一種高強(qiáng)度、低密度的輕質(zhì)自行車車架的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬材料類制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)度、低密度的輕質(zhì)自行 車車架的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，自行車是伴隨著人類社會(huì)發(fā)展永不可分的巨大產(chǎn)業(yè)，200多年來(lái)人類還是離 不開(kāi)自行車，因?yàn)樽孕熊嚰饶艽接帜芙∩?，是近距離出行的理想交通工具。隨著社會(huì)的進(jìn) 步，人類對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)及對(duì)"生命在于運(yùn)動(dòng)"這一理念的高度重視，在二十一世紀(jì) 掀起了一場(chǎng)前所未有的巨潮，它的產(chǎn)業(yè)化將對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響，在業(yè)內(nèi)必然 帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和豐厚效益。
[0003] 作為自行車最重要的組成部分一一自行車車架，最大程度地決定了自行車的性 能、使用壽命和舒適程度。對(duì)于自行車車架的材料來(lái)說(shuō)，兩個(gè)最關(guān)鍵的因素為強(qiáng)度和重量， 密度是決定車架重量的關(guān)鍵因素之一，密度愈低，車架可以做到愈輕。目前市場(chǎng)上自行車車 架的主要材料有鉻鉬鋼、鋁合金、鈦合金、碳纖維復(fù)材，但其中存在很多問(wèn)題，現(xiàn)用自行車車 架材料中密度最低的碳纖復(fù)合材料表面硬度不佳，當(dāng)施予之外力高于其破壞強(qiáng)度時(shí)，會(huì)造 成斷裂。但強(qiáng)度較高的鉻鉬鋼材料也是密度最高，重量最大的材料，使得生產(chǎn)出來(lái)的自行車 重量過(guò)大，影響自行車的舒適度和性能。
[0004] 而本發(fā)明高強(qiáng)度、大塑性的鎂合金為主要材料的自行車車架還涉及到鎂合金擠壓 的問(wèn)題： ⑴鎂合金材料在擠壓過(guò)程中流動(dòng)性較差，如果對(duì)溫度和速度控制不精確的話非常容易 出現(xiàn)模具填充不完整的狀況，尤其是擠壓速度。當(dāng)變形速度較高時(shí)，因變形引起的熱效應(yīng)， 會(huì)使擠壓材料溫度升高，從而流動(dòng)應(yīng)力明顯降低。當(dāng)變形速度再增高時(shí)，雖然毛坯的升溫很 明顯，但是由于變形過(guò)程中金屬的加工硬化速度比再結(jié)晶的軟化過(guò)程快，坯料流動(dòng)應(yīng)力不 但不減小，反而明顯增大，使得擠壓出來(lái)的型材形狀有缺陷，不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
[0005]⑵金屬鎂是密排六方結(jié)構(gòu)，所以鎂合金的塑變能力差，高溫時(shí)由于易產(chǎn)生孿晶滑 移，塑性變形能力提高，但溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大，塑性變形能力降低，而且會(huì)影響到產(chǎn) 品的強(qiáng)度。本發(fā)明所涉及的鎂合金自行車架由直徑、壁厚不同的管材組成，最薄的管材壁厚 僅為1.8mm，在擠壓過(guò)程中擠壓比很大，材料和模具之間有很大摩擦力，在擠壓過(guò)程中會(huì)產(chǎn) 生非常高的熱量，使得擠壓過(guò)程中溫度很難控制，導(dǎo)致產(chǎn)品容易起皮、撕裂、表面不光滑，影 響質(zhì)量。
[0006] 因此，迫切需要研發(fā)一種高強(qiáng)度、低密度的輕質(zhì)自行車車架，在滿足自行車車架材 料所需強(qiáng)度的同時(shí)減輕自行車的重量，最大限度地提高自行車的性能和舒適度，同時(shí)需要 找到適合鎂合金自行車車架材料的擠壓方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)施的的高強(qiáng)度、低密度 的輕質(zhì)自行車車架的制備方法。
[0008]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所述的一種高強(qiáng)度、低密度的輕質(zhì)自行車車架的制備方 法，包括以下步驟： ⑴制備鎂合金鑄錠： 分別將鎂錠940~980kg、鋁錠3~7kg、鋅錠15~21kg、Al-20Ti中間合金8~12kg、Mg-50Nd中 間合金3 · 0~4 · 2kg、Mg-50Y中間合金6 · 5~7 · 5kg、Mg-50Ce中間合金1 · 0~1 · 4kg預(yù)熱至100~180 °C，然后將所述鎂錠、所述鋁錠、所述鋅錠置于C02和Ar混合氣體保護(hù)的熔爐中熔化;熔化后 在650~760°C保溫25~45分鐘，再升溫至760~840°C，此時(shí)加入所述Al-20Ti中間合金、所述 Mg-50Nd中間合金、所述Mg-50Y中間合金、所述Mg-50Ce中間合金，待所述A1 -20Ti中間合金、 所述Mg-50Nd中間合金、所述Mg-50Y中間合金、所述Mg-50Ce中間合金熔化后將鎂液升溫至 770~860°C保溫30~50分鐘；再降溫至650~800°C，靜置10~20分鐘后采用預(yù)先加熱至150~300 °C的鋼制模具進(jìn)行澆鑄，即得鎂合金鑄錠； ⑵將所述鎂合金鑄錠自然冷卻至室溫后進(jìn)行機(jī)加工，再運(yùn)用常規(guī)方法除去表面油污， 經(jīng)無(wú)水酒精清洗之后放入電阻爐I中進(jìn)行退火，隨爐加熱至300°C~380°C并保溫30~35小時(shí)， 然后隨爐冷卻； (3)正向擠壓準(zhǔn)備： 將所述步驟⑵所得的鎂合金鑄錠放入電阻爐Π 中，其加熱目標(biāo)溫度為300~500°C，加熱 方式為空爐到溫后一次性放入鑄錠，鑄錠實(shí)測(cè)到400~450°C后保溫1~3小時(shí)； 同時(shí)將模具I放入電阻爐m中，其加熱目標(biāo)溫度為400~500°C，加熱方式為冷爐放模，模 具I實(shí)測(cè)到300~350°C后保溫1~3小時(shí)； 同時(shí)將擠壓筒I加熱至200~300°C; ⑷實(shí)測(cè)溫度達(dá)到要求之后對(duì)1500t壓機(jī)的擠壓筒I、擠壓頭I、擠壓頭I與模具I連接處用 潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑后放入所述模具I和所述步驟⑶所得的鎂合金鑄錠進(jìn)行擠壓，在速度改為 恒速度之后型材出了校直工裝、打開(kāi)靠近牽引機(jī)I的四組風(fēng)機(jī)I進(jìn)行風(fēng)冷冷卻，型材出模具I 襯100~200mm后用牽引機(jī)I開(kāi)始牽引； (5) 反向擠壓準(zhǔn)備： 將所述步驟⑵所得的鎂合金鑄錠放入電阻爐IV中，其加熱目標(biāo)溫度為300~500°C，加熱 方式為空爐到溫后一次性放入鑄錠，鑄錠實(shí)測(cè)到400~450°C后保溫1~3小時(shí)； 同時(shí)將模具Π 放入電阻爐V中，其加熱目標(biāo)溫度為400~500°C，加熱方式為冷爐放模， 模具Π 實(shí)測(cè)到300~350°C后保溫1~3小時(shí)；將穿孔針加熱到400~500°C，穿孔針實(shí)測(cè)到溫后 300~350°C保溫1~3小時(shí)； 同時(shí)將擠壓筒Π 加熱至200~300°C; (6) 實(shí)測(cè)溫度達(dá)到要求之后對(duì)1500t壓機(jī)的擠壓筒Π 、擠壓頭Π 、擠壓頭Π 、穿孔針與模 具Π 連接處用潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑后放入所述模具Π 和所述步驟(5)所得的鎂合金鑄錠進(jìn)行擠 壓，在速度改為恒速度之后型材出了校直工裝、打開(kāi)靠近牽引機(jī)Π 的四組風(fēng)機(jī)Π 進(jìn)行風(fēng)冷 冷卻，型材出模具Π 襯100~200_后用牽引機(jī)Π 開(kāi)始牽引； ⑵所述步驟⑷及所述步驟(6)所得的型材均進(jìn)行切割，型材從頭部300~500mm處鋸掉，尾 部從一、二段型材擠壓接合處前100mm處鋸掉； (8)將所述步驟(7)所得的產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)加工，然后運(yùn)用常規(guī)方法除去表面油污，經(jīng)無(wú)水酒 精清洗后放入電阻爐VI中加熱至340°C~400°C，并保溫2~5小時(shí)，再加熱至400~460°C，保溫4 ~10小時(shí)，淬水，得到固溶強(qiáng)化處理后的鎂合金;將所述固溶強(qiáng)化處理后的鎂合金在溫度為 170~190°C的條件下進(jìn)行時(shí)效處理，20~40小時(shí)后使其自然冷卻至室溫，得到管材； (9) 對(duì)所述步驟(8)所得的管材采用常規(guī)方法去除表面油污，再用無(wú)水酒精清洗之后放于 冷爐中隨爐加熱至200~300°C，檢測(cè)達(dá)到目標(biāo)溫度后保溫1~3小時(shí)； (10) 將所述步驟(9)所得的管材在焊接電流為85~100A的條件下采用氬弧焊進(jìn)行焊接;焊 接結(jié)束后在溫度為170~190°C的條件下進(jìn)行熱處理，3~5小時(shí)后自然冷卻至室溫，并按常規(guī) 方法進(jìn)行加工，即得自行車車架產(chǎn)品。
[0009] 所述步驟⑴中鎂錠、鋁錠、鋅錠、Al-20Ti中間合金、Mg-50Nd中間合金、Mg-50Y中間 合金、Mg-50Ce中間合金均為工業(yè)級(jí)純度及以上。
[0010]所述步驟⑷和所述步驟(6)中潤(rùn)滑劑均是指動(dòng)物油脂豬油。所述步驟⑷中擠壓初始 速度為1~2mm/s，之后恒速度為0.2~0.8mm/s。
[0011 ] 所述步驟⑷中牽引機(jī)I的牽引力為40~100KN。
[0012] 所述步驟(6)中擠壓初始速度為1~2mm/s，之后恒