镁合金轮毂真空高压铸造技术研究(编辑修改稿)

镁合金轮毂真空高压铸造技术研究(编辑修改稿)内容摘要：

........................................................................................................... 45 目 录 VII 铸型用涂料 ........................................................................................................46 真空辅助压铸轮毂的模具设计 ..................................................................................46 本章小结 ..................................................................................................................47 6 镁轮毂的实验性生产及品质和性能检测 .....................................................49 镁轮毂的实验性生产 ................................................................................................49 生产条件准备 .....................................................................................................49 实验生产流程 .....................................................................................................49 实验过程中的工艺参数确定 ................................................................................50 镁轮毂产品实验室检测 .............................................................................................54 轮毂产品外观检测 ..............................................................................................54 轮毂产品机械性能检测 .......................................................................................55 镁轮毂服役性能台架试验检测 ..................................................................................57 本章小结 ..................................................................................................................61 7 结 论 .......................................................................................................................63 致 谢 .......................................................................................................................65 参考文献 .......................................................................................................................67 附 录 .......................................................................................................................71 A. 攻读硕士学位期间发表的论文目录及专利 ..................................................................71 B. 攻读硕士学位期间主要参与的科研项目 .....................................................................71 重庆大学硕士学位论文 VIII 1 绪 论 1 1 绪 论 前言 随着 环保及 节能 成为全球关注的焦点， 如何降低能耗、 节约能源、 提高能源利用率、减少环境污染是当今人类所面临的一个十分重要而紧迫的任务 ，大量的关注度集中在了使用轻质材料来实现 产品的轻量化 上 [1]。 交通工具对低排放、高效率、轻量化要求的提高， 使得 高性能轻质合金材料的开发和应用引起 了 交通制造业 越来越多 的关注 [2]。 镁 是 地球上的储量极为丰富 的轻金属元素之一 ，仅次于铝。 白云石矿、菱镁矿石、盐湖及海洋中都含有丰富的镁资源 [3,4]。 我国铁矿和铝土矿资源 贫乏， 而我国青海湖、辽宁大石桥、海城等地都有丰富的高品质镁资源 ， 菱镁砂矿储量约 27亿吨，居世界首位。 按使用量每年增长 20%计，全球可开采和使用的镁资源达千年以上。 镁是最轻 质 的商用金属 工程 结构材料， 其密度小 (～ )，是铝的 2/3， 钛的 2/5， 可 作为工程塑料、铝和钢铁的可替代材料。 镁合金的优势在于 [57]： ① 密度小， 质量轻 ， 可提高燃油效率， 减少燃油消耗量 ，降低噪音 ；② 比强度和比刚度高， 可代替部分铝合金和钢作为承载件或覆盖件 ； ③ 吸振降噪、抗冲击和抗压缩能力 强 ； ④ 散热性、铸造性能好、尺寸稳定性强、电磁屏蔽性能 优良 ： ⑤ 无污染并可做到 完全 回收利用， 是 绿色工程材料。 镁合金的轻质、节能、减震吸噪 、电磁屏蔽 等优点，使得镁合金在国防、航空航天、交通和其他电子产品领域具有广阔的 应用 前景。 因此，在世界范围内，镁合金作为一种迅速崛起的新兴结构材料，并以每年 15％的速率保持连续快速增长，远远高于铝、铜、锌、镍以及钢铁的应用增长速度 [8]。 我国镁产品开发晚于世界其他发达国家，虽然总体原镁产量已经占全球总量的 80%，堪称镁工业大国，但 其中 大部分镁原料都是以原材料或初级镁产品的形式低价出 口， 国内还没有形成完整的镁加工应用产业体系，且对镁的开发应用研究较少，产业结构很不合理，致使我国的镁产业成为了以牺牲资源环境为代价的大而不强的产业。 因此，我们应该积极研究镁合金，并努力进行产学研的结合，推动镁合金的应用及产业化，把 我国的镁产业转 化成资源、产品和技术 的全优产业 [910]。 相比于我国， 世界 其他 发达国家对镁合金的开发和应用相当重视，美、德、澳 、 日等国相继出台了大型镁合金的研究应用计划，加大了镁及其合金在资源、加工和应用方面的研究及投入 ，并 把镁资源作为 21 世纪的重要战略资源进行规重庆大学硕士学位论文 2 划，以推动镁合金 的应用。 其中， 为 解决镁合金铸造成形过程中的工艺、装备、模具及表面处理等关键技术难题，建立一套完整的镁合金生产技术体系及规范 ，德国 制定了 MADICA 计划，该计划的制定和实施极大的推动了镁合金在德国的应用 [1113]。 20 世纪 90 年代以来，可持续发展的要求使镁合金的应用领域得到了的快速发展。 世界各国政府普遍加强了 以产业化为目标，以技术集成为特征的 镁及镁合金在开发、加工、应用等方面的研 发 ， 并着力扩大应用数量、范围和规模。 鉴于 世界各国对镁及其合金开发应用的重视，以及 我国的镁资源优势，国家应从镁合金在交通产业上 的应用及产业化的关键共性技术入手，实施科技项目攻关，尽快形成拥有独立知识产权的镁合金生产应用技术，形成一批新兴的高新技术镁合金加工产业，加快在交通和 3C 领域的推广应用，提高我国镁产品的国际竞争力。 交通工具轻量化与镁合金在交通工具上的应用 世界 交通运输 业 面临着能源、公害和安全 等问题， 其中 尤以 能源问题最为突出。 随着我国石油能源的紧缺，以及石油价格的攀升，节能降耗便成为各汽车摩托车企业首要考虑的竞争因素。 因此 ，节能降耗 、提高交通工具的经济性就成为缓和 能源 、 环境 、综合费用等的主要措施。 在 影响汽车、摩托 车的燃油经济性的因素 中，相比于 发动机和传动系统的效率，车轮滚动阻力、车身空气阻力等 因素，汽车、摩托车的自重是最重要的 ， 因 而在各种降低油耗的途径中， 最经济、最有效的措施就是 实现汽车、摩托车的轻量化。 实现轻量化的途径和关键技术主要有 ：① 轻质材料的应用； ② 结构的轻量化设计与优化； ③ 新型成型制造工艺技术的应用。 镁合金不仅在轻量化、节能降耗方面具有优势，而且还可以提高汽车的使用性能：镁合金的减震性能好，利于降低振动、提高驾乘舒适性； 抗 冲击性 好 ，可以降低 冲击 其对驾驶者的危害程度、提高安全性。 因此镁在 汽车 摩托车 工 业领域有着良好的发展前景，汽车用镁合金压铸件和铸件的数量呈上升趋势。 此外，镁合金零部件用于磁悬浮列车、高速列车等轨道交通工具，同样具有良好的减重、节能和降噪的效果，应用前景良好。 从 上世纪 20 年代，德国率先把镁合金应用于汽车 开始，到 目前 为止 ，汽车中已超过 60 个零部件采用了镁合金 ， 且主要用于仪表盘、座椅架等车内构件，门框、尾板等车体构件，变速器壳体、离合器壳等发动机及传动系统构件，轮毂、引擎托架等底盘构件 [l4,l5]。 半个多世纪以来， 随着镁合金设备与成形技术的不断改进与完善 ，镁合金在摩托车上的应用在广度 和深度上也得到不断扩展 ，其需求量也得到稳步增长。 加1 绪 论 3 入 WTO 以来 ，我国 汽摩 制造型企业急需提高自主研发创新能力，充分发挥资源优势，尤其需要加强和扩大 对 镁合金、复合材料等新型材料的研究和应用，通过提高产品的科技含量来增强企业竞争力。 而这些便 为镁合金的应用及产业化提供了坚实的产业结构基础 、巨大的发展空间和 广大的国内消费市场。 近年来，随着国外镁合金应用技术及产业化的飞速发展， 在 我国 政府的重视和支持下，关于 镁合金应用和产业化技术 的 研究也越来越多， 使得我国汽车摩托车用镁量 以年均 15%的速度增长。 并且 在政府的支持下， 众多 高校和研究院所在“九五”期间开展了一系列镁合金材料研发改进及生产应用技术等研究， 并取得了一系列卓有成效的研究成果，为镁合金的持续研发打下了良好的基础 [16]。 轮毂轻量化的优点及镁合金在轮毂上的应用现状 轮毂结构从最初的钢质到铝质，再到正在研究的镁合金，轻量化已然成为轮毂的发展趋势 [11,17]。 以摩托车为例， 轻质 轮毂将极大的改善摩托车 经济性、易用性和舒适性 ， 具体 体现在： ① 轻质轮毂能使摩托车启动更快，更节油 摩托车的 燃 油 主要 消耗 于 车重 ，而作为摩托车重要 的、质量最大的单体 组成部件的轮毂，其重量 将直接 影响整车重量。 摩托车 自重 每 减轻 10％，其燃油 经济性就 可提高 ％ ， 由此可见， 轻质的 摩托车轮毂 具有相当明显的 节油 降耗 效果 ，并 相应地提升了摩托车的续航能力。 同时， 轻质 轮毂还将明显改善摩托车的启动性能和加速性能。 ② 轻质轮毂使摩托车 更易操作 当摩托车转弯时，车体从直线行驶状态变化到具有一定程度的倾角，由于轮毂上有一定的转动惯量，而摩托 车 车体将抵制这种变化。 而减小轮毂转动惯量的方法便是人们希望的减小轮毂质量而非轮毂的速度 ， 因此，使用轻质的轮毂之后 ，轮毂的转动惯量减小， 显著提高了摩托车的驾驶性能。 ③ 轻质 轮毂使摩托车 更舒适 摩托车悬挂系统的 弹簧是为了 在轮毂发生上下颠簸时，将轮毂推向地面， 保持轮胎与地面之间的紧密接触 的。 在弹簧规格一定的情况下，轻质 轮毂 更容易被推向地面， 从而 大大降低 车轮的 颠簸幅度和频度 ，提高摩托车驾乘的舒适性。 因此，将镁合金材料应用于轮毂，来实现轮毂的轻量化，将极大地降低摩托车能耗，提高摩托车 经济性、易用性及 驾乘舒适性。 镁合金轮毂最早于 1967 年 应用于 英国 的 Austin 汽车上 ，之后 到 1973 年， 镁合金轮毂 被 应用于保时捷豪华车 ，在 1974 年 应用于 “MAG 250”型摩托车。 但是因为 当时镁合金 轮毂的制造技术不成熟、价格高昂 、 容易腐蚀等问题，一直未得到规模化应用。 重庆大学硕士学位论文 4 近年来， 随着 能源、环保的要求和汽车业内的竞争压力的加大，以及原镁价格的下降、加工 成型技术的革新以及。