專利名稱：鎂合金汽車輪轂鑄擠復合成形方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鎂合金的鑄造及擠壓成形技術，特別涉及鎂合金汽車輪轂及圓環(huán)或盤形零件的鑄擠復合成形方法。
背景技術：
隨著國內汽車工業(yè)的發(fā)展，特別是高檔汽車的不斷創(chuàng)新，為減輕汽車自身重量、提高節(jié)油效率，降低排放污染，確保汽車安全等，鎂合金材料越來越來受到汽車制造廠商的青睞，并已開始得到應用。對于汽車輪轂這樣的環(huán)盤形零件，目前多采用重力鑄造、鑄錠—模鍛、鑄錠—模鍛—軋制等方法來制造。如《鑄造技術》雜志2001年5月刊登的“鎂合金汽車輪鑄造研究”一文，重力鑄造生產(chǎn)汽車輪轂的研究結論表明，工藝出品率65％，盡管采取了許多工藝措施，但是受鑄造工藝限制，其產(chǎn)品中所存在的縮松、氣孔、裂紋等鑄造缺陷總是無法避免。其鑄造晶粒粗大，嚴重影響產(chǎn)品的機械性能。沒有使鎂合金材料性能和特點得到充分發(fā)揮。而美國專利US005902424A公開了一種鎂合金成型的加工方法，(METHOD OF MAKING AN ARTICLE OF MANUFCTURE MADE OF MAGNESUMALLOY)這是一種采用連鑄鎂合金圓棒料為鍛坯，經(jīng)模鍛工藝成型后，由軋制工藝完成制造汽車輪轂產(chǎn)品。這種方法使鎂合金材料制成的輪轂具有良好組織和機械性能，但其工藝復雜，所需的設備較多，投資大，生產(chǎn)成本很高。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對以上所述不同的鎂合金生產(chǎn)汽車輪轂的工藝方法存在的不足進行改進，提出即能夠提高輪轂及環(huán)盤形零件的強度，所需設備又少，工藝簡單的鑄擠復合成形方法。
對于生產(chǎn)鎂合金汽車輪轂典型產(chǎn)品采用鑄擠復合成形，主要存以下困難以六方晶體結構為主要特征的鎂合金塑性低，熱變形流動性差；輪轂形狀較為復雜，變壁原型腔難以完全充滿，給擠壓成形時帶來許多困難。為此，本發(fā)明提供了鎂合金汽車輪轂鑄擠復合成形方法，采用鑄造工藝制成所需的坯料，其特點是還有預成形，臨界控制變形的鐓擠成形與等溫擠壓，及精整形工序，其中a、精鑄坯料及預成形后留有使金屬材料得以順利地充滿整個模具型腔的擠壓過程中所需分配金屬材料體積的預分配量；b、采用臨界控制變形方法控制鎂合金材料的變形程度、變形速率及變形溫度相關參數(shù)，并控制在許用范圍內；c、在模具腔內噴涂降低變形抗力和提高模具壽命和產(chǎn)品表面質量的滑劑。
其方法中為防止再加熱引起晶粒長大導致機械性能下降，隨工藝的增加采用逐漸降低成形溫度的方法。
本發(fā)明所提供的鎂合金汽車輪轂鑄擠復合成形方法，它與背景技術模鍛—軋制工藝相比較，簡化了工藝、減少了設備，降低了生產(chǎn)成本，而它與重力鑄造工藝相比較，通過精鑄制坯，合理地留有擠壓變形余量，采用臨界控制變形和潤滑劑保證了金屬材料填充型腔，細化了晶粒組織，制品的內部組織更加致密，晶粒尺寸更小，提高了鎂合金輪轂等產(chǎn)品的機械性能和表面質量。它克服了重力鑄方法所產(chǎn)生無法滿足輪轂使用要求性能低的缺陷，并可達到模鍛軋制方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品機械性能要求。為生產(chǎn)高檔汽車提供鎂合金輪轂的生產(chǎn)方法。同時，它也可以用于生產(chǎn)其它的鎂合金環(huán)形和盤形零件。
四

圖1是用鎂合金汽車輪轂鑄擠復合成形方法生產(chǎn)的汽車輪轂的結構和形狀示意圖。
五具體實施例方式
圖1所示為汽車輪轂，它是環(huán)形和盤形零件的典型零件，其結構和形狀十分復雜，適合于鑄擠復合成形汽車輪轂的鎂合金有Mg-Mn、Mg-AL-Zn及Mg-Zn-Zr等系的合金。本具體實施應用選擇Mg-Zn-Zr系合金MB15鎂合合金。
鎂合金汽車輪轂鑄擠復合成形方法，其具體的工序和步驟如下
精確鑄坯—均勻化處理—加熱—預成形—臨界控制變形的鐓擠成形、等溫擠壓—熱處理—表面清理—整形—后續(xù)機加工—表面處理—組織性能檢測。
1、合金成份控制與組織設計Mg-Zn-Zr系合金金屬于高強鎂鎂合金。鋅在鎂中有較高的溶解度，有明顯的時效硬化效應，鋅含量升高到6％，強度達極大值，更多的鋅并不能繼續(xù)提高強度，反而使塑性急聚下降；鋯在起到細化晶粒的作用。對MB15合金，鋅的含量控制在5-6％，鋯的含量為0.8％左右，具有較高的綜合力單性能。鑄坯組織在后續(xù)擠壓成形中不開裂，經(jīng)臨界控制變形后使輪轂達到使用要求。
2、鑄坯及均勻化處理在采用連續(xù)或半連續(xù)精密鑄造制成所需坯料過程中，坯料形狀直接關系到金屬的流動規(guī)律與定位的誤差，因此，在計算機模機的基礎上進行坯料形狀的設計，并且留有預成形，擠壓過程中充滿整個模具型腔所需分配金屬材料體積的預分配量，精確控制金屬材料體積的預分配。即可以保證最終制品輪轂的尺寸精度，又可以有效地減小變形力。坯料澆注溫度為650-750℃，在澆注時應去除溶液表面的熔劑、氧化物等，為防止鎂合金熔液的氧化，在其表面用CO2或Ar氣體保護。成形的鑄坯進行均勻化退火處理，MB15合金在420±5℃保溫32小時。
3、擠壓成形過程及潤滑汽車輪轂的成形方法的主要工藝過程包括鑄坯—預成形—鐓擠成形—等溫擠壓—精整形。在預成形、擠壓成形中對坯料與模具之間使用機油加10％石墨的潤滑劑，噴涂模腔內進行潤滑，用以降低變形抗力，提高模具壽命，保證擠壓成形的輪轂表面質量達到要求。
4、臨界控制變形在鐓擠成形、等溫擠壓的工藝過程中的臨界控制變形方法實質上就是實現(xiàn)變形溫度、變形程度以及變形速率的合理匹配。眾所周知，汽車輪轂性以及要影響因素有材料機械性能(包括沖擊性能，彎曲疲勞性能及經(jīng)向疲勞性能)、晶粒度、氣密性及表面質量等。在采用擠壓工藝成形的零件材料機械性能、晶粒度及表面質量等都與變形程度ε，變形速率ε和變形溫度T等參數(shù)相關。只有通過監(jiān)界控制變形方法，才可獲得滿足晶粒組織與機械性能要求的汽車輪轂。對以六方晶體結構為主要特征的鎂合金塑性低，熱變形流動性差，以變形溫度、變形速率都非常敏感。采用MB15合金，為防止再加熱引起晶粒長大導致機械性能下降，溫度隨工序的依次增加而下降，鑄坯預成形溫度為370±10℃，等溫擠壓溫度為340±10℃，精整溫度為200±5℃；其臨界控制變形的變形溫度、變形程度和變形速率為即等溫擠壓溫度為340±10℃，擠壓速度1-2m/min，變形量應大于或等于75％的壓下率。在擠壓成形過程中在50-75％壓下率的，坯料的強度幾乎不變，其伸長也不變，沖擊值隨變形量的增加而增大，為此，變形程度應大于等于75％壓下率的變形量。
5、熱處理及組織性能檢測對Mg-Zn-Zr系鎂合金MB15采用熱處理、即單一人工時效處理以獲得較高的綜合機械性能。熱處理工藝規(guī)程175±5℃保溫16小時。其性能強度極可達到σs＝350Mpa以上，可完全滿足高檔汽車輪轂的機械強度需要。
權利要求
1.一種鎂合金汽車輪轂鑄擠復合成形方法，采用鑄造工藝制成所需的坯料，其特征在于還有預成形，臨界控制變形的鐓擠成形與等溫擠壓，及精整形工序，其中a、精鑄坯料及預成形后留有使金屬材料得以順利地充滿整個模具型腔的擠壓過程中所需分配金屬材料體積的預分配量；b、采用臨界控制變形方法控制鎂合金材料的變形程度、變形速率及變形溫度相關參數(shù)，并控制在許用范圍內；c、在模具腔內噴涂降低變形抗力和提高模具壽命和產(chǎn)品表面質量的滑劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鎂合金汽車輪轂鑄擠復合成形方法，其特征在于所述的成形方法中包括的工序和步驟如下精確鑄坯—均勻化處理—加熱—預成形—臨界控制變形的鐓擠成形、等溫擠壓—熱處理—表面清理—整形—后續(xù)機加工—表面處理—組織性能檢測。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種鎂合金汽車輪轂鑄擠復合成形方法，其特征在于所述的鑄造工藝采用連續(xù)或半連續(xù)精密鑄造工藝制成的所需的坯料，澆注溫度為650-750℃，澆注時去除熔液表面的溶劑、氧化物，使用CO2或Ar氣體保護溶液表面。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種鎂合金汽車輪轂鑄擠復合成形方法，其特征在于為防止再加熱引起晶粒長大導致機械性能下降，隨工序的增加，成形坯料的溫度逐漸下降。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種鎂合金汽車輪轂鑄擠復合成形方法，其特征在于工序的成形溫度最佳控制范圍鑄坯預成形溫度為370±10℃，臨界控制變形方法控制的最佳參數(shù)為等溫擠壓溫度為340±10℃，其擠壓速度控制在1-2m/min，其變形成度應大于或等于75％壓下率的變形量；精整形溫度為200±5℃。
全文摘要
本發(fā)明提供了鎂合金汽車輪轂鑄擠復合成形方法，采用鑄造工藝制成具有合理原始組織和形狀坯料，特點是還有預成形、鐓擠成形與等溫擠壓、以及精整形工序；其中鑄坯及預成形后留有充滿模具型腔的擠壓過程中所需的預分配量；采用臨界控制變形方法控制鐓擠成形與等溫擠壓過程中的變形程度，變形速率和變形溫度等參數(shù)，并控制在其許可范圍內；在模具中噴涂石墨潤滑劑。為了防止再熱引起晶粒長大導致機械性能下降，隨工序的增加，成形坯料的溫度逐漸下降。本方法所制成輪轂晶粒細，機械性能和表面質量好。它也適合于其它的鎂合金環(huán)形和盤形零件的生產(chǎn)制造的使用。
文檔編號B60B3/06GK1429717SQ0310089
公開日2003年7月16日 申請日期2003年1月27日 優(yōu)先權日2003年1月27日
發(fā)明者張治民, 王強, 李保成, 張星, 李國俊 申請人:華北工學院