组织显微照片。
图2为普通重力铸造的金相组织显微照片。
图3为实施例1中镁合金筒形件毛坯经锻造后的金相组织显微照片。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1，结合图1、图2和图3所示，本实施例中的复合成形技术制造镁合金轮毂的方法，具体步骤如下：
（1）使用AZ31镁合金作为轮毂的制造材料。按成分配比熔炼AZ31合金，经过精炼、静置、降温除铁等工序净化处理，浇注温度为680℃，通过专用浇注系统将熔体浇注到模具中，浇注全过程进行气体保护，保护气体成分为CO2和SF6的混合气体，其中SF6的浓度为0.5vol%。
（2）将挤压铸造模具加热至250℃，挤压铸造压力为单位面积比压100MPa，保压时间60s。
（3）将镁合金进行390℃、10小时的均匀化处理；均匀化处理后，将镁合金坯料加热至350℃，锻造模具加热至200℃，通过液压机施加压力实现镁合金毛坯发生塑性变形并成为镁合金轮毂毛坯锻件，锻造压力为单位面积比压80MPa。
（4）将镁合金轮毂毛坯进行160℃/1小时的去应力退火处理，将经过热处理的镁合金轮毂毛坯进一步精加工为镁合金轮毂。
轮毂的取样力学性能为抗拉强度245～270MPa，屈服强度190～210MPa，延伸率12～14%。
实施例2，本实施例中的复合成形技术制造镁合金轮毂的方法，具体步骤如下：
（1）使用AZ80镁合金作为轮毂的制造材料。按成分配比熔炼AZ80合金，经过精炼、静置、降温除铁等工序净化处理，浇注温度为700℃，通过专用浇注系统将熔体浇注到模具中，浇注全过程进行气体保护，保护气体成分为CO2和SF6的混合气体，其中SF6的浓度为0.5vol%。
（2）将挤压铸造模具加热至250℃，挤压铸造压力为单位面积比压100MPa，保压时间60s。
（3）将镁合金进行400℃、16小时的均匀化处理；均匀化处理后，将镁合金坯料加热至380℃，锻造模具加热至300℃，通过液压机施加压力实现镁合金毛坯发生塑性变形并成为镁合金轮毂毛坯锻件，锻造压力为单位面积比压120MPa。
（4）将镁合金轮毂毛坯进行177℃/24小时的人工时效处理，将经过热处理的镁合金轮毂毛坯进一步精加工为镁合金轮毂。
轮毂的取样力学性能为抗拉强度280～310MPa，屈服强度200～240MPa，延伸率8～10%。
实施例3，本实施例中的复合成形技术制造镁合金轮毂的方法，具体步骤如下：
（1）使用ZK60A镁合金作为轮毂的制造材料。按成分配比熔炼ZK60A合金，经过精炼、静置、降温除铁等工序净化处理，浇注温度为720℃，通过专用浇注系统将熔体浇注到模具中，浇注全过程进行气体保护，保护气体成分为CO2和SF6的混合气体，其中SF6的浓度为0.5vol%。
（2）将挤压铸造模具加热至250℃，挤压铸造压力为单位面积比压100MPa，保压时间60s。
（3）将镁合金进行400℃、10小时的均匀化处理；均匀化处理后，将镁合金坯料加热至380℃，锻造模具加热至300℃，通过液压机施加压力实现镁合金毛坯发生塑性变形并成为镁合金轮毂毛坯锻件，锻造压力为单位面积比压100MPa。
（4）将镁合金轮毂毛坯进行160℃/24小时的人工时效处理，将经过热处理的镁合金轮毂毛坯进一步精加工为镁合金轮毂。
轮毂的取样力学性能为抗拉强度290～325MPa，屈服强度230～270MPa，延伸率10～15%。

Claims (1)

1.一种镁合金轮毂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①熔炼：镁合金按照合金成分，进行熔化、精炼、静置、除渣工序净化处理，得到镁合金熔体；
②挤压铸造：将镁合金熔体浇注到模具中，浇注全过程进行气体保护，浇注温度为680℃～720℃，模具预热温度为200℃～350℃，压强不小于80MPa，保压时间60s～100s，得到镁合金筒形件；
③均匀化处理：将镁合金筒形件进行均匀化处理，处理温度为350℃～420℃，处理时间8h～24h，得到镁合金筒形件毛坯；
④锻造成形：将镁合金筒形件毛坯进行加热，温度为300℃～400℃，模具预热温度为200℃～350℃，锻造压强不小于80MPa；
⑤热处理：将锻造成形后的镁合金筒形件毛坯通过150℃～250℃、1～24小时的热处理；
⑥后续处理：对热处理后的镁合金筒形件毛坯进行机械加工和表面处理，将得到镁合金轮毂；
步骤①中所述的镁合金为AZ31、AZ80或ZK60A。
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