一种适用于低温环境的薄壁高强度车架管及其制备方法和应用

本技术实施例涉及金属材料加工，特别是涉及一种适用于低温环境的薄壁高强度车架管及其制备方法和应用。

背景技术：

1、车架是摩托车的重要组件，它将发动机、油箱、车轮等零部件结合在一起，在工作过程中需要承受很高的载荷。为了防止车架在车辆运行过程中失效，给人员带来伤害，其材料须具有较高的强度和塑性。近年来，市场对车辆的需求也越来越高，为了使摩托车能适应极寒地带正常驾驶，研发投入成本越来越高，但现有的车架管大多仅适用于常温条件下，在极端寒冷的条件下硬脆性较大，塑性较差，车辆行驶过程中难以避免的出现颠簸，这种瞬间高载荷的状态下，车架难以承受造成失效，从而给人员带来伤害。为此开发一种低成本，高适应性的摩托车车架是各大摩托车公司一直以来的追求。车身的减重一直是研究的热点，研究表明车身重量减轻10％，能耗可降低6％-8％。同时，车身自重的减轻其动力学惯性也减小，可以提高车辆的加速度和最高速递，并能够改善车辆的操纵性能。进而提升摩托车整体性能。

2、现有申请号为cn106181261 b的中国专利公开了一种薄壁高强度车架管的制造方法，通过带钢裁剪焊接和退火得到φ103×3.5mm规格的车架管，其原材料强度在600-750mpa之间，延伸率为20-30％之间，但是无法满足极低温度(-196℃～-20℃)环境下的使用要求，由于采用焊接成形，壁厚精度较差，焊缝质量难以保证，且强度和延伸率均较低。

3、现有申请号为cn116900254 a的中国专利公开了一种铝合金摩托车车架的成型方法，通过铸造成形得到毛坯，再进行热处理得到抗拉强度大于320mpa，延伸率大于6％的铝合金摩托车车架。但是其仍无法满足极低温度(-196℃～-20℃)环境下的使用要求，且铝合金价格是钢铁的数倍，成本较高，强度塑性也较差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例提供一种适用于低温环境的薄壁高强度车架管及其制备方法和应用，该方法具有成本低、制备简单、生产效率高等优点，制得的车架管适用极低温(-196℃～-20℃)环境，能够有效克服现有摩托车车架管低温塑性差、强塑积较低、管壁较厚等缺陷，通过本技术方法制备的车架管在极低温环境下使用能保证较高的强度和塑性，且制造成本低，管壁较薄实现了轻量化设计要求。

2、本技术实施例第一方面提供一种适用于低温环境的薄壁高强度车架管的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)混粉：分别称取铁、镍、铬、锰、硅、钼单质粉混合，放入球磨机中进行球磨并通入惰性气体保护，得到混合金属粉末；

4、(2)半固态合金浆料：将所述混合金属粉末置于半固态浆料连续制备器中熔炼，然后快速冷却搅拌，得到半固态合金浆料；

5、(3)管坯成形：在管形模具内部涂覆润滑剂，将所述半固态合金浆料压射到所述模具中，并通入惰性气体作为保护气氛，得到低合金管坯；

6、(4)减壁、减径：将所述低合金管坯先加热，再进行若干道次衬芯拔制，得到薄壁低合金管；

7、(5)均质化处理：将所述薄壁低合金管置于真空加热炉中进行加热保温，然后水淬立刻放回真空炉中回火；

8、(6)表面酸洗及喷砂：对所述均质化处理后的薄壁低合金管进行酸洗，去除表面氧化皮，然后在内外表面进行喷砂处理，得到适用于低温环境的薄壁高强度车架管。

9、本技术提供的制备方法，采用了高能球磨机球磨金属粉末，球磨后混合金属粉末的平均粒径为15-55μm；得到的混合金属粉进行熔炼采用热压成型技术快速凝固得到管坯；通过多次冷拔管坯，实现管坯的减壁、减径；采用调质处理，对冷拔后管坯进行热处理，得到组织为板条状马氏体和索氏体组织，平均晶粒尺寸约为5-15μm，使其高性能得以保持；通过对热处理后的管表面进行酸洗和喷砂处理，去除杂质增强了表面硬度，可以解决目前低温强度和塑性均较优良的薄壁摩托车车架管的需求，为设计和制造新型适用于低温下高强度低合金薄壁管材提供新的思路和方法。本技术提供的制备方法，其制备过程简单，生产效率高，所制备的车架管抗拉强度和屈服强度高、塑性好、管壁较薄且外表面硬度高。

10、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(1)中，所述铁:镍:铬:锰:硅:钼的质量比为94:3:1.5:0.7:0.5:0.3，且所述铁、镍、铬、锰、硅、钼的纯度均为99.9％。

11、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(1)具体包括如下步骤：

12、(101)分别称取铁、镍、铬、锰、硅、钼单质粉混合，首先在高能球磨机中进行第一次球磨，球磨速度为600-1200rpm，球料比为8:1，球磨时间为8-26h；

13、(102)再转入低能球磨机中进行第二次球磨，球磨速度为100-200rpm，球磨时间为10-30min，球磨后混合金属粉末的平均粒径为15-55μm，期间通入液氮进行保护，液氮量为200-600ml。

14、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(2)中，所述熔炼温度为1550-1650℃，所述冷却速度为6-15℃/秒，所述搅拌速度为500-800rpm，所述半固态合金浆料的固含量为45-55％。

15、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(3)中，所述润滑剂采用水基石墨；所述惰性气体采用氩气，所述氩气流速为110-140sccm；所述压射速度为10-30cm/s，压射比压为20-60mpa；所述低合金管坯外径为φ35mm，其壁厚为1.5mm。

16、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述步骤(4)具体包括：将所述低合金管坯送入真空加热炉中加热，炉冷取出，使用20t双链冷拔机进行拔制，拔制速度为30-100mm/s；每道次拔制前尺寸分别为第一道次φ35mm×厚度1.5mm、第二道次φ28mm×厚度1.2mm、第三道次φ22mm×厚度1.0mm，每道次拔制前均采用800-880℃保温30min真空退火处理。

17、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述步骤(5)具体包括：将所述φ22mm×厚度1.0mm低合金管在真空炉加热800-880℃保温30min，取出立即淬火，淬火液为10％氯化钠水溶液，水淬后立即放入真空炉中回火，回火温度为560-620℃，保温1-2h。

18、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(6)具体包括：采用hcl:hno3按质量比为2:2.5配置的酸洗液对所述φ22mm×厚度1.0mm低合金管进行酸洗，去除表面氧化皮，然后再采用金刚砂进行喷砂处理，喷砂距离为35mm，得到适用于低温环境的薄壁高强度车架管。

19、本技术实施例第二方面还提供一种适用于低温环境的薄壁高强度车架管，采用上述的方法制得，其屈服强度大于800mpa，抗拉强度大于860mpa，延伸率大于21％，外表面硬度大于750hv。

20、本技术制备的是一种24gpa％强塑积的适用于低温下高强度薄壁摩托车车架管；所制备的摩托车车架管具有高强塑性(屈服强度和抗拉强度高，塑性优良)、高硬度和管壁薄等优点。

21、本技术实施例第三方面还提供如上述的适用于低温环境的薄壁高强度车架管在摩托车上的应用。

22、本技术实施例与现有技术相比，具有如下有益效果：

23、(1)本技术采用热压和冷拔成型技术制得24gpa％强塑积适用于低温下高强度薄壁摩托车车架管，该车架管为低合金薄壁无缝钢管，其强塑积高，硬度和冲击韧性好，管壁较薄；实现了车架管低温下的高强塑性和壁厚薄的优点统一，进一步降低摩托车重量及成本损耗，符合目摩托车车架管高强度轻量化设计要求。

24、(2)本技术制备的适用于低温下高强度薄壁摩托车车架管采用真空热处理工艺及表面喷金刚砂处理，使薄壁管表面高硬度得以保证，本技术制备工艺简单、工业化生产效率高、绿色环保，解决现有车架管强度和塑性较低、管壁较厚等缺点。

25、(3)本技术制备的适用于低温环境的高强度薄壁摩托车车架管兼具高强度、高塑性、高硬度、高耐磨性和管壁薄等优点，其屈服强度大于800mpa，抗拉强度大于860mpa，延伸率大于21％，外表面硬度大于750hv。