CN108405827B - 汽车镁合金轮毂的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的车镁合金轮毂的制备工艺，步骤包括：1)熔炼：镁合金按照重量份数包括：镁元素85～90份、铝元素7～9份、镍元素0.1～0.4份、锰元素0.2～0.4份、锌元素0.1～0.4份、铜元素0.3～0.6份、铁元素0.2～0.5份、锂元素0.04～0.07份，将镁合金放入熔炼炉内，根据镁合金熔化比例加入覆盖剂；2)挤压铸造：模具型腔表面预热在模具型腔表面均匀喷上一层保温涂料及脱模剂，根据注入的熔液到达模具体积的不同程度，调整浇注速度；3)均匀化处理；4)将经过均匀化处理的镁合金轮毂毛坯进行机械加工和表面处理。本发明的提出制备工艺，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轮毂，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。

Description

汽车镁合金轮毂的制备工艺
技术领域
本发明属于合金生产技术领域，特别是一种汽车镁合金轮毂的制备工艺。
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，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，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
针对所提到的问题，本发明提供了一种汽车镁合金轮毂的制备工艺，步骤包括：
1)熔炼
11)将镁合金切割成小块备用，所述镁合金按照重量份数包括：镁元素85～90份、铝元素7～9份、镍元素0.1～0.4份、锰元素0.2～0.4份、锌元素0.1～0.4份、铜元素0.3～0.6份、铁元素0.2～0.5份、锂元素0.04～0.07份；
12)开启熔炼炉，将熔炼炉预热至150～200℃，向熔炼炉内通入保护气体将空气置换；
13)将镁合金放入熔炼炉内，将熔炼炉内的温度升温至500～650℃，当镁合金熔化比例为20～30％时，加入覆盖剂，所述覆盖剂按重量份数包括0.25～0.35份氯化钠和0.15～0.20份氯化镁；
14)将熔炼炉内的温度升温至650～700℃，当镁合金熔化比例为60～70％时，加入覆盖剂，所述覆盖剂按重量份数包括0.30～0.40份氯化钠、0.15～0.20份氯化镁和0.01～0.03份氧化镁；
15)将熔炼炉继续升温至700～750℃，恒温1～2h；
16)静置，除渣工序净化处理，制得镁合金熔液；
2)挤压铸造
21)将轮毂模具固定在挤压铸造的模架上，模具型腔表面预热，预热温度为160～190℃，在模具型腔表面均匀喷上一层保温涂料及脱模剂；
22)将镁合金熔液升温至650～700℃，自动推送的浇注系统将镁合金熔液注入到模具中，当注入的熔液小于模具体积的1/5时，浇注的速度为60～110mm/min，当注入的熔液大于模具体积的1/5，且小于2/3时，浇注的速度为20～50mm/min，当注入的熔液大于模具体积的2/3，浇注的速度为60～110mm/min；
23)挤压铸造机快速增压，使得镁合金熔液在高压作用下结晶，并在强行补缩下凝固，压力不小于80～100MPa，保压时间为80～120s，得到镁合金轮毂毛坯；
3)均匀化处理
31)将镁合金轮毂毛坯在380～420℃下，保温8～15h；
32)将镁合金轮毂毛坯在400℃下，保温10～15h；
33)将镁合金轮毂毛坯在420～450℃下，保温1h，固溶处理；
34)在经过固溶处理后的镁合金轮毂毛坯淬火处理，淬火介质为水，淬火水温小于30℃，淬火转移时间小于15s；
35)将经过淬火处理后的镁合金轮毂毛坯在100～120℃温度下，保温20～24h；
4)将经过均匀化处理的镁合金轮毂毛坯进行机械加工和表面处理，制得镁合金轮毂。
优选方案是：所述保护气体为氩气。
优选方案是：所述脱模剂，其组分和按重量份数为：烷基改性硅油10～15份、氧化聚乙烯蜡3～6份、Span80 2～5份、增稠剂0.5～0.9份、消泡剂0.05～0.1份和水70～80份。
优选方案是：所述覆盖剂的加入量为镁合金重量的0.5～1％。
优选方案是：覆盖剂中颗粒粒径小于10mm。
优选方案是：熔炼炉的最大功率为250～300KW。
优选方案是：所述消泡剂为乳化硅油。
优选方案是：步骤1中升温速率为5～15℃/min。
本发明的有益效果是：
1、本发明充分适用镁合金熔炼过程中不同的需要，覆盖剂中含有较多的氯化钠，其可降低熔融后的覆盖剂的表面张力，使覆盖剂便于铺张，覆盖剂中含有少量的氧化镁和氯化镁形成的复合物，可增强铺张在镁合金熔体表面的覆盖剂层的抗老化能力及镁合金熔体的分离能力；覆盖剂在镁合金边熔融时边撒入，熔融后的覆盖剂借助于镁合金熔融时产生的张力，进一步铺开并完全覆盖于熔融了镁合金表面，从而对镁合金熔体与外界进行完全隔离，防止镁合金被氧化。
2、本发明当注入的熔液小于模具体积的1/5时，浇注的速度为60～110mm/min，目的是为了镁合金熔液能够顺利冲入模具内，防止镁合金熔液充型开始阶段与模具之间传热而造成钢液凝固，同时可以弥补镁合金熔液充型开始阶段镁合金熔液与模具相互作用而造成的温度损失；当注入的熔液大于模具体积的1/5，且小于2/3时，浇注的速度为20～50mm/min，目的是为了镁合金熔液充型时防止镁合金熔液面剧烈震荡而造成钢液在充型过程中的二次氧化及卷渣；当注入的熔液大于模具体积的2/3，浇注的速度为60～110mm/min，目的是为了大流量后液面不会有剧烈的震荡，可以保证镁合金熔液在此范围内液面平稳上升。
3、本发明的提出制备工艺，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轮毂，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。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本实施例提供了一种汽车镁合金轮毂的制备工艺，步骤包括：
1)熔炼
11)将镁合金切割成小块备用，所述镁合金按照重量份数包括：镁元素85份、铝元素7份、镍元素0.1份、锰元素0.2份、锌元素0.1份、铜元素0.3份、铁元素0.2份、锂元素0.04份；
12)开启熔炼炉，将熔炼炉预热至150℃，向熔炼炉内通入保护气体将空气置换，所述保护气体为氩气，熔炼炉的最大功率为250KW；
13)将镁合金放入熔炼炉内，将熔炼炉内的温度升温至500℃，升温速率为5℃/min，当镁合金熔化比例为20％时，加入覆盖剂，所述覆盖剂按重量份数包括0.25份氯化钠和0.15份氯化镁；
14)将熔炼炉内的温度升温至650℃，当镁合金熔化比例为60％时，加入覆盖剂，所述覆盖剂按重量份数包括0.30份氯化钠、0.15份氯化镁和0.01份氧化镁，所述覆盖剂的加入总量为镁合金重量的0.5％，覆盖剂中颗粒粒径小于10mm；
15)将熔炼炉继续升温至700℃，恒温1h；
16)静置，除渣工序净化处理，制得镁合金熔液；
2)挤压铸造
21)将轮毂模具固定在挤压铸造的模架上，模具型腔表面预热，预热温度为160℃，在模具型腔表面均匀喷上一层保温涂料及脱模剂，所述脱模剂，其组分和按重量份数为：烷基改性硅油10份、氧化聚乙烯蜡3份、Span80 2份、增稠剂0.5份、消泡剂0.05份和水70份，所述消泡剂为乳化硅油；
22)将镁合金熔液升温至650℃，自动推送的浇注系统将镁合金熔液注入到模具中，当注入的熔液小于模具体积的1/5时，浇注的速度为60mm/min，当注入的熔液大于模具体积的1/5，且小于2/3时，浇注的速度为20mm/min，当注入的熔液大于模具体积的2/3，浇注的速度为60mm/min；
23)挤压铸造机快速增压，使得镁合金熔液在高压作用下结晶，并在强行补缩下凝固，压力不小于80MPa，保压时间为80s，得到镁合金轮毂毛坯；
3)均匀化处理
31)将镁合金轮毂毛坯在380℃下，保温8h；
32)将镁合金轮毂毛坯在400℃下，保温10h；
33)将镁合金轮毂毛坯在420℃下，保温1h，固溶处理；
34)在经过固溶处理后的镁合金轮毂毛坯淬火处理，淬火介质为水，淬火水温小于30℃，淬火转移时间小于15s；
35)将经过淬火处理后的镁合金轮毂毛坯在100℃温度下，保温20h；
4)将经过均匀化处理的镁合金轮毂毛坯进行机械加工和表面处理，制得镁合金轮毂。
本实施例制备的轮毂的取样力学性能为抗拉强度290～310MPa，屈服强度200～210MPa，延伸率10～11％。
实施例2
本实施例提供了一种汽车镁合金轮毂的制备工艺，步骤包括：
1)熔炼
11)将镁合金切割成小块备用，所述镁合金按照重量份数包括：镁元素88份、铝元素8份、镍元素0.2份、锰元素0.3份、锌元素0.3份、铜元素0.4份、铁元素0.4份、锂元素0.06份；
12)开启熔炼炉，将熔炼炉预热至180℃，向熔炼炉内通入保护气体将空气置换，所述保护气体为氩气，熔炼炉的最大功率为280KW；
13)将镁合金放入熔炼炉内，将熔炼炉内的温度升温至580℃，升温速率为10℃/min，当镁合金熔化比例为25％时，加入覆盖剂，所述覆盖剂按重量份数包括0.30份氯化钠和0.18份氯化镁；
14)将熔炼炉内的温度升温至680℃，当镁合金熔化比例为65％时，加入覆盖剂，所述覆盖剂按重量份数包括0.35份氯化钠、0.18份氯化镁和0.02份氧化镁，所述覆盖剂的加入总量为镁合金重量的0.8％，覆盖剂中颗粒粒径小于10mm；
15)将熔炼炉继续升温至720℃，恒温1.5h；
16)静置，除渣工序净化处理，制得镁合金熔液；
2)挤压铸造
21)将轮毂模具固定在挤压铸造的模架上，模具型腔表面预热，预热温度为180℃，在模具型腔表面均匀喷上一层保温涂料及脱模剂；
22)将镁合金熔液升温至680℃，自动推送的浇注系统将镁合金熔液注入到模具中，当注入的熔液小于模具体积的1/5时，浇注的速度为80mm/min，当注入的熔液大于模具体积的1/5，且小于2/3时，浇注的速度为30mm/min，当注入的熔液大于模具体积的2/3，浇注的速度为90mm/min；
23)挤压铸造机快速增压，使得镁合金熔液在高压作用下结晶，并在强行补缩下凝固，压力不小于90MPa，保压时间为100s，得到镁合金轮毂毛坯；
3)均匀化处理
31)将镁合金轮毂毛坯在390℃下，保温9h；
32)将镁合金轮毂毛坯在400℃下，保温12h；
33)将镁合金轮毂毛坯在440℃下，保温1h，固溶处理；
34)在经过固溶处理后的镁合金轮毂毛坯淬火处理，淬火介质为水，淬火水温小于30℃，淬火转移时间小于15s；
35)将经过淬火处理后的镁合金轮毂毛坯在110℃温度下，保温22h；
4)将经过均匀化处理的镁合金轮毂毛坯进行机械加工和表面处理，制得镁合金轮毂。
本实施例制备的轮毂的取样力学性能为抗拉强度295～315MPa，屈服强度205～215MPa，延伸率11～12％。
实施例3
本实施例提供了一种汽车镁合金轮毂的制备工艺，步骤包括：
1)熔炼
11)将镁合金切割成小块备用，所述镁合金按照重量份数包括：镁元素90份、铝元素9份、镍元素0.4份、锰元素0.4份、锌元素0.4份、铜元素0.6份、铁元素0.5份、锂元素0.07份；
12)开启熔炼炉，将熔炼炉预热至200℃，向熔炼炉内通入保护气体将空气置换，所述保护气体为氩气，熔炼炉的最大功率为300KW；
13)将镁合金放入熔炼炉内，将熔炼炉内的温度升温至650℃，升温速率为15℃/min，当镁合金熔化比例为30％时，加入覆盖剂，所述覆盖剂按重量份数包括0.35份氯化钠和0.20份氯化镁；
14)将熔炼炉内的温度升温至700℃，当镁合金熔化比例为70％时，加入覆盖剂，所述覆盖剂按重量份数包括0.40份氯化钠、0.20份氯化镁和0.03份氧化镁，所述覆盖剂的加入总量为镁合金重量的1％，覆盖剂中颗粒粒径小于10mm；
15)将熔炼炉继续升温至750℃，恒温2h；
16)静置，除渣工序净化处理，制得镁合金熔液；
2)挤压铸造
21)将轮毂模具固定在挤压铸造的模架上，模具型腔表面预热，预热温度为190℃，在模具型腔表面均匀喷上一层保温涂料及脱模剂，所述脱模剂，其组分和按重量份数为：烷基改性硅油15份、氧化聚乙烯蜡6份、Span80 5份、增稠剂0.9份、消泡剂0.1份和水80份，所述消泡剂为乳化硅油；
22)将镁合金熔液升温至700℃，自动推送的浇注系统将镁合金熔液注入到模具中，当注入的熔液小于模具体积的1/5时，浇注的速度为110mm/min，当注入的熔液大于模具体积的1/5，且小于2/3时，浇注的速度为50mm/min，当注入的熔液大于模具体积的2/3，浇注的速度为110mm/min；
23)挤压铸造机快速增压，使得镁合金熔液在高压作用下结晶，并在强行补缩下凝固，压力不小于100MPa，保压时间为120s，得到镁合金轮毂毛坯；
3)均匀化处理
31)将镁合金轮毂毛坯在420℃下，保温15h；
32)将镁合金轮毂毛坯在400℃下，保温15h；
33)将镁合金轮毂毛坯在450℃下，保温1h，固溶处理；
34)在经过固溶处理后的镁合金轮毂毛坯淬火处理，淬火介质为水，淬火水温小于30℃，淬火转移时间小于15s；
35)将经过淬火处理后的镁合金轮毂毛坯在120℃温度下，保温24h；
4)将经过均匀化处理的镁合金轮毂毛坯进行机械加工和表面处理，制得镁合金轮毂。
本实施例制备的轮毂的取样力学性能为抗拉强度300～320MPa，屈服强度210～220MPa，延伸率12～13％。
对比例
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。
本实施例制备的轮毂的取样力学性能为抗拉强230～250MPa，屈服强度110～120MPa，延伸率9～10％。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (5)

1.汽车镁合金轮毂的制备工艺，其特征在于，步骤包括：
1）熔炼
11）将镁合金切割成小块备用，所述镁合金按照重量份数包括：镁元素85~90份、铝元素7~9份、镍元素0.1~0.4份、锰元素0.2~0.4份、锌元素0.1~0.4份、铜元素0.3~0.6份、铁元素0.2~0.5份、锂元素0.04~0.07份；
12）开启熔炼炉，将熔炼炉预热至150~200℃，向熔炼炉内通入保护气体将空气置换；
13）将镁合金放入熔炼炉内，将熔炼炉内的温度升温至500~650℃，当镁合金熔化比例为20~30%时，加入第一覆盖剂，所述第一覆盖剂按重量份数包括 0.25~0.35份氯化钠和0.15~0.20份氯化镁；
14）将熔炼炉内的温度升温至650~700℃，当镁合金熔化比例为60~70%时，加入第二覆盖剂，所述第二覆盖剂按重量份数包括 0.30~0.40份氯化钠、0.15~0.20份氯化镁和0.01~0.03份氧化镁；
15）将熔炼炉继续升温至700~750℃，恒温1~2h；
16）静置，除渣工序净化处理，制得镁合金熔液；
2）挤压铸造
21）将轮毂模具固定在挤压铸造的模架上，模具型腔表面预热，预热温度为160~190℃，在模具型腔表面均匀喷上一层保温涂料及脱模剂；
22）将镁合金熔液升温至650~700℃，自动推送的浇注系统将镁合金熔液注入到模具中，当注入的熔液小于模具体积的1/5时，浇注的速度为60~110mm/min，当注入的熔液大于模具体积的1/5，且小于2/3时，浇注的速度为20~50mm/min，当注入的熔液大于模具体积的2/3时，浇注的速度为60~110mm/min；
23）挤压铸造机快速增压，使得镁合金熔液在高压作用下结晶，并在强行补缩下凝固，压力不小于80~100MPa，保压时间为80~120s，得到镁合金轮毂毛坯；
3）均匀化处理
31）将镁合金轮毂毛坯在380~420℃下，保温8~15h；
32）将经过步骤31）处理后，继续将镁合金轮毂毛坯在400℃下，保温10~15h；
33）将镁合金轮毂毛坯在420~450℃下，保温1h，固溶处理；
34）在经过固溶处理后的镁合金轮毂毛坯淬火处理，淬火介质为水，淬火水温小于30℃，淬火转移时间小于15s；
35）将经过淬火处理后的镁合金轮毂毛坯在100~120℃温度下，保温20~24h；
4）将经过均匀化处理的镁合金轮毂毛坯进行机械加工和表面处理，制得镁合金轮毂。
2.根据权利要求1所述的汽车镁合金轮毂的制备工艺，其特征在于，所述保护气体为氩气。
3.根据权利要求1所述的汽车镁合金轮毂的制备工艺，其特征在于，所述第二覆盖剂的加入量为镁合金重量的0.5~1%。
4.根据权利要求1所述的汽车镁合金轮毂的制备工艺，其特征在于，所述第二覆盖剂中颗粒粒径小于10mm。
5.根据权利要求1所述的汽车镁合金轮毂的制备工艺，其特征在于，熔炼炉的最大功率为250~300KW。
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