摘要：采用 18 组不同的工艺参数对 AZ80Ce 超塑性镁合金汽车车轮进行了模锻成形试验，并在车轮不同位置取样进行力学性能测试与分析。结果表明，随着成形温度从 410℃提高至 470℃、坯料温度从 330℃提高至 405℃、模具温度从 200℃提高至260℃、变形速度从 60 mm/min 增大至300 mm/min，试样的抗拉强度和断后伸长率均先增大后减小。模锻成形温度优选为 455℃、坯料温度优选为 375℃、模具温度优选为 245℃、变形速度优选为 180 mm/min。

关键词：AZ80Ce 镁合金;超塑性;模锻工艺;成形温度;坯料温度;模具温度;变形速度

作为 21 世纪绿色金属材料，镁合金在交通工具轻量化进程中具有大的市场空间。镁合金具有质量轻、阻尼性能好、减振降噪性强、导热性好、可回收等优点，在制造汽车车轮方面，如果采用镁合金将可显著减轻车轮质量，有利于整车轻量化，从而获得高的燃油效率、减少碳排放、降低污染。与铝合金车轮相比，镁合金车轮具有更好的轻量化、安全性、舒适性和操作灵活性等特点。超塑性镁合金显示出好的综合性能。如何采用高效、经济的方法制备出超塑性镁合金车轮，是工程技术人员很感兴趣的技术课题。目前关于超塑性镁合金车轮的成形工艺研究还较少，难以为工业化生产提供系统的数据支持。有文献指出等温挤压模锻成形复合工艺(以下简称模锻工艺)是超塑性镁合金车轮成形的有效途径。

笔者系统地研究了模锻工艺参数对超塑性 AZ80Ce 镁合金汽车车轮力学性能的影响，进而对超塑性镁合金车轮的模锻工艺进行优化，为超塑性镁合金车轮的批量化生产提供试验数据和参考。

1 试验材料及方法

测试温度为室温，采用 Z010 万能材料试验机测试试样的力学性能，并采用 JSM6510 型扫描电子显微镜(SEM)进行拉伸断口观察。力学性能试样分别在轮辐横向位置、轮辋轴向位置切取，每组有三个试样，力学性能数值为三个试样测试结果的算术平均值。

2 试验结果及讨论

2.1 成形温度的优化

在其他条件不变情况下，不同成形温度(1#～5#试样)模锻的超塑性镁合金车轮试样的力学性能测试结果如图 1 所示。

从图 1 可以看出，不管是在轮辐横向位置还是在轮辋轴向位置取样，随成形温度从 410℃ 提高至470℃，试样的抗拉强度和断后伸长率均呈现出先增大后减小的变化趋势。当成形温度为 410℃，试样抗拉强度和断后伸长率均最小，在轮辐横向位置和轮辋轴向位置的抗拉强度分别为 281 N/mm 2 、318 N/mm 2 ，断后伸长率分别为 12. 5%、9. 9%。当成形温度为 455℃，试样的抗拉强度和断后伸长率均最大，在轮辐横向位置和轮辋轴向位置的抗拉强度分别为425 N/mm 2 、428 N/mm 2 ，断后伸长率分别为 19.4%、19.1%。此外，从图 1 还可以看出，当成形温度为455℃，在轮辐横向位置和轮辋轴向位置两个不同取样位置处的力学性能差异最小，换言之，超塑性镁合金车轮在不同位置处的力学性能均匀性更好。由此可以看出，模锻时的成形温度优选为 455℃。

2.2坯料温度的优化

不同温度坯料(6# ～8#，4#，9#，10#试样)模锻的车轮试样的力学性能测试结果如图 2 所示。

从图 2 可以看出，不管是在轮辐横向位置还是在轮辋轴向位置取样，随坯料温度从 330℃ 提高至405℃，试样的抗拉强度和断后伸长率均呈现出先增大后减小的变化趋势。当坯料温度为 330℃，试样抗拉强度和断后伸长率均最小，在轮辐横向位置和轮辋轴向位置的抗拉强度分别为 318 N/mm 2 、337 N/mm 2 ，断后伸长率分别为 9.1%、7. 8%。当坯料温度为 375℃，试样的抗拉强度和断后伸长率均最大，在轮辐横向位置和轮辋轴向位置的抗拉强度分别为425 N/mm 2 、428 N/mm 2 ，断后伸长率分别为 19. 4%、19. 1%。

此外，从图 2 还可以看出，当坯料温度为375℃，在轮辐横向位置和轮辋轴向位置两个不同取样位置处的力学性能差异最小，换言之，超塑性镁合金车轮在不同位置处的力学性能均匀性更好。由此可以看出，模锻时的坯料温度优选为 375℃。

2.3模具温度的优化

不同温度模具(11#～13#，4#，14#试样)模锻的车轮试样的力学性能测试结果如图 3 所示。

从图 3 可以看出，不管是在轮辐横向位置还是在轮辋轴向位置取样，随模具温度从 200℃ 提高至260℃，试样的抗拉强度和断后伸长率均呈现出先增大后减小的变化趋势。当模具温度为 200℃，试样抗拉强度和断后伸长率均最小，在轮辐横向位置和轮辋轴向位置的抗拉强度分别为 324 N/mm 2 、349 N/mm 2 ，断后伸长率分别为 16. 4%、15.2%。当模具温度为 245℃，试样的抗拉强度和断后伸长率均最大，在轮辐横向位置和轮辋轴向位置的抗拉强度分别为425 N/mm 2 、428 N/mm 2 ，断后伸长率分别为 19.4%、19.1%。此外，从图 3 还可以看出，当模具温度为245℃，超塑性镁合金车轮在轮辐横向位置和轮辋轴向位置两个不同取样位置处的力学性能差异最小，换言之，车轮在不同位置处的力学性能均匀性更好。由此可以看出，模锻时的坯料温度优选为 245℃。

2.4变形速度的优化

不同变形速度(15#，16#，4#，17#，18#试样)模锻的车轮试样的力学性能测试结果如图 4 所示。

从图4 可以看出，不管是在轮辐横向位置还是在轮辋轴向位置取样，随变形速度从60 mm/min 增大至300 mm/min，试样的抗拉强度和断后伸长率均呈现出先增大后减小的变化趋势。当变形速度为60mm/min，试样抗拉强度和断后伸长率均最小，在轮辐横向位置和轮辋轴向位置的抗拉强度分别为347N/mm2、365 N/mm2，断后伸长率分别为8.8%、6.5%。当变形速度为180 mm/min，试样的抗拉强度和断后伸长率均最大，在轮辐横向位置和轮辋轴向位置的抗拉强度分别为425 N/mm2、428 N/mm2，断后伸长率分别为19.4 %、19.1 %。此外，从图4还可以看出，当变形速度为180 mm/min，车轮在轮辐横向位置和轮辋轴向位置两个不同取样位置处的力学性能差异最小，换言之，超塑性镁合金车轮在不同位置处的力学性能均匀性更好。由此可以看出，模锻时的变形速度优选为180 mm/min。

在其他工艺参数相同的情况下，变形速度分别为 60 mm/min 和 180 mm/min 时超塑性镁合金车轮试样的室温拉伸断口 SEM 照片如图 5 所示。

从图 5 可以看出，与 60 mm/min 变形速度相比，采用 180 mm/min 变形速度时试样的拉伸断口中韧窝明显变细、变深，表现出更好的拉伸性能。这与试样的抗拉强度和断后伸长率测试结果一致。

3 结 论

为了优化 AZ80Ce 超塑性镁合金车轮的模锻工艺，采用 18 组不同的工艺参数进行了车轮模锻成形试验，并在车轮不同位置处取样进行力学性能测试与分析，得到如下主要结论:

1)随成形温度从 410℃提高至 470℃、坯料温度从 330℃ 提高至 405℃、模具温度从 200℃ 提高至260℃、变形速度从 60 mm/min 增大至 300 mm/min，试样的抗拉强度和断后伸长率均呈现出先增大后减小的变化趋势。

2)在超塑性模锻成形过程中，成形温度优选为455℃、坯料温度优选为 375℃、模具温度优选为245℃、变形速度优选为 180 mm/min。在这些优化工艺参数下，试样的抗拉强度和断后伸长率达到最大值，在轮辐横向位置和轮辋轴向位置的抗拉强度分别为 425 N/mm 2 、428 N/mm 2 ，断后伸长率分别为19.4%、19. 1%，且试样在不同位置的力学性能均匀性最好。