CN105537865A - 一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法，该方法包括以下步骤：⑴制备镁合金铸锭；⑵镁合金铸锭进行机加工后退火；⑶正向挤压准备；⑷对步骤⑶所得的镁合金铸锭进行挤压，得到型材并进行牵引；⑸反向挤压准备；⑹对步骤⑸所得的镁合金铸锭进行挤压，得到型材并进行牵引；⑺对步骤⑷及步骤⑹所得的型材切割；⑻将步骤⑺所得的产品进行机加工后淬水，并进行时效处理后使其自然冷却至室温，得到管材；⑼对步骤⑻所得的管材处理、保温；⑽将步骤⑼所得的管材经焊接、热处理、冷却后加工，即得自行车车架产品。本发明工艺简单、易于实施，所得产品最大限度地解决了自行车车架强度与重量兼容的问题。

Description

一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料类制备技术领域，尤其涉及一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法。
背景技术
目前，自行车是伴随着人类社会发展永不可分的巨大产业，200多年来人类还是离不开自行车，因为自行车既能代步又能健身，是近距离出行的理想交通工具。随着社会的进步，人类对自然生态环境的保护及对“生命在于运动”这一理念的高度重视，在二十一世纪掀起了一场前所未有的巨潮，它的产业化将对人类社会产生极其深远的影响，在业内必然带来巨大的经济价值和丰厚效益。
作为自行车最重要的组成部分——自行车车架，最大程度地决定了自行车的性能、使用寿命和舒适程度。对于自行车车架的材料来说，两个最关键的因素为强度和重量，密度是决定车架重量的关键因素之一，密度愈低，车架可以做到愈轻。目前市场上自行车车架的主要材料有铬钼钢、铝合金、钛合金、碳纤维复材，但其中存在很多问题，现用自行车车架材料中密度最低的碳纤复合材料表面硬度不佳，当施予之外力高于其破坏强度时，会造成断裂。但强度较高的铬钼钢材料也是密度最高，重量最大的材料，使得生产出来的自行车重量过大，影响自行车的舒适度和性能。
而本发明高强度、大塑性的镁合金为主要材料的自行车车架还涉及到镁合金挤压的问题：
⑴镁合金材料在挤压过程中流动性较差，如果对温度和速度控制不精确的话非常容易出现模具填充不完整的状况，尤其是挤压速度。当变形速度较高时，因变形引起的热效应，会使挤压材料温度升高，从而流动应力明显降低。当变形速度再增高时，虽然毛坯的升温很明显，但是由于变形过程中金属的加工硬化速度比再结晶的软化过程快，坯料流动应力不但不减小，反而明显增大，使得挤压出来的型材形状有缺陷，不能达到标准。
⑵金属镁是密排六方结构，所以镁合金的塑变能力差，高温时由于易产生孪晶滑移，塑性变形能力提高，但温度过高，会导致晶粒长大，塑性变形能力降低，而且会影响到产品的强度。本发明所涉及的镁合金自行车架由直径、壁厚不同的管材组成，最薄的管材壁厚仅为1.8mm，在挤压过程中挤压比很大，材料和模具之间有很大摩擦力，在挤压过程中会产生非常高的热量，使得挤压过程中温度很难控制，导致产品容易起皮、撕裂、表面不光滑，影响质量。
因此，迫切需要研发一种高强度、低密度的轻质自行车车架，在满足自行车车架材料所需强度的同时减轻自行车的重量，最大限度地提高自行车的性能和舒适度，同时需要找到适合镁合金自行车车架材料的挤压方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、易于实施的的高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法，包括以下步骤：
⑴制备镁合金铸锭：
分别将镁锭940~980kg、铝锭3~7kg、锌锭15~21kg、Al-20Ti中间合金8~12kg、Mg-50Nd中间合金3.0~4.2kg、Mg-50Y中间合金6.5~7.5kg、Mg-50Ce中间合金1.0~1.4kg预热至100~180℃，然后将所述镁锭、所述铝锭、所述锌锭置于CO2和Ar混合气体保护的熔炉中熔化；熔化后在650~760℃保温25~45分钟，再升温至760~840℃，此时加入所述Al-20Ti中间合金、所述Mg-50Nd中间合金、所述Mg-50Y中间合金、所述Mg-50Ce中间合金，待所述Al-20Ti中间合金、所述Mg-50Nd中间合金、所述Mg-50Y中间合金、所述Mg-50Ce中间合金熔化后将镁液升温至770~860℃保温30~50分钟；再降温至650~800℃，静置10~20分钟后采用预先加热至150~300℃的钢制模具进行浇铸，即得镁合金铸锭；
⑵将所述镁合金铸锭自然冷却至室温后进行机加工，再运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗之后放入电阻炉Ⅰ中进行退火，随炉加热至300℃~380℃并保温30~35小时，然后随炉冷却；
⑶正向挤压准备：
将所述步骤⑵所得的镁合金铸锭放入电阻炉Ⅱ中，其加热目标温度为300~500℃，加热方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到400~450℃后保温1~3小时；
同时将模具Ⅰ放入电阻炉Ⅲ中，其加热目标温度为400~500℃，加热方式为冷炉放模，模具Ⅰ实测到300~350℃后保温1~3小时；
同时将挤压筒Ⅰ加热至200~300℃；
⑷实测温度达到要求之后对1500t压机的挤压筒Ⅰ、挤压头Ⅰ、挤压头Ⅰ与模具Ⅰ连接处用润滑剂进行润滑后放入所述模具Ⅰ和所述步骤⑶所得的镁合金铸锭进行挤压，在速度改为恒速度之后型材出了校直工装、打开靠近牵引机Ⅰ的四组风机Ⅰ进行风冷冷却，型材出模具Ⅰ衬100~200mm后用牵引机Ⅰ开始牵引；
⑸反向挤压准备：
将所述步骤⑵所得的镁合金铸锭放入电阻炉Ⅳ中，其加热目标温度为300~500℃，加热方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到400~450℃后保温1~3小时；
同时将模具Ⅱ放入电阻炉Ⅴ中，其加热目标温度为400~500℃，加热方式为冷炉放模，模具Ⅱ实测到300~350℃后保温1~3小时；将穿孔针加热到400~500℃，穿孔针实测到温后300~350℃保温1~3小时；
同时将挤压筒Ⅱ加热至200~300℃；
⑹实测温度达到要求之后对1500t压机的挤压筒Ⅱ、挤压头Ⅱ、挤压头Ⅱ、穿孔针与模具Ⅱ连接处用润滑剂进行润滑后放入所述模具Ⅱ和所述步骤⑸所得的镁合金铸锭进行挤压，在速度改为恒速度之后型材出了校直工装、打开靠近牵引机Ⅱ的四组风机Ⅱ进行风冷冷却，型材出模具Ⅱ衬100~200mm后用牵引机Ⅱ开始牵引；
⑺所述步骤⑷及所述步骤⑹所得的型材均进行切割，型材从头部300~500mm处锯掉，尾部从一、二段型材挤压接合处前100mm处锯掉；
⑻将所述步骤⑺所得的产品进行机加工，然后运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗后放入电阻炉Ⅵ中加热至340℃~400℃，并保温2~5小时，再加热至400~460℃，保温4~10小时，淬水，得到固溶强化处理后的镁合金；将所述固溶强化处理后的镁合金在温度为170~190℃的条件下进行时效处理，20~40小时后使其自然冷却至室温，得到管材；
⑼对所述步骤⑻所得的管材采用常规方法去除表面油污，再用无水酒精清洗之后放于冷炉中随炉加热至200~300℃，检测达到目标温度后保温1~3小时；
⑽将所述步骤⑼所得的管材在焊接电流为85~100A的条件下采用氩弧焊进行焊接；焊接结束后在温度为170~190℃的条件下进行热处理，3~5小时后自然冷却至室温，并按常规方法进行加工，即得自行车车架产品。
所述步骤⑴中镁锭、铝锭、锌锭、Al-20Ti中间合金、Mg-50Nd中间合金、Mg-50Y中间合金、Mg-50Ce中间合金均为工业级纯度及以上。
所述步骤⑷和所述步骤⑹中润滑剂均是指动物油脂猪油。所述步骤⑷中挤压初始速度为1~2mm/s，之后恒速度为0.2~0.8mm/s。
所述步骤⑷中牵引机Ⅰ的牵引力为40~100KN。
所述步骤⑹中挤压初始速度为1~2mm/s，之后恒速度为0.4~1mm/s。
所述步骤⑹中牵引机Ⅱ的牵引力为20~50KN。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明在挤压过程中充分解决了镁合金挤压过程中的技术问题，通过反复试验，确定镁合金自行车架管材在挤压过程中的温度范围和冷却方式，使材料达到所需强度。
2、本发明通过模具加热温度比材料加热温度低100~150℃和对压头、挤压筒、挤压筒、挤压头、挤压头与模具连接处用润滑剂进行润滑的的方式，减少了挤压过程中摩擦产生热量对材料成型的影响。
3、本发明将镁合金挤压温度控制到合适范围，同时采用较低的速度，使材料在挤压过程中不会因温度过快而升温，保证流动应力不会因挤压而增大，使得材料挤压成型过程中可以填充完整。
4、本发明根据对管材要求的不同采用了正向挤压和反向挤压两种方式，减小了挤压过程中的摩擦力，降低了挤压的温度，从而避免了起皮和撕裂的现象出现，达到了表面光滑的目的。
5、本发明通过一系列热处理和挤压加工，极大地提升了材料的硬度和强度，保证了自行车车架对强度的需求；同时因为镁合金材料具有极好的滞弹吸震性能，在很多自行车上都将镁合金用作避震前叉外壳使用，镁合金的单位减振性能比硬铝高466倍，比合金钢高56倍，比钛合金高300~500倍，所以本发明可以极大地提升自行车车架的吸震性能，提升自行车的舒适性。
6、本发明最大限度地解决了自行车车架强度与重量兼容的问题，由表1可知，与市面上现有的自行车车架材料相比，本发明在保证了车架所需强度的同时，做到了所有材料里面密度最小，整个车架重量仅相当于铝合金车架的2/3，铬钼钢车架的1/4，钛合金车架的1/2，最大限度地减轻了自行车的重重量，使得自行车的性能和舒适性有了很大提升。
表1
7、采用本发明方法得到的自行车车架相比于复合材料具有原材料便宜，加工过程简单的特点。
8、本发明工艺简单、易于实施。
具体实施方式
实施例1一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法，包括以下步骤：
⑴制备镁合金铸锭：
分别将镁锭940kg、铝锭7kg、锌锭21kg、Al-20Ti中间合金12kg、Mg-50Nd中间合金4.2kg、Mg-50Y中间合金7.5kg、Mg-50Ce中间合金1.4kg预热至100~130℃，然后将镁锭、铝锭、锌锭置于CO2和Ar混合气体保护的熔炉中熔化；熔化后在650~690℃保温45分钟，再升温至760~790℃，此时加入Al-20Ti中间合金、Mg-50Nd中间合金、Mg-50Y中间合金、Mg-50Ce中间合金，待Al-20Ti中间合金、Mg-50Nd中间合金、Mg-50Y中间合金、Mg-50Ce中间合金熔化后将镁液升温至770~800℃保温50分钟；再降温至650~700℃，静置20分钟后采用预先加热至150~200℃的钢制模具进行浇铸，即得镁合金铸锭。
⑵将镁合金铸锭自然冷却至室温后进行机加工，再运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗之后放入电阻炉Ⅰ中进行退火，随炉加热至300℃~330℃并保温35小时，然后随炉冷却。
⑶正向挤压准备：
将步骤⑵所得的镁合金铸锭放入电阻炉Ⅱ中，其加热目标温度为300~360℃，加热方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到400~415℃后保温3小时；
同时将模具Ⅰ放入电阻炉Ⅲ中，其加热目标温度为400~430℃，加热方式为冷炉放模，模具Ⅰ实测到300~315℃后保温3小时；
同时将挤压筒Ⅰ加热至200~230℃。
⑷实测温度达到要求之后对1500t压机的挤压筒Ⅰ、挤压头Ⅰ、挤压头Ⅰ与模具Ⅰ连接处用润滑剂，即动物油脂猪油，进行润滑后放入模具Ⅰ和步骤⑶所得的镁合金铸锭进行挤压，挤压初始速度为1mm/s，之后恒速度为0.2mm/s。
在速度改为恒速度之后型材出了校直工装、打开靠近牵引机Ⅰ的四组风机Ⅰ进行风冷冷却，型材出模具Ⅰ衬100mm后用牵引机Ⅰ开始牵引。牵引机Ⅰ的牵引力为40KN。
⑸反向挤压准备：
将步骤⑵所得的镁合金铸锭放入电阻炉Ⅳ中，其加热目标温度为300~360℃，加热方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到400~415℃后保温3小时；
同时将模具Ⅱ放入电阻炉Ⅴ中，其加热目标温度为400~430℃，加热方式为冷炉放模，模具Ⅱ实测到300~315℃后保温3小时；将穿孔针加热到400~430℃，穿孔针实测到温后300~315℃保温3小时；
同时将挤压筒Ⅱ加热至200~230℃。
⑹实测温度达到要求之后对1500t压机的挤压筒Ⅱ、挤压头Ⅱ、挤压头Ⅱ、穿孔针与模具Ⅱ连接处用润滑剂即动物油脂猪油，进行润滑后放入模具Ⅱ和步骤⑸所得的镁合金铸锭进行挤压，挤压初始速度为1mm/s，之后恒速度为0.4mm/s。
在速度改为恒速度之后型材出了校直工装、打开靠近牵引机Ⅱ的四组风机Ⅱ进行风冷冷却，型材出模具Ⅱ衬100mm后用牵引机Ⅱ开始牵引。牵引机Ⅱ的牵引力为20KN。
⑺步骤⑷及步骤⑹所得的型材均进行切割，型材从头部300mm处锯掉，尾部从一、二段型材挤压接合处前100mm处锯掉。
⑻将步骤⑺所得的产品进行机加工，然后运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗后放入电阻炉Ⅵ中加热至340℃~360℃，并保温5小时，再加热至400~420℃，保温10小时，淬水，得到固溶强化处理后的镁合金；将固溶强化处理后的镁合金在温度为170~175℃的条件下进行时效处理，40小时后使其自然冷却至室温，得到管材。
⑼对步骤⑻所得的管材采用常规方法去除表面油污，再用无水酒精清洗之后放于冷炉中随炉加热至200~230℃，检测达到目标温度后保温3小时。
⑽将步骤⑼所得的管材在焊接电流为85A的条件下采用氩弧焊进行焊接；焊接结束后在温度为170~175℃的条件下进行热处理，5小时后自然冷却至室温，并按常规方法进行加工，即得自行车车架产品。
其中：焊丝在使用前，表面采用化学法清理，将焊丝浸入到质量分数为20%~25%的硝酸溶液中，浸蚀2min，然后在50~90℃的热水中进行冲洗，再干燥。之后对挤压过后的管材进行清理。采用机械法用刮刀或ф0.15~ф0.25mm的不锈钢丝刷从正、反面将焊缝区25~30mm内杂物及氧化膜除掉。板厚小于1mm时，焊口背面的氧化膜可不必清除，以防止产生烧穿、塌陷等现象。之后对焊条进行处理焊条直3mm；采用含有10%（质量百分比）的NaOH水溶液进行水煮除去油污，之后再用2~3L草酸，水1L，进行清洗除去氧化皮。
实施例2一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法，包括以下步骤：
⑴制备镁合金铸锭：
分别将镁锭960kg、铝锭57kg、锌锭18kg、Al-20Ti中间合金10kg、Mg-50Nd中间合金3.6kg、Mg-50Y中间合金7.0kg、Mg-50Ce中间合金1.2kg预热至130~160℃，然后将镁锭、铝锭、锌锭置于CO2和Ar混合气体保护的熔炉中熔化；熔化后在690~730℃保温35分钟，再升温至790~820℃，此时加入Al-20Ti中间合金、Mg-50Nd中间合金、Mg-50Y中间合金、Mg-50Ce中间合金，待Al-20Ti中间合金、Mg-50Nd中间合金、Mg-50Y中间合金、Mg-50Ce中间合金熔化后将镁液升温至800~830℃保温40分钟；再降温至700~750℃，静置15分钟后采用预先加热至200~250℃的钢制模具进行浇铸，即得镁合金铸锭。
⑵将镁合金铸锭自然冷却至室温后进行机加工，再运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗之后放入电阻炉Ⅰ中进行退火，随炉加热至330℃~360℃并保温32小时，然后随炉冷却。
⑶正向挤压准备：
将步骤⑵所得的镁合金铸锭放入电阻炉Ⅱ中，其加热目标温度为300~500℃，加热方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到360~430℃后保温2小时；
同时将模具Ⅰ放入电阻炉Ⅲ中，其加热目标温度为430~460℃，加热方式为冷炉放模，模具Ⅰ实测到315~330℃后保温2小时；
同时将挤压筒Ⅰ加热至230~260℃。
⑷实测温度达到要求之后对1500t压机的挤压筒Ⅰ、挤压头Ⅰ、挤压头Ⅰ与模具Ⅰ连接处用润滑剂，即动物油脂猪油，进行润滑后放入模具Ⅰ和步骤⑶所得的镁合金铸锭进行挤压，挤压初始速度为1.5mm/s，之后恒速度为0.5mm/s。
在速度改为恒速度之后型材出了校直工装、打开靠近牵引机Ⅰ的四组风机Ⅰ进行风冷冷却，型材出模具Ⅰ衬150mm后用牵引机Ⅰ开始牵引。牵引机Ⅰ的牵引力为70KN。
⑸反向挤压准备：
将步骤⑵所得的镁合金铸锭放入电阻炉Ⅳ中，其加热目标温度为360~430℃，加热方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到415~430℃后保温2小时；
同时将模具Ⅱ放入电阻炉Ⅴ中，其加热目标温度为430~460℃，加热方式为冷炉放模，模具Ⅱ实测到315~330℃后保温2小时；将穿孔针加热到430~460℃，穿孔针实测到温后315~330℃保温2小时；
同时将挤压筒Ⅱ加热至230~260℃。
⑹实测温度达到要求之后对1500t压机的挤压筒Ⅱ、挤压头Ⅱ、挤压头Ⅱ、穿孔针与模具Ⅱ连接处用润滑剂即动物油脂猪油，进行润滑后放入模具Ⅱ和步骤⑸所得的镁合金铸锭进行挤压，挤压初始速度为1.5mm/s，之后恒速度为0.7mm/s。
在速度改为恒速度之后型材出了校直工装、打开靠近牵引机Ⅱ的四组风机Ⅱ进行风冷冷却，型材出模具Ⅱ衬150mm后用牵引机Ⅱ开始牵引。牵引机Ⅱ的牵引力为35KN。
⑺步骤⑷及步骤⑹所得的型材均进行切割，型材从头部400mm处锯掉，尾部从一、二段型材挤压接合处前100mm处锯掉。
⑻将步骤⑺所得的产品进行机加工，然后运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗后放入电阻炉Ⅵ中加热至360℃~380℃，并保温3.5小时，再加热至420~440℃，保温7小时，淬水，得到固溶强化处理后的镁合金；将所述固溶强化处理后的镁合金在温度为175~185℃的条件下进行时效处理，30小时后使其自然冷却至室温，得到管材。
⑼对步骤⑻所得的管材采用常规方法去除表面油污，再用无水酒精清洗之后放于冷炉中随炉加热至230~260℃，检测达到目标温度后保温2小时。
⑽将步骤⑼所得的管材在焊接电流为90A的条件下采用氩弧焊进行焊接；焊接结束后在温度为175~185℃的条件下进行热处理，4小时后自然冷却至室温，并按常规方法进行加工，即得自行车车架产品。
其中：焊丝处理同实施例1。
实施例3一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法，包括以下步骤：
⑴制备镁合金铸锭：
分别将镁锭980kg、铝锭3kg、锌锭15kg、Al-20Ti中间合金8kg、Mg-50Nd中间合金3.0kg、Mg-50Y中间合金6.5kg、Mg-50Ce中间合金1.0kg预热至160~180℃，然后将镁锭、铝锭、锌锭置于CO2和Ar混合气体保护的熔炉中熔化；熔化后在730~760℃保温25分钟，再升温至820~840℃，此时加入Al-20Ti中间合金、Mg-50Nd中间合金、Mg-50Y中间合金、Mg-50Ce中间合金，待Al-20Ti中间合金、Mg-50Nd中间合金、Mg-50Y中间合金、Mg-50Ce中间合金熔化后将镁液升温至830~860℃保温30分钟；再降温至750~800℃，静置10分钟后采用预先加热至250~300℃的钢制模具进行浇铸，即得镁合金铸锭。
⑵将镁合金铸锭自然冷却至室温后进行机加工，再运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗之后放入电阻炉Ⅰ中进行退火，随炉加热至360℃~380℃并保温30小时，然后随炉冷却。
⑶正向挤压准备：
将步骤⑵所得的镁合金铸锭放入电阻炉Ⅱ中，其加热目标温度为430~500℃，加热方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到430~450℃后保温1小时；
同时将模具Ⅰ放入电阻炉Ⅲ中，其加热目标温度为4600~500℃，加热方式为冷炉放模，模具Ⅰ实测到330~350℃后保温1小时；
同时将挤压筒Ⅰ加热至260~300℃。
⑷实测温度达到要求之后对1500t压机的挤压筒Ⅰ、挤压头Ⅰ、挤压头Ⅰ与模具Ⅰ连接处用润滑剂，即动物油脂猪油，进行润滑后放入模具Ⅰ和步骤⑶所得的镁合金铸锭进行挤压，挤压初始速度为2mm/s，之后恒速度为0.8mm/s。
在速度改为恒速度之后型材出了校直工装、打开靠近牵引机Ⅰ的四组风机Ⅰ进行风冷冷却，型材出模具Ⅰ衬200mm后用牵引机Ⅰ开始牵引。牵引机Ⅰ的牵引力为100KN。
⑸反向挤压准备：
将步骤⑵所得的镁合金铸锭放入电阻炉Ⅳ中，其加热目标温度为430~500℃，加热方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到430~450℃后保温1小时；
同时将模具Ⅱ放入电阻炉Ⅴ中，其加热目标温度为460~500℃，加热方式为冷炉放模，模具Ⅱ实测到330~350℃后保温1小时；将穿孔针加热到460~500℃，穿孔针实测到温后330~350℃保温1小时；
同时将挤压筒Ⅱ加热至260~300℃。
⑹实测温度达到要求之后对1500t压机的挤压筒Ⅱ、挤压头Ⅱ、挤压头Ⅱ、穿孔针与模具Ⅱ连接处用润滑剂即动物油脂猪油，进行润滑后放入模具Ⅱ和步骤⑸所得的镁合金铸锭进行挤压，挤压初始速度为2mm/s，之后恒速度为1mm/s。
在速度改为恒速度之后型材出了校直工装、打开靠近牵引机Ⅱ的四组风机Ⅱ进行风冷冷却，型材出模具Ⅱ衬200mm后用牵引机Ⅱ开始牵引。牵引机Ⅱ的牵引力为50KN。
⑺步骤⑷及步骤⑹所得的型材均进行切割，型材从头部500mm处锯掉，尾部从一、二段型材挤压接合处前100mm处锯掉。
⑻将步骤⑺所得的产品进行机加工，然后运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗后放入电阻炉Ⅵ中加热至380℃~400℃，并保温5小时，再加热至440~460℃，保温10小时，淬水，得到固溶强化处理后的镁合金；将所述固溶强化处理后的镁合金在温度为185~190℃的条件下进行时效处理，20小时后使其自然冷却至室温，得到管材。
⑼对步骤⑻所得的管材采用常规方法去除表面油污，再用无水酒精清洗之后放于冷炉中随炉加热至260~300℃，检测达到目标温度后保温1小时。
⑽将步骤⑼所得的管材在焊接电流为100A的条件下采用氩弧焊进行焊接；焊接结束后在温度为185~190℃的条件下进行热处理，3小时后自然冷却至室温，并按常规方法进行加工，即得自行车车架产品。
其中：焊丝处理同实施例1。
上述实施例1~3中，镁锭、铝锭、锌锭、Al-20Ti中间合金、Mg-50Nd中间合金、Mg-50Y中间合金、Mg-50Ce中间合金均为工业级纯度及以上。

Claims (7)

1.一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法，包括以下步骤：
⑴制备镁合金铸锭：
分别将镁锭940~980kg、铝锭3~7kg、锌锭15~21kg、Al-20Ti中间合金8~12kg、Mg-50Nd中间合金3.0~4.2kg、Mg-50Y中间合金6.5~7.5kg、Mg-50Ce中间合金1.0~1.4kg预热至100~180℃，然后将所述镁锭、所述铝锭、所述锌锭置于CO2和Ar混合气体保护的熔炉中熔化；熔化后在650~760℃保温25~45分钟，再升温至760~840℃，此时加入所述Al-20Ti中间合金、所述Mg-50Nd中间合金、所述Mg-50Y中间合金、所述Mg-50Ce中间合金，待所述Al-20Ti中间合金、所述Mg-50Nd中间合金、所述Mg-50Y中间合金、所述Mg-50Ce中间合金熔化后将镁液升温至770~860℃保温30~50分钟；再降温至650~800℃，静置10~20分钟后采用预先加热至150~300℃的钢制模具进行浇铸，即得镁合金铸锭；
⑵将所述镁合金铸锭自然冷却至室温后进行机加工，再运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗之后放入电阻炉Ⅰ中进行退火，随炉加热至300℃~380℃并保温30~35小时，然后随炉冷却；
⑶正向挤压准备：
将所述步骤⑵所得的镁合金铸锭放入电阻炉Ⅱ中，其加热目标温度为300~500℃，加热方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到400~450℃后保温1~3小时；
同时将模具Ⅰ放入电阻炉Ⅲ中，其加热目标温度为400~500℃，加热方式为冷炉放模，模具Ⅰ实测到300~350℃后保温1~3小时；
同时将挤压筒Ⅰ加热至200~300℃；
⑷实测温度达到要求之后对1500t压机的挤压筒Ⅰ、挤压头Ⅰ、挤压头Ⅰ与模具Ⅰ连接处用润滑剂进行润滑后放入所述模具Ⅰ和所述步骤⑶所得的镁合金铸锭进行挤压，在速度改为恒速度之后型材出了校直工装、打开靠近牵引机Ⅰ的四组风机Ⅰ进行风冷冷却，型材出模具Ⅰ衬100~200mm后用牵引机Ⅰ开始牵引；
⑸反向挤压准备：
将所述步骤⑵所得的镁合金铸锭放入电阻炉Ⅳ中，其加热目标温度为300~500℃，加热方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到400~450℃后保温1~3小时；
同时将模具Ⅱ放入电阻炉Ⅴ中，其加热目标温度为400~500℃，加热方式为冷炉放模，模具Ⅱ实测到300~350℃后保温1~3小时；将穿孔针加热到400~500℃，穿孔针实测到温后300~350℃保温1~3小时；
同时将挤压筒Ⅱ加热至200~300℃；
⑹实测温度达到要求之后对1500t压机的挤压筒Ⅱ、挤压头Ⅱ、挤压头Ⅱ、穿孔针与模具Ⅱ连接处用润滑剂进行润滑后放入所述模具Ⅱ和所述步骤⑸所得的镁合金铸锭进行挤压，在速度改为恒速度之后型材出了校直工装、打开靠近牵引机Ⅱ的四组风机Ⅱ进行风冷冷却，型材出模具Ⅱ衬100~200mm后用牵引机Ⅱ开始牵引；
⑺所述步骤⑷及所述步骤⑹所得的型材均进行切割，型材从头部300~500mm处锯掉，尾部从一、二段型材挤压接合处前100mm处锯掉；
⑻将所述步骤⑺所得的产品进行机加工，然后运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗后放入电阻炉Ⅵ中加热至340℃~400℃，并保温2~5小时，再加热至400~460℃，保温4~10小时，淬水，得到固溶强化处理后的镁合金；将所述固溶强化处理后的镁合金在温度为170~190℃的条件下进行时效处理，20~40小时后使其自然冷却至室温，得到管材；
⑼对所述步骤⑻所得的管材采用常规方法去除表面油污，再用无水酒精清洗之后放于冷炉中随炉加热至200~300℃，检测达到目标温度后保温1~3小时；
⑽将所述步骤⑼所得的管材在焊接电流为85~100A的条件下采用氩弧焊进行焊接；焊接结束后在温度为170~190℃的条件下进行热处理，3~5小时后自然冷却至室温，并按常规方法进行加工，即得自行车车架产品。
2.如权利要求1所述的一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法，其特征在于：所述步骤⑴中镁锭、铝锭、锌锭、Al-20Ti中间合金、Mg-50Nd中间合金、Mg-50Y中间合金、Mg-50Ce中间合金均为工业级纯度及以上。
3.如权利要求1所述的一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法，其特征在于：所述步骤⑷和所述步骤⑹中润滑剂均是指动物油脂猪油。
4.如权利要求1所述的一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法，其特征在于：所述步骤⑷中挤压初始速度为1~2mm/s，之后恒速度为0.2~0.8mm/s。
5.如权利要求1所述的一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法，其特征在于：所述步骤⑷中牵引机Ⅰ的牵引力为40~100KN。
6.如权利要求1所述的一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法，其特征在于：所述步骤⑹中挤压初始速度为1~2mm/s，之后恒速度为0.4~1mm/s。
7.如权利要求1所述的一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法，其特征在于：所述步骤⑹中牵引机Ⅱ的牵引力为20~50KN。
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