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上海工程技术大学毕业设计（论文） 刹车盘材料对比和加工技术
改善制品的组织结构，使产品的力学性能比铸件大大提高，同时又充分发挥铸造工艺在成形复杂方面的优势，使形状复杂的产品锻造工序减少，材料利用率大大提高，生产成本降低。该技术生产铝轮毂，其性能完全可以达到锻件的力学性能指标，生产成本却可以比普通锻造件下降30%。目前，该工艺自1996年9月成功地应用到批量生产中以来，已被多家日本公司采用经济效果良好。国内在铸造锻造成形工艺方面虽有一些研究和应用，但还未见应用到铝轮毂的生产中。
●半固态模锻法
20世纪70年代初美国麻省理工学院M.C.Flemings教授等开发出的一种新型的金属加工工艺—半固态金属成形工艺。由于金属凝固过程中，固相率达到20%左右时，枝晶就形成连续网络骨架，失去宏观流动性，在此过程中施以强烈搅拌，可使常规凝固时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而成为分散的颗粒悬浮在剩余液相中，这种经搅动制备的合金一般称为非枝晶半固态坯料，这种半固态坯料在固相率达到50%-60%时仍具有很好的流动性，可以采用常规的成形工艺如压铸、模锻、挤压等实现金属的成形。所谓半固态模锻，就是将半固态坯料加热到有50%左右体积液相的半固态状态后一次模锻成形，获得所需的接近尺寸成品零件的工艺，这是一种介于固态成形和液态成形之间的崭新工艺。
半固态模锻具有许多独特的优点:零件在模内收缩较小，易于近终化成形，机械加工量减少，半固态模锻件表面平整光滑、内部组织致密，晶粒细小，力学性能高于压铸和挤压铸造件;成形不易裹气，宏观气孔和显微疏松比常规铸件中的少得多;成形温度低，模具寿命长。近10年来，半固态成形技术在国外获得了广泛的应用，已逐步成为各先进工业国家竞相发展的一个新领域，被专家学者称为21世纪新一代新兴的金属成形技术。预计在相当长的一段时期内，半固态成形的主要
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市场是汽车工业，应用最成功和最广泛的是汽车铝合金零件。美国已建成数家铝合金半固态模锻工厂。国内对这种技术的研究起步较晚，实际应用得很少。
以上对轮毂的制造方法作了具体介绍，总体来看，原有的基础上进行技术创新和发展新的加工成型技术是必然趋势。
压力铸造虽然效率高，成本低，但铸件不宜进行热处理，采用真空压铸工艺生产的轮毂具有一定的竞争力；金属型铸造法工艺最成熟，具有良好的力学性能，但加工余量大，浇注时容易产生疏松和裂纹缺陷等，应用最为广泛；低压铸造法铸件合格率高，但铸机和模具造价较高，且设计麻烦，具有一定市场，适合大尺寸轮毂；挤压铸造法铸件力学性能好，但挤压机较大，模具较为复杂和贵重，制造和维修费用较高，拥有一定的市场；锻造法轮毂轻量化，具有良好的综合性能，制造成本较高，但是，从长远来看，是一种经济的轮毂，发展空间很大。 2.2 镁合金
镁在世界汽车工业中的年增长率平均每年递增15%以上，该增长趋势预计至少会持续到2010年以后，见表2。
表2 汽车上镁合金用量的发展趋势（kt）
福特汽车公司研究实验室的Gerald.S.Cole于2000年10月在北京压铸镁国际研讨会上说，无论是美国或欧洲都将镁合金纳入重点研究，解决抗腐蚀能力、铸造工艺及装配和焊接工艺问题，最终将镁合
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金应用于车身和底盘零件上。Gerald.S.Cole在另一篇论文中提到，1990-1996年北美镁压铸件用量以每年20%递增。虽然当前镁用量大约是3.5kg/车，或占车自身质量的0.2%，但也有大量用镁的实例。如福特汽车公司1997年的“PNGV”P2000“mondeo-derivative”车上使用了39kg镁，占车重的2%。预计在今后的20年里，汽车上的镁用量将会超过100 kg/车（占总车的6% ），是当前使用量的30倍。按材料的这种用量，铸镁、铸铝、高强度钢及聚合物均将处于100-150kg的水平。镁必将成为一种适用于汽车大多数结构件的新颖材料。
镁作为有使用价值的材料始于1808年，直到1886年在德国首先开始应用于工业领域，1909年在德国法兰克福国际空展览会上，首次出现了用镁合金所铸的构件，1927年世界上出现高强度镁合金。我国是世界上镁矿资源最丰富的国家，是目前世界上最大的原镁生产国和出口国。我国镁合金的应用开发始于50年代末利用镁合金来制造飞机上的结构件，70年代初开始用于风动工具（凿岩机）上，80年代末上海桑塔纳轿车投产后，镁合金才开始用于汽车工业，但用量很少。国家的最终目标是充分发挥我国的镁资源优势，通过技术集成创新，加强镁合金应用开发，建立具有国际竞争力的镁合金高新技术产业群，将镁资源优势转化为经济优势。
镁合金优点：①镁合金是金属结构材料中最轻的金属，其屈服强度与铝合金的大体相当，与铝合金、钢、铁相比具有较低的弹性模量，在同样受力条件下，可消耗更大的变形功，具有降噪、减振功能，可承受较大的冲击震动负荷（表3）；②镁合金具有较好的铸造性能和加工性能，铸造镁合金的铸造性能良好，镁合金压铸件的最小壁厚可达0.6mm，而铝合金的为1.2-1.5mm。镁合金具有相当好的切削加工性能，镁合金、铝合金、铸铁、低合金钢切削同样零件消耗的功率比值为1.0∶1.8∶3.5∶6.3；③镁合金电磁屏蔽性能和导热性均较好，同
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时具有较好的耐磨性；④镁合金有较高的尺寸稳定性，稳定的收缩率，铸件和加工件尺寸精度高；⑤镁合金具有可回收性。
表3 各种材料的相关力学性能对比
出于上述特点，在可持续发展的今天，镁合金轮毂应运而生，具有以下优点：①比强度高；②抗振性能好，铝合金轮毂无法比拟；③受外力退让性好，镁合金轮毂比铝合金轮毂可以承受更强烈的冲击载荷；④截面设计自由度大，镁合金截面刚度随起厚度的立方比而增加，利于调整和设计方案；⑤切削性能好，轮毂表面无须抛光；⑥受冲击摩擦不会起火花。
无论如何，镁合金还没有成为轮毂材料的主流。原因之一是材料的价格；另一个原因是材料生产中的延展性困难，在产品的锻造和铸造生产中，需要特殊技术；此外，限止镁合金实际应用的另一个重要因素是镁的低耐蚀性。与标准电位相比，镁是-2.37，而铝的是-1.66，铁的电位是-0.44。这表明在诸如水和盐溶液等介质中，镁容易腐蚀。在防腐蚀技术领域中，为了保护一种金属，将镁与其并列放置，通过两种不同金属相接触产生的电位差，镁做为阳极，从而产生保护作用。
在此种情况下，含有镁成分的材料的表面处理是十分重要的，一般是化学处理和电化学处理。镁合金与其他金属相连接构成的轮毂结构中，要避免两种金属之间直接相互接触，在镁合金轮毂中，镁合金与钢铁相接触的地方应当采用绝缘材料，或者选择与镁的电位差较小的材料。习惯上，为了避免接触位差的产生，通常用的方法是在轮毂的一面应用与镁电位差接近的材料。然而，无论如何该方法的运用不
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