CN112692222A - 高强度轻量化锻造镁合金轮毂的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度轻量化锻造镁合金轮毂的生产方法，包括如下步骤：镁合金胚料经由精密计算并裁切成所需额定尺寸；对裁切完成的胚料进行均质化热处理；对完成均质化热处理的胚料进行锻造作业，得到锻胚；对锻胚进行加热，并通过旋形机旋形加工出所需的轮框与轮缘；对旋形完成的工件进行热处理调质，进行精密修正，得到成形的轮圈；对成形的轮圈进行研磨抛光，随后进行MAO抗氧化防蚀处理；对轮圈进行表面处理。本发明锻造方法制备的轮毂的性能得到大幅提高，明显降低轮毂的重量，实现轮毂的轻量化，而且保证轮毂较优良的机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及轮毂制造技术领域，具体涉及一种高强度轻量化锻造镁合金轮毂的生产方法。
背景技术
汽车轮圈的生产从早期三片式的钢圈逐步进展到两片式,材料的选用由碳钢进展到高强度合金钢以及铝合金等,制程的选用由金属板片冲压后再焊接、铆接组合到铸、锻复合等多样的生产方式。近年来由于环保意识的提升，轻量化、节能、减排已然成为汽车相关产业的三大重要议题。因此，铝合金材料广泛应用于轮圈的制造。
铝合金的轮圈生产大致上可分为铸造式与锻造式两种。铸造方式可以提供较低成本的产品，然而由于制程中不可避免的孔洞导入问题以及较为粗大的柱状晶粒组织，使得轮圈的结构强度与韧性等性能较差。锻造制程可以提供连续的细致流线组织以及对应的优异机械性质，因而成为高级车的首选。
相较于铝合金(密度为2.7g/cm3)，镁合金具有更低的密度、优异的制震性(1.8g/cm3)以及结构金属材料中最高的比强度(可承载强度/重量)，为轻量化金属应用材料的首选。然而，不同于铝合金的面心立方(Face centered cubic)结构，由于镁合金具有六方最密堆积(Hexagonal closed pack)的特殊结晶构造，使得固态塑性变形加工的锻造制程困难度极高；因而，限制了锻造镁合金轮圈在现阶市场的发展与普及。
以铸造方式来生产车用镁合金轮圈也是另一种选项，然而，如前所述，铸造制程所导入的孔洞率与粗晶问题劣化了工件的机械性质，也减损了镁合金对于轻量化的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度轻量化锻造镁合金轮毂的生产方法，用以解决现有技术中的铸造和锻造镁合金轮圈性能差的问题。
本发明提供了一种高强度轻量化锻造镁合金轮毂的生产方法，包括如下步骤：
(1)镁合金胚料经由精密计算并裁切成所需额定尺寸；
(2)对步骤(1)中裁切完成的胚料进行均质化热处理；
(3)对步骤(2)中完成均质化热处理的胚料进行锻造作业，得到锻胚；
(4)对锻胚进行加热，并通过旋形机旋形加工出所需的轮框与轮缘；
(5)对旋形完成的工件进行热处理调质，进行精密修正，得到成形的轮圈；
(6)对成形的轮圈进行研磨抛光，随后进行MAO抗氧化防蚀处理；
(7)对轮圈进行表面处理。
进一步的，所述镁合金胚料为AZ31、AZ70、AZ80、AZ91、AM50、AM60、 ZK或ZW镁合金材料
进一步的，所述步骤(2)镁合金胚料均质化热处理的温度为350-500℃，持温时间在2个小时以上。
进一步的，所述步骤(3)锻造作业中锻造温度为280-500℃、应变速率为0.001/秒到1/秒。
进一步的，所述步骤(4)对锻胚进行加热的加热温度为250℃以上，所述旋形机旋形加工出所需的轮框与轮缘过程中，旋形机的转速为20-500 rpm。
进一步的，所述步骤(5)对旋形完成的工件进行热处理调质，进行精密修正具体为以计算机数值控制精密加工设备车、铣处所需的轮毂外观造型，对轮框与轮缘部位的尺寸进行精密修正。
进一步的，所述步骤(7)对轮圈进行表面处理为阳极处理、物理金属蒸着、化学金属蒸着、反应式溅镀被覆和单一或多道次涂装被覆处理中的一种或几种。
采用上述本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过系统性的材料组织、制程参数、最佳化热加工条件以及最终机械性质相关性的综合研究，形成高强度轻量化锻造镁合金轮圈的制造方法，该方法所得镁合金轮圈不但在汽车使用上具有其优异性，也适用于高阶机车轮圈的使用；本发明锻造方法制备的轮毂的性能得到大幅提高，明显降低轮毂的重量，实现轮毂的轻量化，而且保证轮毂较优良的机械性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明提供了一种高强度轻量化锻造镁合金轮毂的生产方法，包括如下步骤：
(1)镁合金胚料经由精密计算并裁切成所需额定尺寸；
(2)对步骤(1)中裁切完成的胚料进行均质化热处理；
(3)对步骤(2)中完成均质化热处理的胚料进行锻造作业，得到锻胚；
(4)对锻胚进行加热，并通过旋形机旋形加工出所需的轮框与轮缘；
(5)对旋形完成的工件进行热处理调质，进行精密修正，得到成形的轮圈；
(6)对成形的轮圈进行研磨抛光，随后进行微弧氧化(MAO)抗氧化防蚀处理，使镁合金锻造轮圈表面产生一层细密陶瓷结构的反应层，以提供良好的抗氧化性质；
(7)对轮圈进行表面处理。
具体的，所述镁合金胚料为AZ31、AZ70、AZ80、AZ91、AM50、AM60、ZK 或ZW镁合金材料
具体的，所述步骤(2)镁合金胚料均质化热处理的温度为350-500℃，持温时间在2个小时以上，过低的温度处理无法达到均质效果，过高的温度处理则由于材料局部晶界的液化，劣化了后续加工质量。
具体的，所述步骤(3)锻造作业中锻造温度为280-500℃、应变速率为 0.001/秒到1/秒；由于镁合金具有特殊的六方最密堆积结晶构造，常温加工性不佳，因此，合宜的热作温度可以提供材料更多的滑移系统，改善锻造成形性，优选的，锻造温度为300-450℃；锻造速率对于成形性的影响显著，过低的应变速率会因加工时间的延长，造成胚料温度的下降，不利成形，过高的应变速率则会因材料流动重分配不及，因而无法获得所需外型与尺寸之加工件，优选的应变速率为0.001/秒至0.8/秒。
具体的，所述步骤(4)对锻胚进行加热的加热温度为250℃以上，优选的加热温度为250-450℃，所述旋形机旋形加工出所需的轮框与轮缘过程中，旋形机的转速为20-500rpm。
具体的，所述步骤(5)对旋形完成的工件进行热处理调质，以T5时效热处理，以提供进一步的强化效果以及组织与性质的安定化，进行精密修正具体为以计算机数值控制精密加工设备车、铣处所需的轮毂外观造型，对轮框与轮缘部位的尺寸进行精密修正。
进一步的，所述步骤(7)对轮圈进行表面处理为阳极处理、物理金属蒸着、化学金属蒸着、反应式溅镀被覆和单一或多道次涂装被覆处理中的一种或几种。
本发明方法制备的轮毂重量为5.5kg，拉伸强度为330Mpa，屈服强度为 205Mpa，延伸率为8％，然而同等型号的轮毂采用低压铸造所得产品的抗拉强度在245Mpa左右，屈服强度在205Mpa左右，延伸率在4.5％左右，重量一般在10.4kg左右。
综上，本发明通过系统性的材料组织、制程参数、最佳化热加工条件以及最终机械性质相关性的综合研究，形成高强度轻量化锻造镁合金轮圈的制造方法，该方法所得镁合金轮圈不但在汽车使用上具有其优异性，也适用于高阶机车轮圈的使用；本发明锻造方法制备的轮毂的性能得到大幅提高，明显降低轮毂的重量，实现轮毂的轻量化，而且保证轮毂较优良的机械性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种高强度轻量化锻造镁合金轮毂的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)镁合金胚料经由精密计算并裁切成所需额定尺寸；
(2)对步骤(1)中裁切完成的胚料进行均质化热处理；
(3)对步骤(2)中完成均质化热处理的胚料进行锻造作业，得到锻胚；
(4)对锻胚进行加热，并通过旋形机旋形加工出所需的轮框与轮缘；
(5)对旋形完成的工件进行热处理调质，进行精密修正，得到成形的轮圈；
(6)对成形的轮圈进行研磨抛光，随后进行MAO抗氧化防蚀处理；
(7)对轮圈进行表面处理。
2.根据权利要求1所述的高强度轻量化锻造镁合金轮毂的生产方法，其特征在于，所述镁合金胚料为AZ31、AZ70、AZ80、AZ91、AM50、AM60、ZK或ZW镁合金材料。
3.根据权利要求1所述的高强度轻量化锻造镁合金轮毂的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)镁合金胚料均质化热处理的温度为350-500℃，持温时间在2个小时以上。
4.根据权利要求1所述的高强度轻量化锻造镁合金轮毂的生产方法，其特征在于，所述步骤(3)锻造作业中锻造温度为280-500℃、应变速率为0.001/秒到1/秒。
5.根据权利要求1所述的高强度轻量化锻造镁合金轮毂的生产方法，其特征在于，所述步骤(4)对锻胚进行加热的加热温度为250℃以上，所述旋形机旋形加工出所需的轮框与轮缘过程中，旋形机的转速为20-500rpm。
6.根据权利要求1所述的高强度轻量化锻造镁合金轮毂的生产方法，其特征在于，所述步骤(5)对旋形完成的工件进行热处理调质，进行精密修正具体为以计算机数值控制精密加工设备车、铣处所需的轮毂外观造型，对轮框与轮缘部位的尺寸进行精密修正。
7.根据权利要求1所述的高强度轻量化锻造镁合金轮毂的生产方法，其特征在于，所述步骤(7)对轮圈进行表面处理为阳极处理、物理金属蒸着、化学金属蒸着、反应式溅镀被覆和单一或多道次涂装被覆处理中的一种或几种。
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