摘要：研究了在高真空壓鑄狀態(tài)下，鋁合金AiSi10MnMg材料的不同熱處理?xiàng)l件對(duì)結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能的影響，分析了減震塔零件的熱處理工藝中各影響因素對(duì)力學(xué)性能的作用。研究結(jié)果表明，零件的不同位置在同樣的熱處理?xiàng)l件下材料力學(xué)性能有所不同，靠近內(nèi)澆口部位的性能好于鋁合金填充末端位置。從T6熱處理試驗(yàn)結(jié)果可以看出，較低的固溶溫度和較長(zhǎng)的人工時(shí)效時(shí)間可以獲得較好的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。另外從試驗(yàn)結(jié)果看，高真空壓鑄件中仍然存在少量的氣孔，厚大部位還有一些縮孔和縮松現(xiàn)象。

由于汽車輕量化的要求，汽車結(jié)構(gòu)件越來(lái)越多地用鋁合金替代，對(duì)鋁合金結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能提出了更高的要求。高真空壓鑄是一種在壓鑄過(guò)程中實(shí)施抽真空，從而達(dá)到在壓鑄前盡量抽去型腔內(nèi)的空氣以減少壓鑄件內(nèi)部氣孔的目的。高真空壓鑄件可以進(jìn)行焊接和熱處理強(qiáng)化，在需要焊接、受較大載荷或循環(huán)載荷的鋁合金汽車結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用。壓鑄合金AlSi10MnMg是一種適合于高真空壓鑄的強(qiáng)韌鋁合金，其生產(chǎn)的高真空壓鑄件具有抗拉強(qiáng)度高，伸長(zhǎng)率大等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)。因此選取AlSi10MnMg材料來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)件力學(xué)性能的分析。

選擇汽車結(jié)構(gòu)件中的比較有代表性的零件——汽車減震塔進(jìn)行高真空壓鑄狀態(tài)分析，研究零件的內(nèi)在質(zhì)量和力學(xué)性能變化，旨在為其應(yīng)用提供更多參考。

1.減震塔零件的生產(chǎn)工藝

減震塔的基本外形見圖1。

圖1:減震塔的三維示意圖

零件呈左右對(duì)稱，單件質(zhì)量為3.8 kg，平均壁厚為3 mm，外形尺寸為547mm x337mm x318 mm，采用AlSi10MnMg壓鑄鋁合金，投影面積為1802 cm2, 采用意特拉35 000 kN壓鑄機(jī)生產(chǎn)(真空度為2 000~2 400 Pa),一模兩腔（左右對(duì)稱件各一腔）總投影面積為6226 cm2, 澆注質(zhì)量為9.27 kg。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)見圖2

圖2:澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

2.試驗(yàn)方法與措施

試驗(yàn)所用的是正常生產(chǎn)的高真空壓鑄件。鑄件放入高溫電阻爐中進(jìn)行T6熱處理，然后按不同的熱處理工藝進(jìn)行編組，按組分別取樣分析。

試樣都是從模具右邊型腔截取，取樣位置和樣品編號(hào)見圖3，隨后用數(shù)控機(jī)床按圖4的形狀加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。

圖3:取樣位置與編號(hào)

圖4:拉伸試樣示意圖

3.試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)采用的固溶溫度為490、500、510 ℃，保溫3 h，人工時(shí)效溫度為170、175、200 ℃時(shí)效3 h，分別制定的7種熱處理方案及力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表1。

表1:不同熱處理?xiàng)l件下的力學(xué)性能

對(duì)以上鑄件的典型位置1、2、4、6、10的數(shù)據(jù)分析,見圖5和圖6

圖5:強(qiáng)度分析曲線

圖6:伸長(zhǎng)率分析曲線

從圖5中可以看出填充末端位置1處的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率的數(shù)據(jù)相對(duì)于其他位置都比較低，內(nèi)澆口附近的材料如位置4處力學(xué)性能較好。說(shuō)明鋁合金液流動(dòng)的最后位置材料力學(xué)性能較弱，應(yīng)在壓鑄過(guò)程中重點(diǎn)管理，同時(shí)結(jié)構(gòu)件在壓鑄生產(chǎn)時(shí)不宜將零件的重要部位放置在合金液充填的末端而應(yīng)該放置在內(nèi)澆口附近。對(duì)比鑄態(tài)材料和熱處理方案1至4可以看出，熱處理能將零件的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度平均提高60 ~110 MPa。
分析熱處理工藝后力學(xué)性能的數(shù)據(jù)，見圖7和圖8。

圖7:不同熱處理?xiàng)l件下的強(qiáng)度變化

圖8:不同熱處理?xiàng)l件下的伸長(zhǎng)率變化

通過(guò)圖7和圖8可以在幾組試驗(yàn)中的材料抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度變化不大，伸長(zhǎng)率隨固溶處理溫度的升高和人工時(shí)效溫度的升高呈下降趨勢(shì)，另外可以看出，延長(zhǎng)人工時(shí)效的時(shí)間可以提高材料伸長(zhǎng)率，降低固溶熱處理溫度可以提高材料伸長(zhǎng)率。

4.結(jié)論

（1）由于壓鑄件內(nèi)澆口附近的壓力較高，并向填充末端鑄件遞減，高真空壓結(jié)構(gòu)鑄件在熱處理后內(nèi)澆口附近的力學(xué)性能好于填充末端的。

（2）較低的固溶溫度和較長(zhǎng)的人工時(shí)效時(shí)間以及較低的人工時(shí)效溫度可以取得較好的力學(xué)性能。

文章作者

劉付曙 廖仲杰 陳國(guó)恩 張玉龍 汪學(xué)陽(yáng) 黃志垣 萬(wàn)里
廣東鴻圖科技股份有限公司

張俊超
中鋁材料應(yīng)用研究院有限公司蘇州分公司

闞洪貴
安徽江淮汽車股份有限公司

本文來(lái)自:《特種鑄造及有色合金》雜志2022年第42卷第2期