高真空压铸汽车减震塔的热处理工艺研究

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减震塔是安装在汽车减震器上的顶部金属结构件,用于吸收顶部冲击,同时承受来自减震器弹簧的作用力。在节能环保与车身轻量化的大趋势下,越来越多的新款车型开始采用铝合金材料来制造减震器。真空压铸技术因其自动化程度高、生产效率高、能近净成型高质量高性能复杂薄壁件的工艺特性,成为制作汽车用铝合金压铸件常用的一种快速成型工艺。但在实际生产中,汽车减震塔内部仍然存在孔洞缺陷,经常规T6热处理后产品的力学性能尤其是伸长率达不到实际的使用要求。本文以三板模高真空压铸AlSi10MnMg汽车减震塔为研究对象,对汽车减震塔原材料Al Si10Mn Mg中的析出相进行了分析,进一步了解了减震塔内部的显微组织特点,并分析了减震塔的力学性能;而后在此基础上研究了固溶、时效过程中工艺参数的变化对减震塔的组织及力学性能的影响。主要结论如下:对AlSi10MnMg合金中的富铁相深入分析,发现富铁相的形态与富铁相(Mn+Fe)/Si的比值有关。随着凝固的不断进行,α-Al15(Fe,Mn)3Si2相由二元共晶的汉字形转变为三元共晶的块状及颗粒状,相的尺寸逐渐变小,其(Mn+Fe)/Si的值却逐渐增大。提高冷却速度会使合金组织变得细小,合金的强度及伸长率都得到明显的提升,断裂失效模式从以穿晶断裂为主的脆性断裂转变为韧性断裂。压铸态AlSi10MnMg减震塔的显微组织分为表层细晶区、溶质偏析带、压室预结晶组织(ESCs)及压室激冷层组织。减震塔压铸件位于水口处的偏析带厚度比其他位置的厚度更宽;位于岔口处的偏析带呈环状特征。通过高倍SEM观察发现,减震塔的显微组织由梅花状α-Al等轴晶、铝硅共晶、块状锰铁相及少量针状π-Fe组成,其中共晶硅为细小的纤维状。力学性能测试结果表明,减震塔压铸件的屈服强度为133 MPa,抗拉强度为280 MPa,伸长率为7.39%。对减震塔压铸件不同部位的取样分析表明,其近水口端及近溢流槽位置的力学性能较差,中间位置性能较好且稳定。减震塔压铸件中的缺陷以气孔与缩孔最为常见,对力学性能造成最大影响的是冷料缺陷。AlSi10MnMg减震塔压铸件在固溶处理过程中组织转变十分迅速,在460℃固溶0.5h就足以让硅相溶断并球化。分析表明,延长固溶时间对铸件力学性能的改善无益。试样经T6热处理(530℃×0.5 h+180℃×2 h)后获得的强度最高(屈服强度:263 MPa;抗拉强度:344 MPa;伸长率:15.83%)。TEM分析表明,Al Si10Mn Mg合金的时效析出强化相为β’’相,并有少量B’相、Al Mn Si相析出。时效温度的升高会促进析出相的析出与长大,可以缩短Al Si10Mn Mg合金达到峰时效的时间,但会降低峰时效的强度。淬火冷却速度的降低也会降低铸件的强度,并延长到达峰时效的时间,但对提升铸件的伸长率有利。T6热处理工艺(480℃×0.5 h+风冷+250℃×1 h)更适合三板模真空压铸Al Si10Mn Mg汽车减震塔的实际生产。
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