镁合金轮毂锻造

改性镁合金AZ80-0. 5V-0. 1Ti的相关性能

本文研究采用改性镁合金AZ80-0. 5V-0. 1Ti(其中，A 代表金属铝，Z代表金属锌，8代表铝含量为8%，0代表锌含量小于1%，0. 5V代表钒含量为0. 5%，0. 1Ti代表钛含量为0. 1%)，其密度约为1. 84 g·cm－3，约为铝的2/3，是比铝更轻量化的轻质材料。该镁合金的弹性模量只有45GPa，在外力作用下可以很好地避免构件应力集中，经压力铸造后再加工所得部件的比强度高，且耐腐蚀性较纯镁有大幅提高。目前，影响镁合金大规模应用的因素之一就是其耐腐蚀性差，镁合金AZ80-0. 5V-0. 1Ti基本上消除了该缺点，特别是钒、钛元素可以有效地控制镁合金中碳化物的增加，并细化晶粒，提高镁合金的韧性、冲击性能和耐磨损性能，能够在汽车零部件制作上广泛应用［11 － 12］。

镁合金锻造应力模拟分析

本文选用ANSYS软件，首先对轮毂锻造过程及锻造参数进行仿真模拟，然后根据仿真结果进行工艺参数比对。从图2可以看出，轮毂结构满足轴对称结构，为此本文选取对称部分进行建模。AZ80-0. 5V-0. 1Ti镁合金仿真的材料模型参数如表1所示。

表1 AZ80-0. 5V-0. 1Ti镁合金的相关性能参数

镁合金轮毂在锻造各阶段的受力情况、变形过程及规律是随着锻造过程不断变化的。图3a为锻造初期的应力云图，可以看出：窗口处的应力较大，为主要变形区域，此区域窗口( 图3a中A区域) 的圆角处是其与轮辋、轮缘的过渡区域，在锻造过程中极易产生缺陷; 其余区域应力值较小，在42MPa以下，远低于常温下的材料屈服强度，因此，在锻造过程中不易产生锻造缺陷。图3b为锻造后期的应力云图，随着锻造上模向下运动，窗口圆角处和轮辐侧壁圆角区域的应力比较集中，轮毂成形后此区域应力最大，极易产生锻造缺陷。

图3 轮毂锻造过程中的应力分布情况

(a) 锻造初期(b) 锻造后期

工艺参数对镁合金轮毂锻造的影响的模拟分析

成形温度的影响

成形温度是镁合金轮毂锻造的重要参数之一，因镁合金的伸长率与温度有关，温度升高，镁合金塑性提高，有利于镁合金的轮毂锻造; 但是，温度过高会导致腐蚀氧化，晶粒粗大，增大变形抗力。模拟工艺参数设定如下: 下模窗口处圆角半径为30mm，模具工作速度为6mm·s－1，摩擦系数为0. 1，成形温度分别为350，370，390 和410 ℃。仿真结果如图4所示。