摘要：研究了在高真空壓鑄狀態(tài)下，鋁合金AiSi10MnMg材料的不同熱處理條件對結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能的影響，分析了減震塔零件的熱處理工藝中各影響因素對力學(xué)性能的作用。研究結(jié)果表明，零件的不同位置在同樣的熱處理條件下材料力學(xué)性能有所不同，靠近內(nèi)澆口部位的性能好于鋁合金填充末端位置。從T6熱處理試驗結(jié)果可以看出，較低的固溶溫度和較長的人工時效時間可以獲得較好的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率。另外從試驗結(jié)果看，高真空壓鑄件中仍然存在少量的氣孔，厚大部位還有一些縮孔和縮松現(xiàn)象。

由于汽車輕量化的要求，汽車結(jié)構(gòu)件越來越多地用鋁合金替代，對鋁合金結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能提出了更高的要求。高真空壓鑄是一種在壓鑄過程中實施抽真空，從而達(dá)到在壓鑄前盡量抽去型腔內(nèi)的空氣以減少壓鑄件內(nèi)部氣孔的目的。高真空壓鑄件可以進(jìn)行焊接和熱處理強(qiáng)化，在需要焊接、受較大載荷或循環(huán)載荷的鋁合金汽車結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用。壓鑄合金AlSi10MnMg是一種適合于高真空壓鑄的強(qiáng)韌鋁合金，其生產(chǎn)的高真空壓鑄件具有抗拉強(qiáng)度高，伸長率大等特點，主要應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)。因此選取AlSi10MnMg材料來進(jìn)行結(jié)構(gòu)件力學(xué)性能的分析。

選擇汽車結(jié)構(gòu)件中的比較有代表性的零件——汽車減震塔進(jìn)行高真空壓鑄狀態(tài)分析，研究零件的內(nèi)在質(zhì)量和力學(xué)性能變化，旨在為其應(yīng)用提供更多參考。

1.減震塔零件的生產(chǎn)工藝

減震塔的基本外形見圖1。

圖1:減震塔的三維示意圖

零件呈左右對稱，單件質(zhì)量為3.8 kg，平均壁厚為3 mm，外形尺寸為547mm x337mm x318 mm，采用AlSi10MnMg壓鑄鋁合金，投影面積為1802 cm2, 采用意特拉35 000 kN壓鑄機(jī)生產(chǎn)(真空度為2 000~2 400 Pa),一模兩腔（左右對稱件各一腔）總投影面積為6226 cm2, 澆注質(zhì)量為9.27 kg。澆注系統(tǒng)設(shè)計見圖2

圖2:澆注系統(tǒng)設(shè)計示意圖

2.試驗方法與措施

試驗所用的是正常生產(chǎn)的高真空壓鑄件。鑄件放入高溫電阻爐中進(jìn)行T6熱處理，然后按不同的熱處理工藝進(jìn)行編組，按組分別取樣分析。

試樣都是從模具右邊型腔截取，取樣位置和樣品編號見圖3，隨后用數(shù)控機(jī)床按圖4的形狀加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。在拉伸試驗機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能測試。

圖3:取樣位置與編號

圖4:拉伸試樣示意圖

3.試驗結(jié)果及分析

試驗采用的固溶溫度為490、500、510 ℃，保溫3 h，人工時效溫度為170、175、200 ℃時效3 h，分別制定的7種熱處理方案及力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表1。

表1:不同熱處理條件下的力學(xué)性能

對以上鑄件的典型位置1、2、4、6、10的數(shù)據(jù)分析,見圖5和圖6

圖5:強(qiáng)度分析曲線

圖6:伸長率分析曲線

從圖5中可以看出填充末端位置1處的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率的數(shù)據(jù)相對于其他位置都比較低，內(nèi)澆口附近的材料如位置4處力學(xué)性能較好。說明鋁合金液流動的最后位置材料力學(xué)性能較弱，應(yīng)在壓鑄過程中重點管理，同時結(jié)構(gòu)件在壓鑄生產(chǎn)時不宜將零件的重要部位放置在合金液充填的末端而應(yīng)該放置在內(nèi)澆口附近。對比鑄態(tài)材料和熱處理方案1至4可以看出，熱處理能將零件的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度平均提高60 ~110 MPa。
分析熱處理工藝后力學(xué)性能的數(shù)據(jù)，見圖7和圖8。

圖7:不同熱處理條件下的強(qiáng)度變化

圖8:不同熱處理條件下的伸長率變化

通過圖7和圖8可以在幾組試驗中的材料抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度變化不大，伸長率隨固溶處理溫度的升高和人工時效溫度的升高呈下降趨勢，另外可以看出，延長人工時效的時間可以提高材料伸長率，降低固溶熱處理溫度可以提高材料伸長率。

4.結(jié)論

（1）由于壓鑄件內(nèi)澆口附近的壓力較高，并向填充末端鑄件遞減，高真空壓結(jié)構(gòu)鑄件在熱處理后內(nèi)澆口附近的力學(xué)性能好于填充末端的。

（2）較低的固溶溫度和較長的人工時效時間以及較低的人工時效溫度可以取得較好的力學(xué)性能。

文章作者

劉付曙 廖仲杰 陳國恩 張玉龍 汪學(xué)陽 黃志垣 萬里
廣東鴻圖科技股份有限公司

張俊超
中鋁材料應(yīng)用研究院有限公司蘇州分公司

闞洪貴
安徽江淮汽車股份有限公司

本文來自:《特種鑄造及有色合金》雜志2022年第42卷第2期