在资源和能源问题越来越突出的当今时代,轻量化已经成为一个重要的课题。镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、减震性能好和抗电磁干扰屏蔽能力强等特点,这使得镁合金在汽车工业具有广泛的应用前景。轮毂在运行过程中,因其要承受路面不平所产生的冲击力,长期在大摩擦、高强度和高负荷的环境下工作,所以极易在轮辐部位产生裂纹而失效。传统实心坯料挤压镁合金轮辐部位变形量较小,造成组织不均匀,其抗疲劳强度有待进一步提升。为此提出了基于空心坯料扩收挤压轮毂成形工艺,该工艺具有提高轮辐变形量及降低成形力等优点。但是,尚未系统分析该工艺制备轮毂的轮辐微观组织及疲劳性能。本文以AZ80镁合金为实验材料,对比研究了两种工艺的轮毂成形过程、热处理及其轮辐的高低周疲劳性能。(1)采用Deform-3D模拟软件进行数值模拟,结果表明:扩收挤压轮毂比传统实心坯料挤压轮毂的轮辐部位变形量更大,等效应变提高2.2倍。物理实验结果表明:传统实心坯料挤压轮辐部位微观组织是混晶组织,平均晶粒尺寸为23.4μm;空心坯料扩收挤压轮辐部位微观组织几乎都是均匀的等轴晶,平均晶粒尺寸为11.2μm。(2)利用Imager.A1m型金相显微镜、SU5000型扫描电子显微镜和Instron3382拉伸实验机,分析了铸态、挤压态、欠时效态以及峰时效态试样的组织和拉伸性能。表明:未时效时,轮毂挤压态力学性能优于铸态力学性能。随时效时间增加,两种工艺制备的轮毂强度和硬度增加,塑性下降;但是扩收挤压轮毂的力学性能整体比传统工艺更好,其晶粒更细、织构更强以及第二相分布更均匀。(3)采用Instron8801疲劳试验机,研究两种工艺轮毂的欠时效态和峰时效态高周疲劳性能,结果表明:传统工艺的峰时效态疲劳强度比欠时效态疲劳强度高6.7MPa;扩收工艺的峰时效态疲劳强度比欠时效态疲劳强度高5.4MPa。欠时效和峰时效状态下,扩收挤压轮毂的疲劳强度比传统工艺分别高5.3MPa和4MPa;基于扩收挤压轮毂的疲劳寿命也高于传统工艺。(4)采用SU5000扫描电镜对高周疲劳断口进行分析,每种状态的萌生区由类似蠕虫状结构组成,裂纹扩展区是由许多大小不一的片层状结构构成扇形区,瞬断区由大小不等的韧窝、解理台阶、撕裂棱组成。(5)采用相同的疲劳试验机和扫描电镜,研究欠时效态和峰时效态下的两种工艺的低周疲劳性能,结果表明:在0.4%总应变下,峰时效态的应力幅值是高于欠时效态的,且有循环硬化现象;平均应力响应图表明:峰时效态拉压不对称性进一步降低;滞后环曲线表明:疲劳滞后环是明显对称的,且孪生未启动。断口观察表明:疲劳裂纹源均出现在表面,裂纹扩展区都呈现出放射发散状纹理,随着时效时间的延长,扩展区面积呈减小趋势,瞬断区由韧窝、解理台阶、撕裂棱等组成,断裂形貌与它的塑韧性密切相关的。