镁合金汽车轮毂

镁合金制造的汽车轮毂

20世纪70年代以来，各国尤其是发达国家对汽车的节能和尾气排放提出了越来越严格的限制，1993-1994年欧洲汽车制造商提出“3公升汽油轿车”的新概念。美国提出了“PNGV”（新一代交通工具）的合作计划。其目标是生产出消费者可承受的每百公里耗油3公升的轿车，且整车至少80％以上的部件可以回收。这些要求迫使汽车制造商采用更多高新技术，生产重量轻、耗油少、符合环保要求的新一代汽车。据测算，汽车自重减轻10％，其燃油效率可提高

的年排放量就能减少30％以上。

5.5％，如果每辆汽车能使用70公斤镁，CO

2

镁作为实际应用中最轻的金属结构材料，在汽车的减重和性能改善中的重要作用受到人们的重视。

镁合金制品镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm3镁合金左右），相对强度较高（铝合金和铁），弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。在实用金属中是最轻的金属,镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属,高强度、高刚性。

镁合金的加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。应用范围:镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高。比刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢，远高于工程塑料。在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPa，最高可达600多MPa。屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。镁合金还个有良好的耐腐蚀性能，电磁屏蔽性能，防辐射性能，可做到100% 。镁合金铸件可回收再利用。镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高，可进行高精度机械加工。镁合金具有良好的压

铸成型性能，压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。

在振动源附近的零件上使用镁合金可减小振动达到低噪音。此外，为了在汽车受到撞击后提高吸收冲击力和轻量化，在轮毂上使用镁合金。（此处以AM60B为主要研究对象，其延伸率和抗冲击力大。材料名：AM60B；密度(g/cm3)：1.79；熔点(℃)：615；导热系数(W/Mk)：62；抗拉强度(MPa): 270；屈服点(MPa): 140；延伸率(%):15；比强度: 151；杨氏模量(GPa): 45。）采用PF压铸法（Pore Free Die Cast）【1】获得致密组织轮毂，后通过T4处理【2】提高其韧性，再采用特殊表面处理达到外观及使用要求。

大体工艺流程为：1.镁合金融化提纯，压铸前准备；2.以浇注温度680℃，模具温度180℃，压射比压75Mpa,压射速度3m/s高压压射镁合金液体进入全自动冷却压铸模内成型；3.退火处理；4.表面机械抛光→除蜡→碱洗→酸洗→活化→浸锌→电镀镍→焦磷酸盐镀铜→电镀酸铜、半光亮镍、亮镍和铬。其中在上述各步骤间分别用一次水水洗，且电镀镍步骤的溶液配方与操作条件为：硫

酸镍（ＮｉＳＯ

4 ·6Ｈ

2

Ｏ）：100-120ｇ·ｄｍ-3，氟化物（Ｆ－）：1.0-1.5ｍ

ｏｌ·ｄｍ-3，柠檬酸铵（（ＮＨ

4 ）

3

Ｃ

６

Ｈ

５

Ｏ

７

）：15-20ｇ·ｄｍ－３，糖精钠：

１－３ｇ·ｄｍ－３，ｐＨ值：4.8-5.4，阴极电流密度：２－４Ａ·ｄｍ－２，温度：45-55℃，时间：20-30ｍｉｎ。

【1】：又称充氧压铸，它是将活性气体预先充满压铸模的型腔，压铸时熔融状态的金属便与活性气体化合成固体状态化合物，从而获得不含气孔的压铸件的一种特殊压铸法。在铝合金压铸模的型腔充满了氧气之后，当压射时进入型腔的铝合金立即与氧气化合反应生成合成金属氧化物氧化铝（AL2O3）,并作为杂质留于铸件中，由于仅含0.1%～0.2%，因而并不影响铸件的性能。另外充氧压铸的铸件，可进行热处理和焊接。热处理后，抗拉强度、屈服强度、冲击韧性都有显著提高。充氧压铸技术压铸件气孔中的气体绝大部分为N2和H2,几乎没有O2,主要原因是O2与活性金属发生反应生成了固体氧化物,这为充氧压铸技

术提供了理论基础。充氧压铸是在压铸前将氧气充入型腔,取代其中的空气。当金属液进入型腔时,一部分氧气从排气槽排出,残留的氧与金属液发生反应,生成弥散状的氧化物微粒,在铸型内形成瞬间真空,从而获得无气孔的压铸件。充氧压铸过程中,型腔内的真空是由化学反应产生的。生产中为保证安全性,应严格控制充氧量,降低型腔压力,使其与充氧压力相匹配。将真空压铸与充氧过程结合起来,使型腔处于负压状态,可获得更好的效果。在金属液充型过程中,应使金属液以弥散喷射状态充型。浇道尺寸的大小也对充氧压铸的效果有较大影响,适当的浇道尺寸既可以满足金属液以紊流形式充满铸型,又可以避免金属液温度下降得过快。氧化物的高度弥散分布不会对铸件产生不利影响,反而可提高铸件的硬度,并使热处理后的组织细化。充氧压铸可用于与氧反应的Al、Mg及Zn合金。充氧压铸具有技术和经济上的优势。

【2】：T4:只有在“铸造铝合金”才有应用；退火将钢件加热到一定温度，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，从而得到接近平衡状态组织的一种热处理方法。