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原文传递挤压铸造Al-Si-Cu合金与汽车换挡臂成型的研究

论文题名：	挤压铸造Al-Si-Cu合金与汽车换挡臂成型的研究
关键词：	挤压铸造模具;铝合金;汽车;力学性能提高;凝固;挤压力;换挡;铸件;组织细化;合金抗拉强度;合金液;伸长率;热处理;浇注;铸造成形技术;液温度;实验结果分析;二次枝晶间距;结晶;挤压铸造方法
摘要：	铝合金是有色金属中用途较广的轻金属之一，它具有重量轻、比强度高、耐腐蚀和易成形等优点。铝合金在现代汽车的轻量化中扮演着极为重要的角色，被认为是21世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”。挤压铸造是一种结合铸造和锻造特点于一体的工艺，其特点是铸造工艺简单、材料利用率高，成本低和铸件性能好等。本文研究了Al-Si- Cu合金在挤压铸造下的组织和性能的演变规律，以及铝合金汽车换档臂的挤压铸造成形技术。　　研究了Al-6％S1-4％Cu在不同挤压力下凝固及热处理过程中的显微组织和力学性能的变化规律。该合金随着凝固挤压力的增加，初生α(Al)相晶粒尺寸显著减小，共晶Si粒子长宽比显著减小，Si相形貌由长针状变成粒状或圆棒状：同时，二次枝晶间距和AI2Cu相颗粒变小，枝晶间孔洞数量减少，力学性能提高。50MPa压力下，铸念合金抗拉强度和伸长率分别达到265.6MPa和4.72％。合金经过T4和T6热处理后，其组织都比铸念时明显细化，Si粒子长宽比明显减小，Al2Cu相数量显著减少，力学性能提高；50MPa压力下，合金经T4热处理后其抗拉强度和伸长率分别达到323.6MPa和8.51％，分别比铸态时提高了21.8％和80.3％；合金经T6热处理后其抗拉强度和伸长率分别达到359.5MPa和4.35％。研究结果表明：在无挤压力下凝固下，该合金裂纹起源于枝晶间的孔洞和缩松等缺陷；经挤压铸造后，由于外挤压力的强制补缩，并极大提高了[H]在铝合金固相中的溶解度，消除了合金的收缩缺陷和气孔，此时合金断裂裂纹起源于脆性的共晶Si相，并沿合金二元、三元共晶晶界扩展，至沿晶断裂。　　设计了汽车换挡臂挤压铸造模具，并采用Al-Si-Cu合金和挤压铸造方法试制铝合金换挡臂。研究发现：当从换挡臂模具小端空腔浇注时，25MPa压力凝固下换挡臂铸件各部位组织都较致密，无显微缩孔和气孔等缺陷，Si相颗粒呈粒状或圆棒状，均匀分布各晶界中，合金得到强化，其抗拉强度和伸长率分别达到314.9MPa和3.57％。增加凝固压力，对换挡臂各部位组织细化无明显作用，其力学性能无显著提高；其原因是铸件四周表层和换挡臂小端首先凝固，当凝壳达到一定程度，阻碍了挤压冲头的进一步运动，使得后续铸件凝固中，挤压力无法完全施加于铸件上，铸件组织未得到明显细化。此外，由于换挡臂铸件成分中含Fe量较高，形成脆性的p铁基化合物，割裂基体的连续性，降低铸件的塑性和强度；且换挡臂零件结构有差异，合金液凝固不均匀、凝壳形成，导致挤压力无法完全施加于铸件上，其力学性能较材料试验时有所降低。通过数值模拟和实验结果分析，可知从模具大端浇注时，模具左边小端部位合金液温度下降较快，且热量得不到及时补充，在挤压前出现部分凝固，此时合金液无法完全在压力下结晶凝固，换挡臂小端位置组织较差，且有少量缩孔缺陷，而大端处因靠近浇口，温度高，可承受上模压力结晶凝固，其组织细化；当从模具小端浇注时，模具型腔内合金液温度均较高，各部位合金液可在上模挤压力下结晶凝固，铸件各部位组织均较致密，力学性能明显提高。结果表明：该换挡臂挤压铸造的合适浇注方式是从模具小端空腔浇注成形。
作者：	张克武
专业：	材料加工工程
导师：	赵海东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文