真空压铸铝合金减震塔在铝车身上的应用

俊儿1966 2020-12-01

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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。