2024铝合金传动轴轴身挤压铸造工艺研究

【摘要】： 列车轻量化已成为当今铁路交通领域的研究热点,而作为火车重要部件之一的传动空心轴轻量化意义深远。本文结合列车铝合金轻量化传动空心轴研制项目,对2024铝合金传动空心轴缩比件的挤压铸造工艺及其后续热处理制度进行了系统研究。 对挤压铸造中主要的工艺参数浇注温度、模具温度以及压制压力的研究表明：浇注温度过低时,增加了金属自由凝固壳层厚度,妨碍冲头施压,铸件心部残留疏松缩孔缺陷,合金致密度较低；浇注温度过高则延长合金凝固时间,晶粒粗化严重,并且铸件的脱模阻力增大。挤压铸造模具温度过低补缩困难；过高则降低模具的使用寿命,并使得合金的组织粗大。随压制压力的增加可细化铸件晶粒,减少显微疏松等缺陷。当压制压力较小时,随着压制压力(≤120MPa)的增加,挤压铸造合金晶粒明显细化树晶间距明显减小,抗拉强度和伸长率有较大增加。在挤压力高于120MPa,得到的铸件组织细小,缺陷较少,铸件表面及内部无冷隔、气孔、缩孔、裂纹等缺陷。 对挤压坯件后续固溶时效热处理研究表明：固溶处理初期,挤压铸造2024铝合金的主要合金元素Cu、Mg主要偏聚于晶界,随固溶时间的延长逐渐扩散至晶粒,且进一步延长固溶时间有助于合金元素的均匀分布。合金经495℃,16h固溶后,合金组织中的Cu、Mg等合金元素基本溶入基体,合金固溶处理效果较好。固溶处理后的试样190℃时效,合金在时效12h后,硬度达到峰值。 在本实验条件下,2024铝合金传动空心轴挤压铸造的最优工艺为：浇注温度：730℃、模具温度：250℃、压制压力：120MPa。此时合金的抗拉强度达到280MPa,延伸率为7.9%。后续热处理最佳工艺为：495℃、16h固溶处理后,190℃、12h时效处理,此时合金抗拉强度达到了峰值435MPa,延伸率6.9%。