真空压铸铝合金减震塔在铝车身上的应用

作者:《特种铸造及有色合金》
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摘要:针对全铝弧焊平台车型用真空高压铝合金减震塔,对其工艺改善过程进行了分析,并对力学性能进行了评价。结果表明,提高铝液密度,适当降低Mg含量,优化热处理工艺参数等措施能提升减震塔的力学性能,改进后减震塔T7态屈服强度为128.92 MPa,抗拉强度为216.18MPa,抗拉强度相比改进前提高了12.14%,伸长率达到11.5%,相比改进前提高了56.89%,密度为2.682 1g/cm3,满足设计使用要求。另外,采用ER4043焊丝和ER5356焊丝对减震塔焊接性能进行了评价,发现采用ER5356焊丝焊接接头强度高于160MPa,接头效率达到76%,优于ER4043焊丝,满足设计使用要求。
关键词:真空压铸; 减震塔; 弧焊; AlSi10MgMn
本课题针对用于全铝弧焊车身平台车型的真空压铸铝合金减震塔,对其工艺改善过程进行了分析,并对其性能进行了评价,从而保证减震塔满足要求。
1. 减震塔设计
图1为真空压铸铝合金减震塔结构图,采用薄壁一体化设计,整个零件质量为1.93kg,壁厚为2.5~3.5mm。轮廓尺寸为242mm×249mm×328mm。设计要求减震塔本体T7 态屈服强度>120MPa,抗 拉 强度>180MPa,伸长率>10%,焊接接头效率>70%。采用高真空压铸工艺,真空度<500Pa。
2. 减震塔试制及改善措施

2.1 减震塔试制
对减震塔进行试制(改进前),热处理(工艺:460℃×120min固溶,180 ℃×120min时效)后局部位置出现较为明显的气孔,见图2,气孔最大尺寸达到10mm。成分检测结果见表1,可见Mg含量稍超出要求,其他均满足标准要求。
在减震塔本体上取样,进行力学性能测试,结果见表2,结果为3个试样的均值。可以看出,发现屈服强度和抗拉强度均满足要求,但伸长率只有7.33%;另外,通过排水法测量减震塔本体试样的密度,为2.6214g/cm3,同 样方法测量宝马SF36减震塔密度为2.6847g/cm3,可见相对于宝马对标件密度偏低,不满足要求。
2.2 问题分析
减震塔的伸长率较低和热处理后局部表面产生较大气泡,导致使用要求不满足。对图2中的减震塔进行X射线无损检测,发现对应的起泡位置内部有明显的气孔缺陷,见图3。对于气泡控制,可以通过二方面进行:①优化模具设计,减少充型过程中的卷气量;②降低浇注温度,提高铝液密度。
提高伸长率可以通过二种方法:①优化热处理工艺参数;②适当降低铝液中的Mg含量。
2.3 改进措施
用模流分析软件对充型过程进行充型模拟,见图4。可以看出,整个过程铝液流动比较顺畅,无明显卷气。控制保温炉中铝液密度>2.64g/cm3,铝液含渣量K≤0.1。通过优化,得到较优的热处理工艺参数如下:460℃×150min固溶,200 ℃×180min时效。
Mg含量适当降低有助于提升真空铝合金压铸件的伸长率,但同时会降低其屈服强度,见图5,结合对强度性能的要求,将Mg含量降至0.3%。
3. 改进后减震塔性能
3.1 减震塔本体力学性能检测
对改进后生产的减震塔本体取样进行密度和力学性能检测,见图6和表3。可见减震塔本体屈服强度为128.92MPa,抗拉强度为216.18MPa,伸长率达到11.5%,满足设计要求。减震塔本体平均密度达到2.6821g/cm3,与宝马SF36减震塔的密度(2.6847g/cm3)相近。
3.2 焊接性能检测
对减震塔本体取样进行MIG焊接,采用ER4043和ER5356两种焊丝,对焊接接头进行拉伸测试和宏观金相观察。焊缝接头的力学性能见表4。
可见,保留焊缝余高时,采用ER4043焊丝的焊缝接头的平均抗拉强度为150.93MPa,接头强度系数为母材的69.82%;采用ER5356焊丝的焊缝接头的平均抗拉强度为163.91MPa,接头强度系数达到母材的75.82%;打磨掉焊缝余高时,采用ER4043焊丝的焊缝接头的平均抗拉强度为149.67MPa,接头强度系数为母材的69.23%,采用ER5356焊丝的焊缝 接头的平均抗拉强度为164.67MPa,接头强度系数达到母材的76.17%。
可见,采用ER5356焊丝焊接比ER4043焊丝焊接接头静载工况下性能更优,采用ER5356焊丝能满足焊接接头强度系数大于70%的要求。从焊缝接头拉断形式看,当保留余高时,两种焊丝焊接焊缝基本断裂在熔合区,这可能是由于在铸件熔合区Fe元素偏聚,形成了Al-Fe-Si等富Fe相,削弱接头处熔合区的性能所致;当打磨掉焊缝余高时,两种焊丝焊接焊缝基本断在焊缝区,这是由于焊缝中心位置为最后凝固冷却的位置,此处应力较大,偏析严重,没有余高增强后,此处为最弱的区域见图7和图8。
对铸件焊接后的断面气孔进行了观察 ,见图9,可见两种焊丝焊接后气孔数量及尺寸相差不大,最大气孔尺寸在0.5mm 左右,基本满足使用要求,但也存在进一步优化的空间。
4. 结论
(1)提高铝合金密度,适当降低Mg含量,优化热处理工艺参数等措施能提升减震塔本体的力学性能。
(2)改善后的减震塔T7态屈服强度为128.92MPa,抗拉强度为216.18MPa(提高了12.14%),伸长率达到11.5%(提高了56.89%),密度为2.6821g/cm3,满足要求。
(3)采用ER5356焊丝焊接接头强度大于160MPa,接头效率达到76%,优于4043焊丝焊接接头性能,满足设计使用要求。
(本文完)

END

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