原標(biāo)題：Ti含量對(duì)壓鑄A380合金缸殼體力學(xué)性能的影響

摘 要：針對(duì)新一代發(fā)動(dòng)機(jī)所用的A380合金下缸殼體項(xiàng)目，在性能上對(duì)材料的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度要求更高，提出了滿足-3σ的全新目標(biāo)。為此，通過不斷調(diào)整鋁液的化學(xué)成分及壓鑄工藝參數(shù)，來確保最終目標(biāo)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

前 言：伴隨著汽車排放國(guó)標(biāo)VI要求，汽車行業(yè)相繼都在開發(fā)與之要求相匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)?；诖耍ㄓ闷囬_發(fā)了CSS 項(xiàng)目發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，CSS 675T（下缸體延伸配套體）直接應(yīng)用于通用汽車（General Motor）2.7T四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，以及全鋁缸蓋、缸體和塑料油底殼等材料。因此，本研究對(duì)如何提高材料力學(xué)性能進(jìn)行了分析，旨在為類似項(xiàng)目提供參考。

1、下缸殼體力學(xué)性能要求

CSS675T由3個(gè)子零件共同構(gòu)成。采用自主開發(fā)的A380耐磨鋁合金，其在性能上需要滿足-3σ的特殊要求。通過MAGMA模流分析軟件，對(duì)鋁液的充型過程進(jìn)行模擬，溫度場(chǎng)的分布進(jìn)行分析，優(yōu)化模具方案，最終設(shè)計(jì)出合理的澆注方案和冷卻系統(tǒng)。壓鑄過程中，使用模溫機(jī)控制模具溫度保持模具溫度平衡，從而有效控制鑄件的凝固次序。

從產(chǎn)品本體取樣，一處在1號(hào)位置，靠近水口；另一處在2號(hào)位置，靠近水尾，見圖1，力學(xué)性能要求抗拉強(qiáng)度大于155MPa,屈服強(qiáng)度大于130MPa,伸長(zhǎng)率大于0.5%。

圖1 下缸殼體及取樣位置

在改善前的抗拉強(qiáng)度均值為203.8 MPa  , 標(biāo)準(zhǔn)差為27.54MPa，平均值為121.18 MPa。屈服強(qiáng)度均值為161.7 MPa, 標(biāo)準(zhǔn)差為10.86 MPa，平均值為129.12 MPa?？梢钥闯?，數(shù)據(jù)與客戶的要求存在一定的差距，需要對(duì)此進(jìn)行改善和提升。

2、力學(xué)性能問題點(diǎn)分析及對(duì)策制定

2.1 鋁液化學(xué)成分

該款產(chǎn)品所要求的鋁液牌號(hào)為A380（GMW5M-AL-C-D-Si8Cu3Fe-F），具體的各項(xiàng)化學(xué)成分見表1。

表1 A380合金的成分要求

加入Ti后鋁合金液晶粒尺寸明顯變得更為均勻細(xì)小，同時(shí)可以使得第二相粒子的成分有所改變，形成了富Ti和Ce的復(fù)雜化合物，且其數(shù)量較多，分布更為彌散均勻，從而提供了更多的非均勻形核的核心，最終提升了細(xì)化晶粒的效果。改善鋁合金的力學(xué)性能。

初始對(duì)于Ti含量雖然要求小于0.2%，但實(shí)際過程中含量都低于0.05%，所以需要對(duì)Ti含量的控制進(jìn)行控制。

2.2 Ti含量試驗(yàn)測(cè)定

為了確定Ti含量，做2組不同Ti含量的試驗(yàn)，第1組Ti含量控制在0.1%~0.15%范圍內(nèi)，第2組Ti含量控制在0.15%~0.2%范圍內(nèi)，見表2。

表2 不同試驗(yàn)組的化學(xué)成分

2.3 壓鑄試制工藝條件

保溫爐在注入鋁液前進(jìn)行清爐，記錄清爐時(shí)間和狀態(tài)，并拍照，注入鋁液后保溫爐靜置10 min后清理表面浮渣并作記錄，壓鑄過程每1 h清理保溫爐爐渣，并作過程記錄，保溫爐2次/每班檢查化學(xué)成分以及K模，并作過程記錄，鋁液溫度要求控制在±5 ℃內(nèi)。壓鑄工藝參數(shù)見表3和表4，壓鑄前確認(rèn)壓鑄真空系統(tǒng)狀態(tài)，并跟蹤記錄真空機(jī)過程參數(shù)。

表3 壓鑄試制工藝參數(shù)

車削刀具需要采用圓頭刀將圓弧部分一次成形，防止出現(xiàn)接刀痕;標(biāo)距部分直徑為6.39±0.01，見圖2。

圖2 試棒尺寸

3、力學(xué)性能改善結(jié)果分析

第1組共取樣23根試棒，Ti含量測(cè)定為0.12%，1號(hào)和2號(hào)位置的試棒力學(xué)性能結(jié)果見表5

表5 第1組（Ti  0.12%）的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

第2組共取樣19根試棒，其中1號(hào)位置15個(gè)試樣，2號(hào)位置19個(gè)試樣，Ti含量測(cè)定為0.18%，力學(xué)性能結(jié)果見表6。

表6 第2組（Ti  0.18%）的力學(xué)性能

從表5和表6可以看出，測(cè)試的兩組成分，不論Ti含量高低，由2#位置的測(cè)試結(jié)果可見材料本身性能均能達(dá)到力學(xué)性能指標(biāo)。同一組測(cè)試（即成分相同時(shí)），2#位置的屈服強(qiáng)度平均值比1#位置高10~12 MPa、抗拉強(qiáng)度平均值高21~49 MPa，這說明1#位置的性能低不是因?yàn)椴牧铣煞?，而是組織方面的差異。

σ值反映了性能的波動(dòng)，σ越小性能越穩(wěn)定，對(duì)比1#和2#位置的σ值可見，1#位置力學(xué)性能波動(dòng)大，推測(cè)是由于1#位置的組織中的夾渣、氣孔等缺陷或組織不均勻原因?qū)е拢梢酝ㄟ^掃描電鏡分析拉伸試樣斷口來佐證。Ti含量是解決屈服強(qiáng)度性能不達(dá)標(biāo)問題的關(guān)鍵，重點(diǎn)在于減少σ值，Ti含量在0.1%~0.15%（0.12%）時(shí)試棒的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都明顯低于Ti含量在0.15%~0.2%（0.18%）。故要繼續(xù)內(nèi)部控制Ti的含量。

4、結(jié)語

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，控制Ti的含量并使其在0.15%~0.2%范圍內(nèi)更有利于滿足Mean-3σ的客戶端要求。

作者
趙郁鎏 周海軍 薛小江 錢志安 王培建 張森 康陽洋
廣東鴻圖南通壓鑄有限公司
徐義武 詹鳳偉
通用汽車中國(guó)
程漢明
南通鴻勁金屬鋁業(yè)有限公司
本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志