一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属材料类制备技术领域，尤其涉及一种高强度、低密度的轻质自行 车车架的制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前，自行车是伴随着人类社会发展永不可分的巨大产业，200多年来人类还是离 不开自行车，因为自行车既能代步又能健身，是近距离出行的理想交通工具。随着社会的进 步，人类对自然生态环境的保护及对"生命在于运动"这一理念的高度重视，在二十一世纪 掀起了一场前所未有的巨潮，它的产业化将对人类社会产生极其深远的影响，在业内必然 带来巨大的经济价值和丰厚效益。
[0003] 作为自行车最重要的组成部分一一自行车车架，最大程度地决定了自行车的性 能、使用寿命和舒适程度。对于自行车车架的材料来说，两个最关键的因素为强度和重量， 密度是决定车架重量的关键因素之一，密度愈低，车架可以做到愈轻。目前市场上自行车车 架的主要材料有铬钼钢、铝合金、钛合金、碳纤维复材，但其中存在很多问题，现用自行车车 架材料中密度最低的碳纤复合材料表面硬度不佳，当施予之外力高于其破坏强度时，会造 成断裂。但强度较高的铬钼钢材料也是密度最高，重量最大的材料，使得生产出来的自行车 重量过大，影响自行车的舒适度和性能。
[0004] 而本发明高强度、大塑性的镁合金为主要材料的自行车车架还涉及到镁合金挤压 的问题： ⑴镁合金材料在挤压过程中流动性较差，如果对温度和速度控制不精确的话非常容易 出现模具填充不完整的状况，尤其是挤压速度。当变形速度较高时，因变形引起的热效应， 会使挤压材料温度升高，从而流动应力明显降低。当变形速度再增高时，虽然毛坯的升温很 明显，但是由于变形过程中金属的加工硬化速度比再结晶的软化过程快，坯料流动应力不 但不减小，反而明显增大，使得挤压出来的型材形状有缺陷，不能达到标准。
[0005]⑵金属镁是密排六方结构，所以镁合金的塑变能力差，高温时由于易产生孪晶滑 移，塑性变形能力提高，但温度过高，会导致晶粒长大，塑性变形能力降低，而且会影响到产 品的强度。本发明所涉及的镁合金自行车架由直径、壁厚不同的管材组成，最薄的管材壁厚 仅为1.8mm，在挤压过程中挤压比很大，材料和模具之间有很大摩擦力，在挤压过程中会产 生非常高的热量，使得挤压过程中温度很难控制，导致产品容易起皮、撕裂、表面不光滑，影 响质量。
[0006] 因此，迫切需要研发一种高强度、低密度的轻质自行车车架，在满足自行车车架材 料所需强度的同时减轻自行车的重量，最大限度地提高自行车的性能和舒适度，同时需要 找到适合镁合金自行车车架材料的挤压方法。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、易于实施的的高强度、低密度 的轻质自行车车架的制备方法。
[0008]为解决上述问题，本发明所述的一种高强度、低密度的轻质自行车车架的制备方 法，包括以下步骤： ⑴制备镁合金铸锭： 分别将镁锭940~980kg、铝锭3~7kg、锌锭15~21kg、Al-20Ti中间合金8~12kg、Mg-50Nd中 间合金3 · 0~4 · 2kg、Mg-50Y中间合金6 · 5~7 · 5kg、Mg-50Ce中间合金1 · 0~1 · 4kg预热至100~180 °C，然后将所述镁锭、所述铝锭、所述锌锭置于C02和Ar混合气体保护的熔炉中熔化;熔化后 在650~760°C保温25~45分钟，再升温至760~840°C，此时加入所述Al-20Ti中间合金、所述 Mg-50Nd中间合金、所述Mg-50Y中间合金、所述Mg-50Ce中间合金，待所述A1 -20Ti中间合金、 所述Mg-50Nd中间合金、所述Mg-50Y中间合金、所述Mg-50Ce中间合金熔化后将镁液升温至 770~860°C保温30~50分钟；再降温至650~800°C，静置10~20分钟后采用预先加热至150~300 °C的钢制模具进行浇铸，即得镁合金铸锭； ⑵将所述镁合金铸锭自然冷却至室温后进行机加工，再运用常规方法除去表面油污， 经无水酒精清洗之后放入电阻炉I中进行退火，随炉加热至300°C~380°C并保温30~35小时， 然后随炉冷却； (3)正向挤压准备： 将所述步骤⑵所得的镁合金铸锭放入电阻炉Π 中，其加热目标温度为300~500°C，加热 方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到400~450°C后保温1~3小时； 同时将模具I放入电阻炉m中，其加热目标温度为400~500°C，加热方式为冷炉放模，模 具I实测到300~350°C后保温1~3小时； 同时将挤压筒I加热至200~300°C; ⑷实测温度达到要求之后对1500t压机的挤压筒I、挤压头I、挤压头I与模具I连接处用 润滑剂进行润滑后放入所述模具I和所述步骤⑶所得的镁合金铸锭进行挤压，在速度改为 恒速度之后型材出了校直工装、打开靠近牵引机I的四组风机I进行风冷冷却，型材出模具I 衬100~200mm后用牵引机I开始牵引； (5) 反向挤压准备： 将所述步骤⑵所得的镁合金铸锭放入电阻炉IV中，其加热目标温度为300~500°C，加热 方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到400~450°C后保温1~3小时； 同时将模具Π 放入电阻炉V中，其加热目标温度为400~500°C，加热方式为冷炉放模， 模具Π 实测到300~350°C后保温1~3小时；将穿孔针加热到400~500°C，穿孔针实测到温后 300~350°C保温1~3小时； 同时将挤压筒Π 加热至200~300°C; (6) 实测温度达到要求之后对1500t压机的挤压筒Π 、挤压头Π 、挤压头Π 、穿孔针与模 具Π 连接处用润滑剂进行润滑后放入所述模具Π 和所述步骤(5)所得的镁合金铸锭进行挤 压，在速度改为恒速度之后型材出了校直工装、打开靠近牵引机Π 的四组风机Π 进行风冷 冷却，型材出模具Π 衬100~200_后用牵引机Π 开始牵引； ⑵所述步骤⑷及所述步骤(6)所得的型材均进行切割，型材从头部300~500mm处锯掉，尾 部从一、二段型材挤压接合处前100mm处锯掉； (8)将所述步骤(7)所得的产品进行机加工，然后运用常规方法除去表面油污，经无水酒 精清洗后放入电阻炉VI中加热至340°C~400°C，并保温2~5小时，再加热至400~460°C，保温4 ~10小时，淬水，得到固溶强化处理后的镁合金;将所述固溶强化处理后的镁合金在温度为 170~190°C的条件下进行时效处理，20~40小时后使其自然冷却至室温，得到管材； (9) 对所述步骤(8)所得的管材采用常规方法去除表面油污，再用无水酒精清洗之后放于 冷炉中随炉加热至200~300°C，检测达到目标温度后保温1~3小时； (10) 将所述步骤(9)所得的管材在焊接电流为85~100A的条件下采用氩弧焊进行焊接;焊 接结束后在温度为170~190°C的条件下进行热处理，3~5小时后自然冷却至室温，并按常规 方法进行加工，即得自行车车架产品。
[0009] 所述步骤⑴中镁锭、铝锭、锌锭、Al-20Ti中间合金、Mg-50Nd中间合金、Mg-50Y中间 合金、Mg-50Ce中间合金均为工业级纯度及以上。
[0010]所述步骤⑷和所述步骤(6)中润滑剂均是指动物油脂猪油。所述步骤⑷中挤压初始 速度为1~2mm/s，之后恒速度为0.2~0.8mm/s。
[0011 ] 所述步骤⑷中牵引机I的牵引力为40~100KN。
[0012] 所述步骤(6)中挤压初始速度为1~2mm/s，之后恒