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汽车铝合金转向节挤压铸造成形技术的研究

欧阳晓贤  
【摘要】:为了提高燃油使用效率,减少二氧化碳排放,汽车面临着轻量化的迫切需求,使用轻合金零部件是汽车轻量化的重要途径之一。转向节是汽车重要安全结构件,国外铝合金转向节已有报道,而在国内的相关研究开发仍处于空白。挤压铸造是一种结合了锻造与铸造特点的近净成形工艺。本文研究了利用挤压铸造成形方法研制汽车铝合金转向节零件的成形技术。 首先根据目标球墨铸铁转向节的特征与功能,基于挤压铸造工艺原则,进行了挤压铸造转向节局部结构的设计与改进。使用JSCAST软件对转向节零件铸造充型和凝固过程进行模拟,通过对充型速度、凝固顺序等分析,预测了可能发生的收缩缺陷。进一步优化了目标挤压铸造转向节的结构。然后,根据所确定的挤压铸造转向节结构,以及实验所用的2500kN挤压铸造机的参数,完成了挤压铸造转向节模具的设计,并预留了水冷通道,为工艺试制优化提供保证;选用H13钢为模具材料,完成了转向节模具的加工制造。 采用Al-Si-Mg合金进行了转向节挤压铸造的试制。得到了外观完整、表面质量良好、无浇不足和热裂等缺陷的铸件。微观组织分析表明,铸态下共晶Si粒子主要为长针状或纤维状,长宽比值较大;T6热处理后,Si粒子形状圆整,呈球状或颗粒状,长宽比值明显减小;由于料饼处邻近挤压冲头,在挤压力作用下,合金液与模具壁紧密接触,晶粒尺寸细小,二次枝晶间距仅有11. 32μm。在铸件的热处理中,由于固溶处理过程Si粒子形貌改善,以及时效处理的弥散强化作用,T6热处理后铸件抗拉强度和伸长率显著提高,平均值分别为253.44MPa和10.55%。拉伸断口SEM分析显示,T6热处理后断口韧窝数量、深度及均匀度均提高,表明铸件韧性好。研究表明,在没有明显孔洞缺陷时,Al-Si-Mg合金铸件的抗拉强度主要取决于铸件基体组织,而其伸长率主要受Si粒子形貌影响。 进一步采用Al-Cu-Mn合金试制了挤压铸造转向节,分析了铸件中Cu元素含量的宏观分布、微观组织、力学性能、拉伸断口。结果表明,导致转向节铸件与材料力学性能相比偏低的主要原因是:Al-Cu系合金结晶温度范围宽,属于“糊状凝固”特性,铸件中容易存在严重的宏观偏析;合金枝晶发达,枝晶间液相流动补缩困难,铸件枝晶间存在明显的孔洞缺陷,因此,铸件力学性能不高。研究表明,Al-Cu-Mn合金的挤压铸造,需要使用更大的挤压比压,进行强制补缩。


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