一種鎂合金輪轂的超塑性模鍛工藝的製作方法

2023-05-09 02:50:56

本發明涉及鍛造技術領域，尤其涉及一種鎂合金輪轂的超塑性模鍛工藝。

背景技術：

鋁合金憑藉自身諸多優點，目前在車用輪轂，特別是轎車輪轂上得到廣泛應用。與其相比，鎂合金則更有發展優勢：(1)質量輕，密度約為1.78g/cm3，僅為鋁合金輪轂的64％；(2)比強度、比高度高，可以滿足汽車輪轂的使用要求；(3)具有較高的彈性模量，抗震性能好，用作輪轂時更適合在高低不平的路面上行駛。隨著現代汽車節能減排要求的不斷提高、安全和環保法規的日趨嚴格及車輛輕量化的發展趨勢，用鎂合金取代鋁合金已成為汽車輪轂的發展方向。

Mg-Al系合金是應用最為廣泛的一類合金。壓鑄和變形合金主要是Mg-Al系合金，其中變形鎂合金以高性能AZ80系列為代表。其中AZ80的強度和耐腐蝕性要遠優於AZ31，與ZK60相當；而成本則低於ZK60與AZ31相當AZ80變形鎂合金在綜合力學性能上跟其他材料相比有相當大的優勢。

目前，鎂合金輪轂主要採用壓鑄成形，但是由於鑄造工藝產生的縮孔、疏鬆等缺陷降低了零件的力學性能，導致鎂合金構件的應用受到限制。因此，需要新工藝來提高產品性能，使其廣泛應用於汽車行業。

技術實現要素：

本發明的目的在於提出一種鎂合金輪轂的超塑性模鍛工藝，能夠使得鎂合金輪轂具有較高的強度，並具有良好的高低溫性能。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

一種鎂合金輪轂的超塑性模鍛工藝，其將鎂合金坯料進行均勻化退火處理，在等溫的組合成型模具中進行超塑性模鍛成型，鍛後室溫冷卻，繼而在380℃-420℃下進行加熱固溶水淬，再經120℃-220℃下進行人工時效處理，隨後進行精密加工、微弧氧化、塗裝，得到鎂合金輪轂；所述鎂合金為添加有0.2-0.8wt％RE的AZ80鎂合金，所述RE為Gd和Nd以1:2～2:1混合的混合物。

優選的，所述加熱固溶水淬時間為4-12小時，優選6-10小時。

優選的，所述人工時效處理時間為8-24小時，優選12-18小時。

AZ80鎂合金添加稀土之後，樹枝晶形貌有所改善，Mg17Al12相呈斷網狀分布，而α-Mg和Mg17Al12生成的層片狀相明顯增多，稀土相以不規則塊狀分布，部分發生偏聚。時效後加入稀土的合金抗拉強度較AZ80提高了30-50MPa,以Gd和Nd的搭配添加後力學性能最優。改變Gd和Nd的添加含量，其中以總量為0.5％(wt.％)的添加量得到的合金抗拉強度和屈服強度較高。

AZ80稀土鎂合金擠壓後的組織中纖維組織較明顯，AZ80析出的Mg17Al12相較多，但是隨著RE含量的增多，Mg17Al12相析出減少，晶粒尺寸也有所增大，過多的稀土相弱化了動態再結晶的效果。因此適宜的稀土添加量為0.2-0.8wt％，優選0.3-0.6wt％。

依據《乘用車輪性能要求和試驗方法》(GB/T15334-2005)和《乘用車輪衝擊試驗方法》(GB/T15704-1995)國家標準，對得到的鎂合金輪轂進行力學性能特性檢測。試驗採用國標GB/T228-2002規定的標準拉伸試驗，試驗樣品厚度為2mm。

試驗證明，經過超塑性模鍛成型和熱處理後，鎂合金強度提升了60％，塑性大幅度改善。說明本發明的超塑性模鍛成型與特定的熱處理工藝產生了協同效應。

將RE改良的鎂合金輪轂切割，經橫向筋和直向筋拉力測試，抗拉強度平均值達到358MPa，而與其對比經鑄造得到的輪轂的拉伸強度平均值只能達到245MPa，伸長率平均值達到12.9％，其抗拉強度和屈服強度、斷裂伸長率遠比鑄造鎂合金輪轂及鑄造鎂合金鋁合金輪轂高。

由於輪轂在自然環境下使用，經受寒暑交替的溫度變化，因此，對其低溫與高溫性能也有較高的要求。實驗證明，所述鎂合金輪轂的低溫、高溫強度和塑性性能優良，高溫未顯著軟化，低溫未脆化，可以滿足各種極端自然環境的使用。

本發明得到的鎂合金輪轂，T6熱處理後，各部位抗拉強度超過358MPa，屈服強度超過231MPa，平均伸長率12.9％。在-75℃到260攝氏度拉伸試驗中證明其高低溫性能良好。

具體實施方式

下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

實施例1

一種鎂合金輪轂的超塑性模鍛工藝，其將鎂合金坯料進行均勻化退火處理，在等溫的組合成型模具中進行超塑性模鍛成型，鍛後室溫冷卻，繼而在380℃下進行加熱固溶水淬5小時，再經120℃下進行人工時效處理12小時，隨後進行精密加工、微弧氧化、塗裝，得到鎂合金輪轂。

所述鎂合金為添加有0.2wt％RE的AZ80鎂合金，所述RE為Gd和Nd以1:1混合的混合物

實施例2

一種鎂合金輪轂的超塑性模鍛工藝，其將鎂合金坯料進行均勻化退火處理，在等溫的組合成型模具中進行超塑性模鍛成型，鍛後室溫冷卻，繼而在420℃下進行加熱固溶水淬10小時，再經220℃下進行人工時效處理18小時，隨後進行精密加工、微弧氧化、塗裝，得到鎂合金輪轂。

所述鎂合金為添加有0.5wt％RE的AZ80鎂合金，所述RE為Gd和Nd以1:2混合的混合物。

實施例1-2得到的鎂合金輪轂，T6熱處理後，各部位抗拉強度超過358MPa，屈服強度超過231MPa，平均伸長率12.9％。在-75℃到260攝氏度拉伸試驗中證明其高低溫性能良好。