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高真空压铸汽车底盘结构件热处理探究
发布时间:2017-9-18 17:27:59
21世纪以来,能源危机和环保问题是全社会关注的热点,对汽车工业也提出了更高的要求。如今国内外的汽车生产商都在研究如何使汽车轻量化,其中以铝代钢是轻量化技术的首选,铝合金结构件占汽车零件的比重也越来越高。压力铸造是目前铝合金成形中材料使用率高、外观质量好,效率最高的成型方法,在汽车节能减排、以铝代钢的生产中功勋卓越。

然而,汽车缸体、离合器、汽车底盘结构件、齿轮箱等零件,利用传统高压铸造生产时,型腔内的气体来不及往外排,造成的结果是模具型腔内的卷气,进而导致铸件内部产生气孔等压铸缺陷,无法满足高抗拉强度、高屈服强度、高伸长率等力学性能指标要求。

高真空压铸可以很好的解决铸件内部气孔缺陷的问题,它既具备普通压铸的外观质量好,生产效率高,材料利用率高的特点,同时又可以满足高性能铸件的要求, 因此高真空压铸在工业生产中 ,尤其是在汽车轻量化进展过程中,扮演着非常重要的角色。

国内已有不少压铸厂家进入了结构件的研发和生产,但研究成果却罕见报端; 高强韧铝合金的性能通过试验研究已获得初步认识,并进行了报道,然而行业对高强韧铝合金的结构件生产工艺及产品的热处理研究却罕有报道,本文结合公司生产的一款汽车底盘结构件,系统介绍了高真空压铸工艺以及不同热处理工艺对产品性能的影响。

1产品开发技术要点

1.1产品外形尺寸及基本要求

产品的 3D 模型如图1所示。 其空间尺寸为 677.79mm>< 115. 40m ×232.42m, 产品浇注重量为2 .6kg, 平均壁厚约为3.5mm,铸件在分型面的投影面积为 86300m㎡。 铸件有多处位置,尤其是螺纹孔位置壁厚变化较大, 判断为热节位置, 在压铸成型时容易出现缩孔或疏松。

铸件的内部品质要求为 :一般铸造位置孔洞在Ф 1㎜ 以下, 凸台位置、肉厚位置要求Ф 2㎜ 以下;之间外观要求无明显的流痕和龟裂纹,表面不能有气泡。

高真空压铸汽车底盘结构件热处理探究
1.2压铸合金

生产所用合金为高强韧铝合金Silafont36. Silafont36合金是一种Al-Si-Mg系压铸合金,Si含量为9.5%-11. 5%,因此合金具有良好的充型性能;为获得较高的强度和韧性,严格控制Fe含量在0.15%以下,同时为解决低铁合金的粘模倾向,添加了适量的Mn; Mg含量一般控制在 0.1%、0.5%,Mg是主要的强化元素,生成Mg2Si 强化相,在时效过程中析出纳米级的Mg2Si粒子,弥散分布于基体中,显著提高铸件的强度[6]。生产中所用的Silafont36合金各成分含量如表1。

高真空压铸汽车底盘结构件热处理探究
1.3压铸模具及高真空压铸工艺

模具设计压射直径为Ф130 ,充满度为22.3%。由于高真空压铸模具充满度较低,型腔 ( 含浇道)空气含量仅为料槽含量的 1 /5左右 , 因此排除料槽空气不可忽视。 压室采用整体压室 ,并在适当位置开设真空排气孔,用于排除压铸内的空气 ,压射冲头采用自密封冲头,如图2。

由于产品造型无需抽芯机构,因此对压铸模具分型面采用了耐高温胶条密封,同时模具顶针、快换型芯针以及动定模镶块均采用密封思路设计。 生产时采用双向高真空压铸 , 高真空阀为液压驱动主动开关阀 ,以冲头行程控制真空阀的开闭,实现半程抽高真空。

Silafont36具有良好的填充性能,但是该底盘结构件较为复杂,填充行程较长,填充过程中降温较大, 因此设定铝液温度为 670 ℃ , 采用模温机控制模具温度为 220 ℃ , 产品热节位置采用高压点冷控制。熔体的进给方式为定量炉自动进给,可以精确控制进给量和保证进给铝液温度的稳定。压铸机具有压铸参数的闭环控制功能,同时可实现对参数的实时监控,对于超出设定参数范围的产品,自动取件手可实现自动报废功能,严格监控产品品质。

生产时,模温到达合理温度区间后,由机边作业员监控产品外观质量,100%全检产品外观,保证产品无冷隔,无裂纹,无扣伤,无烧伤等缺陷,内部质量采用高分辨率x光检测机构进行过程监控,要求x光无任何气孔,疏松等。图5为产品切割成3部分后x光图片。

高真空压铸汽车底盘结构件热处理探究
高真空压铸汽车底盘结构件热处理探究
高真空压铸汽车底盘结构件热处理探究
从产品的X光图片可以看出,产品内部组织致密,无疏松,无气孔缩松,这是产品可以进行T6,T7热处理的基本要求。

2 产品的热处理工艺探究

2.1热处理方案设计

一般而言,普通压铸件由于含气量高,无法进行高温处理。因为铸件中的气体在高温热处理下发生膨胀聚集,造成铸件表面亚种鼓泡,同时严重降低铸件的伸长率。采用高真空压铸时,铸件中含气量可低于15ml/100g,甚至低于10ml/100g,可以对铸件实施T6,T7热处理。

为获得Silafont36合金在不同热处理状态下的机械性能表现,在实验中,分别设计了T5、T6、T7三种热处理状态,以铸态条件下的性能表现作为参照组。T5、T6、T7热处理工艺如表2所示。

东莞热处理厂


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