汽車鋁底盤結構件的顯微組織和力學性能
鑄件結構及開發技術要點
汽車底盤結構如圖1所示，外形尺寸677.79mm×115.40mm×232.42mm，質量2.6kg，平均壁厚3.5mm，體積約9.88×105mm^3。 鑄件投影面積為86300mm^2，材質為Al-8Si-Mn-Mg合金。 鑄件有多個厚壁熱接頭，容易形成縮孔。 鑄件外觀質量要求：無明顯壓鑄流痕，無明顯龜裂，表面無氣泡； 鑄件內部質量要求：一般鑄件位置孔在1mm以下，凸台和厚肉件要求孔在2mm以下； 鑄件內含氣量要求：鑄件指定充填端每100g鋁的含氣量應小於15mL，內澆口指定部位應小於10mL； 鑄件力學性能（T5處理後）要求：抗拉強度220MPa，屈服強度150MPa，延伸率≥5%，衝擊韌性≥6.0J/cm2，螺紋拉伸試驗M10≥60kN， M12≥85kN，硬度（HRB）為30； 鑄件疲勞試驗要求：在正常情況下，在指定點承受6.1~-4.8kN的力，頻率為2Hz，20,000次循環後不允許損壞。 在測試條件下，循環次數為40,000次。 根據以上要求，這種鑄件的生產難度較大。
在鑄件開發過程中，為縮短開發週期，採用數值模擬軟件進行分析，並結合實際生產參數，採用四種不同的鑄造方法（見圖2）。 方案一、方案二採用梳狀澆注方式，方案三、方案四採用扇形澆注方式； 與Plan 1相比，Plan 2採用了更集中的飼養方式，Plan 3採用了更加分散的飼養方式。 ; 與方案4相比，方案2的主轉輪較短，方案1的主轉輪較長。 使用Magma軟件對以上四種方案進行仿真分析。 結果表明：方案2流道太直，能量損失大，內澆口澆注不同步，雜亂； 方案4在流道兩側充氣，凝固分析鑄件在螺紋孔兩側有縮孔； 3 流道過短，不利於高真空壓鑄工藝的應用； 方案4 鑄件中間澆注部位溫度較高，更容易出現鑄型沖蝕。 綜合考慮充填流體狀態、凝固收縮率、溫度等因素，方案1較好。
壓鑄工藝參數優化試驗
它是使用 Idra 的 16000kN 臥式冷室壓鑄機生產的，該機配備了實時注射控制系統。 真空閥為具有自主知識產權的液壓高真空截止閥（見圖3），配備高真空控制系統，實現型腔和壓力室雙向抽真空； 模具表面用直徑為10mm的矽膠條密封（見圖4）；模具採用油性介質冷卻，並配有熱電偶精確控制模具溫度；芯銷採用高壓水冷卻冷卻；噴塗由ABB機器人自動噴塗。
為了獲得壓鑄機設置參數和高真空行程的最佳組合，在鋁合金溫度7℃、模具溫度690℃的條件下，對200組參數組合進行了測試。
對鑄件進行顏色滲透試驗，結果表明鑄件表面無成型不良、冷分離、裂紋、氣泡等缺陷。
通過X射線檢查鑄件的內部質量。 結果表明，板材位置未發現氣孔，鑄件凸台和厚壁位置未發現氣孔、縮孔或縮孔（見圖6）。
綜合以上分析可知，慢射速度0.3m/s，真空位置480mm，壓鑄速度4.0-4.5m/s，澆注壓力76MPa左右，快射距離是620mm是參數的最佳組合。
機械性能測試與分析
3.1 真空對壓鑄件組織和力學性能的影響
可以看出，高真空（真空度為97kPa）壓鑄具有較高的密度，這意味著壓鑄內部氣體含量較少。 與普通真空（65kPa真空）壓鑄件相比，高真空壓鑄件的抗拉強度、屈服強度、延伸率和硬度分別提高了21%、29%、18%和10%，表明高真空壓鑄件對提高結構件的力學性能有較好的促進作用。
無論是高真空壓鑄還是普通真空壓鑄，高真空壓鑄和普通真空壓鑄時的合金顯微組織。 無論是高真空壓鑄還是普通真空壓鑄，Al-8Si-Mn-Mg鋁合金組織均由較粗的α 1-Al和細圓的α 2-Al，以及細小的枝晶共晶組成。 Si等組成。 儘管合金中的 Fe 含量較低，但仍可觀察到少量粒狀富 Fe 相。 由於壓鑄是在高溫高壓下進行，熔融金屬在很短的時間內充滿型腔並凝固成型。 這種大的冷卻速度可以使液態金屬獲得較大程度的過冷度，從而增加形核次數，提高形核速度，共晶Si得到細化，針狀AlSiFe相的形成得到抑制。 由於真空度低，在普通真空條件下，鑄件內部可以觀察到非常小的氣孔缺陷。
3.2 熱處理對高真空壓鑄件性能和結構的影響
3.2.1機械性能
鑄件需進行時效熱處理，熱處理條件為200℃×2h。 然後，對鑄件肋的指定位置（位置1、2、3）進行拉伸試驗。 可以看出，壓鑄件的力學性能隨著壓鑄工藝的不同而變化。
與普通真空壓鑄相比，高真空壓鑄的抗拉強度、屈服強度、延伸率和硬度都有顯著提高。 其中，抗拉強度提高約21%，屈服強度提高約29%，延伸率提高約21%。 提高18%左右，硬度提高10%左右，可見高真空壓鑄顯著提高了壓鑄件的強度和硬度。
3.2.2 衝擊韌性
對壓鑄加強筋指定位置（1、2、3位置為機械性能測試採樣點）進行的衝擊試驗表明，高真空壓鑄件的衝擊韌性完全符合要求的鑄件。
3.2.3 螺紋繪製
對鑄件的 M10 和 M12 螺紋孔進行螺紋拉拔試驗。 M10螺紋在66kN作用下沒有變化，M12螺紋在85kN作用下沒有變化，說明高真空壓鑄件的螺紋完全滿足受力要求。
3.2.4 疲勞試驗
鑄件經410150耐久性試驗後，熒光檢測表明鑄件表面無裂紋，結果表明高真空壓鑄件的疲勞抗力符合技術要求。
3.2.5 氣體含量檢測
含氣量試驗見表2。從表6的試驗結果可以看出，鑄件內澆口處的含氣量小於8.9ml/100g Al，鑄件的含氣量小於12ml/100g Al水尾溢流槽體每XNUMXg鋁小於XNUMXml，完全滿足鑄造要求。
4結論
- (1)通過數值模擬，優化汽車底盤結構件的壓鑄成型工藝和高真空壓鑄工藝參數，製造出內外質量均符合要求的優質鑄件。
- (2)高真空壓鑄可顯著提高結構件的力學性能。 與普通壓鑄相比，高真空壓鑄時鑄件密度增加，鑄件的抗拉強度、屈服強度、延伸率和硬度分別提高21%、29%、18%、10%分別。
- (3)鑄件的耐久性、拉拔度、含氣量等檢測結果均符合產品技術要求，滿足批量生產條件。
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