專(zhuān)利名稱：一種鎂合金輪轂的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種鎂合金輪轂的制造方法，更特別的是關(guān)于一種用于摩托車(chē)的鎂合金輪轂的制造方法。
二、技術(shù)背景輪轂是摩托車(chē)、汽車(chē)等交通工具上質(zhì)量最重的部件之一，同時(shí)也是最重要的部件之一。輪轂的重量是影響整車(chē)性能的重要因素。其重量稍微減輕一點(diǎn)，都將明顯改善整車(chē)的啟動(dòng)性能、剎車(chē)性能、轉(zhuǎn)彎性能以及減少油料的消耗。在所有的金屬材料中，鎂合金是最輕的，鎂的密度只有1.74g/cm3，以鎂為基的鎂合金比鋁合金約輕36％，比鋅合金約輕73％，比鋼約輕77％。并且鎂合金還具有高的比強(qiáng)度、比彈性模量、良好的剛性、減振性等一系列優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，鎂的抗熱疲勞性能明顯優(yōu)于鋁，所以鎂合金輪轂的使用期限要比鋁合金長(zhǎng)。
輪轂傳統(tǒng)的鑄造工藝有金屬型鑄造和砂型鑄造。金屬型鑄造相比砂型鑄造而言，具有如下優(yōu)點(diǎn)其機(jī)械性能比砂型鑄件高；鑄件的精度和表面光潔度比砂型鑄件高，而且質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定；鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約15～30％；不用砂或者少用砂，一般可節(jié)約造型材料80～100％；此外，金屬型鑄造的生產(chǎn)效率高；使鑄件產(chǎn)生缺陷的原因減少；工序簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。但是如果用傳統(tǒng)金屬型鑄造工藝生產(chǎn)鎂合金輪轂將存在如下缺點(diǎn)金屬型不透氣，而且無(wú)退讓性，易造成鑄件澆不足、開(kāi)裂、縮孔、氣孔等缺陷；金屬型鑄造時(shí)，鑄模的工作溫度、合金的澆注溫度和澆注方式等對(duì)鑄件的質(zhì)量的影響甚為敏感。因此，采用傳統(tǒng)金屬型鑄造的鎂合金輪轂很難達(dá)到機(jī)械性能方面的使用要求。
本發(fā)明的這些以及其他目的將通過(guò)下列詳細(xì)說(shuō)明和描述來(lái)進(jìn)一步闡述。
本發(fā)明的這些目的是通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、合金準(zhǔn)備本工藝所采用的鎂合金材料是鑄造鎂合金材料或者在鑄造鎂合金材料的基礎(chǔ)上添加0.5～2.0％的稀土元素以提高其抗拉強(qiáng)度及抗蠕變強(qiáng)度，同時(shí)還能獲得良好的鑄造性能，鎂合金成分表見(jiàn)表1。
步驟二、熔煉工藝由于鎂合金的燃點(diǎn)很低，加熱過(guò)程中易造成氧化，甚至燃燒，所以鎂合金的熔煉都必須用覆蓋劑進(jìn)行保護(hù)。以前采用的覆蓋劑與鎂合金的比重相差不大，在處理過(guò)程中不易除渣。本工藝采用一種以MgCl2、CaF2、KCl、BaCl2、MgO為主要原料的鎂合金覆蓋劑，其特點(diǎn)是比重小，同時(shí)具有無(wú)毒、無(wú)煙、無(wú)味的特點(diǎn)。這種覆蓋劑可與鎂合金熔液作用形成浮渣而分離排除掉，這樣可獲得潔凈的鎂合金熔液，減少鑄件夾渣等缺陷。這種鎂合金覆蓋劑較好的是(重量份)25～40％MgCl2，2～10％CaF2，30～50％KCl，5～15％BaCl2，1～5％MgO，加入量為鎂合金熔煉量的2～4％。
鎂與空氣中的氧、氮、水汽等反應(yīng)生成的非金屬夾雜將破壞鎂合金的力學(xué)性能，同時(shí)產(chǎn)生縮松、氣孔等缺陷。本工藝采用一種以NaCl、KCl為主要原料的鎂合金精煉劑，它能較好除去鎂合金熔液中的非金屬夾雜，使得鑄件經(jīng)熱處理、機(jī)械加工后能達(dá)到針孔度要求。鎂合金精煉劑加入量為鎂合金熔煉量的0.5～0.8％，鎂合金精煉劑較好的是由75重量份的NaCl和25重量份的KCl組成。
本工藝在熔煉時(shí)加入0.2～0.5重量份的氯化鋯或氟化鋯，或0.4～1.2重量份的氯化鈣或氟化鈣對(duì)鎂合金熔液進(jìn)行晶粒細(xì)化處理，以得到致密的鑄件，同時(shí)能大大提高鑄件的機(jī)械強(qiáng)度。
步驟三、模具改型本工藝將對(duì)傳統(tǒng)鋁合金輪轂的金屬型模具進(jìn)行如下改動(dòng)以適應(yīng)鎂合金輪轂的金屬型澆注的需要增加壁厚鎂合金單位體積熱容量較鋁合金小，導(dǎo)熱率低，冷卻快，而輪轂產(chǎn)品鎂合金液充型流程長(zhǎng)，增加模具壁厚可增強(qiáng)模具在預(yù)熱后的蓄熱能力，提高鎂合金液充型能力，防止產(chǎn)品出澆不足、冷隔類(lèi)等缺陷。
增大鑄造圓角鎂合金熱裂傾向嚴(yán)重，增大鑄件的鑄造圓角，減少熱節(jié)，可以降低鑄件產(chǎn)生裂紋的可能性。
增大補(bǔ)縮冒口鎂合金單位體積的熱容量較鋁合金小，增大冒口體積并在冒口壁面噴涂保溫材料，提高補(bǔ)縮效果，防止鑄件產(chǎn)生縮孔缺陷。
內(nèi)置電阻加熱器未預(yù)熱的金屬型不能進(jìn)行澆注。這是因?yàn)榻饘傩蛯?dǎo)熱性好/液體金屬冷卻快，流動(dòng)性劇烈降低，容易使鑄件出現(xiàn)冷隔、澆不足、夾雜、氣孔等缺陷。未預(yù)熱的金屬型在澆注時(shí)，鑄型，將受到強(qiáng)烈的熱擊，應(yīng)力倍增，使其極易破壞。因此，金屬型在開(kāi)始工作前，應(yīng)該先預(yù)熱。本工藝針對(duì)鎂合金金屬型模具的特點(diǎn)，在上模11或下模12內(nèi)設(shè)有電加熱孔22，采用電加熱，使模具表面、內(nèi)部升溫均勻，以降低模具內(nèi)部應(yīng)力，減小模具變形，延長(zhǎng)模具使用壽命。
內(nèi)置水冷裝置本工藝在下模12內(nèi)置循環(huán)水冷管23，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)水流速度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻進(jìn)度的控制，使得模具型腔對(duì)鑄件的厚大部分實(shí)現(xiàn)激冷。
內(nèi)置溫度傳感器在下模板7、滑塊9、上模板13上內(nèi)置溫度傳感器24以實(shí)現(xiàn)對(duì)電加熱裝置和水冷裝置的精確控制。I真空抽氣在上模11下模12和滑塊9之間設(shè)有抽氣通道25，在澆注之前或澆注之后用真空泵抽氣，使得合金液更好的充填鑄件薄壁處。
步驟四、模具型腔噴涂鎂合金在凝固過(guò)程中由于凝固速度快，不能形成好的溫度梯度，易出現(xiàn)澆不足、開(kāi)裂等現(xiàn)象。本工藝采用保溫涂料對(duì)全部型腔進(jìn)行噴涂，以減緩鎂合金的冷卻速度。然后在需要快速冷卻的部位噴涂急冷性涂料，以加快輪轂鑄件厚大部分的冷卻速度。這樣的組合能滿足模具型腔各部分不同的凝固要求。
步驟五、澆注方式由于金屬型的激冷和不透氣，澆注速度應(yīng)做到先慢，后快，再慢。在澆注過(guò)程中應(yīng)盡量保證液流平穩(wěn)。本工藝澆注方式采用手動(dòng)澆注，以實(shí)現(xiàn)對(duì)澆注速度的平穩(wěn)調(diào)節(jié)。同時(shí)澆包采用茶壺式澆包，鎂液從中部流出，防止沉淀雜質(zhì)及浮渣進(jìn)入鑄型。
步驟六、熱處理輪轂熱處理可以分兩種方式，第一種方式是固溶處理+不完全人工時(shí)效方式。是在410～420℃下固溶處理，加熱保溫過(guò)程中需要在淬火爐中通入CO2、SF6或SO2為主要成分的保護(hù)氣體，使其在較高溫度環(huán)境下不會(huì)加速氧化，然后在在150～200℃下進(jìn)行時(shí)效處理。第二種方式是鑄態(tài)淬火在鑄件冷卻至400～500℃時(shí)即從鑄型中取出直接浸入淬火水槽內(nèi)，冷卻至200℃以下時(shí)從水槽中取出，然后在150～200℃下時(shí)效處理。
步驟七、表面處理鎂合金摩托車(chē)輪轂表面防護(hù)方法是在鎂合金基層表面上設(shè)置有保護(hù)層。由于鎂合金主要是由鎂金屬構(gòu)成，它是一活潑金屬，容易腐蝕，因此，必須在其表面設(shè)置有保護(hù)層。該保護(hù)層可以是一種經(jīng)過(guò)微弧氧化處理后的形成的陶瓷層，也可以是鉻化處理后形成的鈍化膜等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂合金的有效防護(hù)。
其中微弧氧化的處理的工藝條件為A、生產(chǎn)設(shè)備普通塑料電解槽；B、工作電壓260V三相交流電；C、電流輸出波形脈沖矩形波；D、放置方式鎂合金輪轂作為陽(yáng)極，電解槽中的不銹鋼板作為陰極；E、工作溫度25～35℃；F、溶液配方硅酸鈉8～20克/升，氫氧化鉀6～17克/升，氟化鉀6～15克/升；G、電流密度2A/dm2；H、處理時(shí)間7～9分鐘；I、鎂合金輪轂氧化層厚度約為5～10微米，硬度HRC 70；本發(fā)明提供的鎂合金輪轂的制造方法是在傳統(tǒng)鋁合金輪轂的制造工藝和鎂合金熔煉工藝的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)技術(shù)創(chuàng)新而成的，相比傳統(tǒng)工藝而言具有眾多優(yōu)點(diǎn)。首先，由于本工藝的熔煉方式對(duì)含有大量稀土元素的鎂合金能起到保護(hù)作用，從而可以獲得高潔凈的鎂合金溶液用于澆注。其次，本工藝的模具對(duì)于澆注輪轂這種充型流程較長(zhǎng)，而強(qiáng)度要求較高的鑄件而言能保證較高的成品率。再次，本工藝能用于各種鎂合金輪轂的澆注，具有廣泛的適用性。用本發(fā)明的方法生產(chǎn)的輪轂具有強(qiáng)度高、精密度高、夾雜少、表面光潔、減震性能高、節(jié)油效果好等突出優(yōu)點(diǎn)。
以下通過(guò)附圖及其說(shuō)明來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
在上模11或下模12內(nèi)設(shè)有電加熱孔22，在下模12內(nèi)置循環(huán)水冷管23(在下模12內(nèi)環(huán)繞一圈)，在下模板7、滑塊9、上模板13上內(nèi)置溫度傳感器24，在上模11、下模12和滑塊9之間設(shè)有抽氣通道25。
以下通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但實(shí)施例僅用于說(shuō)明，并不能限制本發(fā)明的范圍。
在本發(fā)明中，所有的原料及設(shè)備均可從市場(chǎng)購(gòu)得，鉻化處理的技術(shù)也是公知的。
在本發(fā)明中，如非特指，所有的量、份均為重量單位。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1鎂合金輪轂產(chǎn)品用在華鷹公司所產(chǎn)凌鷹摩托車(chē)上的MT2.5×10型前后輪轂。
A在AZ81鎂合金材料的基礎(chǔ)上添加占總重量1.9％的含50％鈰的稀土混合元素。
B采用一種以38％重量的MgCl2、4％重量的CaF2、47％重量的KCl、8％重量的BaCl2、3％重量的MgO為原料的鎂合金覆蓋劑(加入量為鎂合金材料熔煉量的2％)，采用一種以75％重量的NaCl、25％重量的KCl為原料的鎂合金精煉劑(加入量為鎂合金材料熔煉量的0.6％)，加入占總量0.4％的氯化鋯對(duì)鎂合金熔液進(jìn)行晶粒細(xì)化處理。
C、采用如

圖1所示的輪轂?zāi)＞撸?duì)模具型腔噴涂，然后澆注。澆注速度應(yīng)做到先慢，后快，再慢。在澆注過(guò)程中應(yīng)盡量保證液流平穩(wěn)。本工藝澆注方式采用手動(dòng)澆注，同時(shí)澆包采用茶壺式澆包，鎂液從中部流出，防止沉淀雜質(zhì)及浮渣進(jìn)入鑄型。
D、輪轂熱處理采用固溶處理+不完全人工時(shí)效方式在450℃下固溶處理，加熱保溫過(guò)程中在淬火爐中通入0.6重量％SF6+99.4重量％CO2的混合保護(hù)氣體，然后在152℃下進(jìn)行時(shí)效處理。
E、表面處理方式采用微弧氧化處理，其工藝條件為1、生產(chǎn)設(shè)備普通塑料電解槽；2、工作電壓260V三相交流電；3、電流輸出波形脈沖矩形波；4、放置方式鎂合金輪轂作為陽(yáng)極，電解槽中的不銹鋼板作為陰極；5、工作溫度25℃；6、溶液配方硅酸鈉12克/升，氫氧化鉀10克/升，氟化鉀6～9克/升；7、電流密度2A/dm2；
8、處理時(shí)間7分鐘；9、鎂合金輪轂氧化層厚度約為8微米，硬度HRC 70；實(shí)施例2鎂合金輪轂產(chǎn)品用途為重慶隆鼎動(dòng)力機(jī)械有限公司所產(chǎn)動(dòng)力自行車(chē)上的18英寸前后輪轂。
A、在AM50A鎂合金材料的基礎(chǔ)上添加總重量1.2％的含85％釹的稀土混合元素。
B、采用一種37％重量的MgCl2、5％重量的CaF2、45％重量的KCl、9％重量的BaCl2、4％重量的MgO為原料的鎂合金覆蓋劑(加入量為鎂合金材料熔煉量的4％)，一種以74重量％的NaCl、26重量％的KCl為原料的鎂合金精煉劑(加入量為鎂合金材料熔煉量的0.8％)，加入1.2％的氯化鈣對(duì)鎂合金熔液進(jìn)行晶粒細(xì)化處理。
C、同例1的步驟C。
D、輪轂熱處理采用鑄態(tài)淬火方式在鑄件冷卻至500℃時(shí)即從鑄型中取出直接浸入淬火水槽內(nèi)，冷卻至410℃以下時(shí)從水槽中取出，然后在150℃下進(jìn)行時(shí)效處理。
E、表面處理方式采用處理鉻化處理。
鑄造鎂合金成分表

權(quán)利要求
1.一種鎂合金輪轂的制造方法，其特征包括合金準(zhǔn)備、熔煉、模具改型、模具型腔噴涂、澆注方式、熱處理、表面處理等步驟，其中所述的合金準(zhǔn)備是在鑄造鎂合金材料的基礎(chǔ)上添加0.5～2.0重量％的稀土元素。
2.如權(quán)利要求1所述的鎂合金輪轂的制造方法，其特征在于所述的熔煉步驟包括在熔煉時(shí)加入以MgCl2、CaF2、KCl、BaCl2、MgO為主要原料的鎂合金覆蓋劑，加入量為鎂合金熔煉量的2～4％，這種鎂合金覆蓋劑較好的是(重量份)25～40％MgCl2，2～10％CaF2，30～50％KCl，5～15％BaCl2，1～5％MgO。
3.如權(quán)利要求1所述的鎂合金輪轂的制造方法，其特征在于所述的熔煉步驟包括在熔煉時(shí)加入以NaCl、KCl為主要原料的鎂合金精煉劑，加入量為鎂合金熔煉量的0.5～0.8％，較好的是75重量份的NaCl和25重量份的KCl。
4.如權(quán)利要求1所述的鎂合金輪轂的制造方法，其特征在于所述的熔煉步驟包括在熔煉時(shí)加入0.2～0.5重量份的氯化鋯或氟化鋯，或0.4～1.2重量份的氯化鈣或氟化鈣。
5.如權(quán)利要求1所述的鎂合金輪轂的制造方法，其特征在于所述的模具改型步驟包括增加模具壁厚、增大模具鑄造圓角、增大補(bǔ)縮冒口，在模具內(nèi)內(nèi)置電阻加熱器、水冷裝置、溫度傳感器，并且真空抽氣。
6.如權(quán)利要求5所述的鎂合金輪轂的制造方法，其特征在于在上?；蛳履?nèi)設(shè)有電加熱孔，采用電加熱，在下模內(nèi)置循環(huán)水冷管，在下模板、滑塊、上模板上內(nèi)置溫度傳感器，所述的真空抽氣是在上模、下模和滑塊之間設(shè)有抽氣通道，在澆注之前或澆注之后用真空泵抽氣。
7.如權(quán)利要求1所述的鎂合金輪轂的制造方法，其特征在于所述的熱處理步驟是在400～500℃下固溶處理，加熱保溫過(guò)程中需要在淬火爐中通入CO2、SF6或SO2為主要成分的保護(hù)氣體，然后在在150～200℃下進(jìn)行時(shí)效處理。
8.如權(quán)利要求1所述的鎂合金輪轂的制造方法，其特征在于所述的熱處理步驟是在鑄件冷卻至400～500℃時(shí)即從鑄型中取出直接浸入淬火水槽內(nèi)，冷卻至200℃以下時(shí)從水槽中取出，然后在150～200℃下時(shí)效處理。
9.如權(quán)利要求1所述的鎂合金輪轂的制造方法，其特征在于所述的表面處理為微弧氧化處理，工藝條件為A、生產(chǎn)設(shè)備普通塑料電解槽；B、工作電壓260V三相交流電；C、電流輸出波形脈沖矩形波；D、放置方式鎂合金輪轂作為陽(yáng)極，電解槽中的不銹鋼板作為陰極；E、工作溫度25～35℃；F、溶液配方硅酸鈉8～20克/升，氫氧化鉀6～17克/升，氟化鉀6～15克/升；G、電流密度2A/dm2；H、處理時(shí)間7～9分鐘；I、鎂合金輪轂氧化層厚度約為5～10微米，硬度HRC 70。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鎂合金輪轂的制造方法，包括合金準(zhǔn)備、熔煉、模具改型、模具型腔噴涂、澆注方式、熱處理、表面處理等步驟，其中所述的合金準(zhǔn)備是在鑄造鎂合金材料的基礎(chǔ)上添加0.5～2.0重量％的稀土元素。熔煉步驟包括在熔煉時(shí)加入以MgCl
文檔編號(hào)B22D25/06GK1439539SQ0310903
公開(kāi)日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2003年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月3日
發(fā)明者曹建勇, 章宗和, 唐貴兵, 涂建華, 王軍 申請(qǐng)人:重慶鎂業(yè)科技股份有限公司