一种镁合金方向盘骨架的制备方法与流程

本发明涉及金属材料领域，特别涉及一种高强韧镁合金方向盘骨架的压铸成型及热处理方法。

背景技术：

近年来，环境与能源问题成为焦点，镁合金作为最轻的金属结构材料已成为研究热点。其中，mg-al系合金是目前应用最为广泛的压铸镁合金，方向盘骨架是应用最为普遍的镁合金压铸件，但目前所用合金牌号几乎都是am50/am60压铸镁合金，其特点是强度低于另一个广为应用的压铸镁合金牌号az91，但伸长率远大于az91。为此，目前很多研究试图开发一种强度达到az91压铸合金，塑性与am50/am60压铸合金相当，成本也与am50/am60压铸合金接近，流动性和热裂敏感性不高于am50/am60压铸合金的新型合金，以满足承载能力较高的商用方向盘骨架轻量化与安全性的需求。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是改善和提高方向盘骨架镁合金材料的力学性能，将通过真空压铸接着固溶处理的方法对az91镁合金进行改性，提高相同壁厚条件下镁合金方向盘骨架的承载能力，或在承受相同载荷条件下减小压铸件所需要的壁厚。采用本发明得到的az91-t4固溶态镁合金方向盘骨架，其强度、韧性及压铸成型工艺性能均明显要高于am50/am60压铸态镁合金。

技术方案：

一种镁合金方向盘骨架的制备方法，其特征在于：

该方法包括如下步骤：

（1）将az91镁合金铸锭烘干后装入熔炉内，覆盖保护气体并熔化；

（2）将溶化后金属液置于压铸机的压室中；

（3）真空压铸；压铸浇铸温度为670-690℃，模具温度控制在200-220℃，模具型腔真空度控制在5-10kpa；

（4）固溶处理；加热温度为415±10℃，所述固溶处理加热速度设定为3-5℃/min，保温8-12h，出炉空冷至室温。

所述的镁合金方向盘骨架的制备方法，其特征在于：采用az91-f镁合金锭为原料。

所述的镁合金方向盘骨架的制备方法，其特征在于：所述固溶处理加热速度设定为3℃/min。

所述的镁合金方向盘骨架的制备方法，其特征在于：所述固溶处理温度设置为415℃。

所述的镁合金方向盘骨架的制备方法，其特征在于：所述固溶处理保温时间8h，出炉空冷至室温后不再进行人工时效处理。

优点及效果：

通过对真空压铸az91镁合金压铸态方向盘骨架进行固溶处理，可以明显提高材料的强韧性，特别是可提高r=-1下的应变疲劳过渡寿命80-100%，并在高应变幅时表现出具有较高的疲劳寿命。其综合性能指标明显优于目前广泛应用的am50和am60合金。

附图说明：

图1为本发明实施例1制备的az91-t4合金与am50镁合金压铸态方向盘骨架取样的拉伸性能；

图2为本发明实施例1制备的az91-t4合金与am50镁合金压铸态方向盘骨架取样的basqin和manson-coffin曲线。

具体实施方式：

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不受实施例的限制。

本方法包括以下步骤：

（1）将az91镁合金铸锭烘干后装入熔炉内，覆盖保护气体并熔化；

（2）将溶化后金属液置于压铸机的压室中；

（3）真空压铸；压铸浇铸温度为670-690℃，模具温度控制在200-220℃，模具型腔真空度控制在5-10kpa；

（4）固溶处理；加热温度为415±10℃，所述固溶处理加热速度设定为3-5℃/min，保温8-12h，出炉空冷至室温。

本方法采用az91-f镁合金锭为原料。

固溶处理加热速度优选设定为3℃/min。

固溶处理温度优选设置为415℃。

所述固溶处理优选保温时间8h，出炉空冷至室温后不再进行人工时效处理。

所述通过真空压铸制备高致密度的az91-f合金，其孔隙率小于1%。这样能够保证压铸件的致密度，可防止压铸件在热处理过程中产生起泡和变形。

实施例1

将真空压铸制备的az91-f合金方向盘骨架放入到热处理炉中进行固溶处理，固溶处理温度设定为415℃，室温装炉，加热速度设定为3℃/min，保温时间设定为4h；完成固溶处理之后，取出样件空冷。所得方向盘骨架取样进行拉伸及疲劳性能测试，抗拉强度为245mpa，伸长率为9.8%。如图2所示由低周疲劳寿命曲线对比可见，固溶处理对镁合金低周疲劳行为有很大的影响。固溶处理使得镁合金的韧性提高，使其过渡疲劳寿命（nt）显著增加，并在高应变幅时表现出具有较高的疲劳寿命。

实施例2

将真空压铸制备的az91-f合金方向盘骨架放入到热处理炉中进行固溶处理，固溶处理温度设定为415℃，室温装炉，加热速度设定为3℃/min，保温时间设定为8h；完成固溶处理之后，取出样件空冷。所得方向盘骨架取样进行拉伸及疲劳性能测试，抗拉强度为240mpa，伸长率为10%。

实施例3

将真空压铸制备的az91-f合金方向盘骨架放入到热处理炉中进行固溶处理，固溶处理温度设定为415℃，室温装炉，加热速度设定为3℃/min，保温时间设定为12h；完成固溶处理之后，取出样件空冷。所得方向盘骨架取样进行拉伸及疲劳性能测试，抗拉强度为238mpa，伸长率为10.8%。

结论：

通过对真空压铸az91镁合金压铸态方向盘骨架进行固溶处理，可以明显提高材料的强韧性，特别是可提高r=-1下的应变疲劳过渡寿命80-100%，并在高应变幅时表现出具有较高的疲劳寿命。其综合性能指标明显优于目前广泛应用的am50和am60合金。

技术特征：

技术总结
一种镁合金方向盘骨架的制备方法，属于材料技术领域，主要采用AZ91‑F镁合金，以及真空压铸成型后固溶处理的制备工艺，替代AM50‑F/AM60‑F镁合金，及非真空压铸成型后不能再热处理的传统制备工艺。其中，压铸浇铸温度为670‑690℃，模具温度为200‑220℃，充型速度为80m/s，凝固压力为70MPa，模具型腔真空度为5KPa；固溶加热温度为415℃，保温时间为8h，冷却方法为空冷。与AM50‑F/AM60‑F镁合金方向盘骨架相比，AZ91‑T4镁合金方向盘骨架的静态抗拉强度提高20MPa；伸长率提高9%，R=‑1下的过渡疲劳寿命提高80‑100%，并在高应变幅时表现出较高的应变疲劳寿命。

技术研发人员：王越;魏子淇;刘正;王峰;张峰;毛萍莉
受保护的技术使用者：沈阳工业大学
技术研发日：2017.11.29
技术公布日：2018.04.06