CN107737814A - 一种汽车发动机用铝合金支架生产工艺 - Google Patents

一种汽车发动机用铝合金支架生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种汽车发动机用铝合金支架生产工艺，通过将汽车发动机固定支架挤压模具导流槽深度相对于现有汽车发动机固定支架挤压模具减小30～50％，导流槽两侧宽度相对于现有汽车发动机固定支架挤压模具增加10～20％，导流槽前室由现有汽车发动机固定支架挤压模具的直角状改为圆弧状以及在熔铸过程中，降低铸造速度、提高液态金属的冷却速度、降低浇注温度，使得制备的汽车发动机固定支架横向晶粒尺寸、纵向晶粒尺寸、屈服强度、拉伸强度和伸长率都能够完全满足客户的要求。

Description

一种汽车发动机用铝合金支架生产工艺
技术领域
本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种汽车发动机用铝合金支架生产工艺。
背景技术
在世界汽车市场的激烈竞争中，各国都在向高质量、高可靠性、重量轻、节能、低成本方向发展。在材料方面表现为轻量化，用铝合金代替部分钢铁件，以达到汽车向高质量、低成本的发展要求；在工艺方面表现为科学性，用先进工艺取代传统工艺以达到提高毛坯精度，减少加工余量，减少原材料消耗，降低成本的目的。
目前，我国的汽车用铝合金发动机支架铝铸件生产制造方式呈现以下几种形式：砂型铸造，重力铸造，低压铸造和压力铸造；用这些传统的工艺制造出的汽车用铝合金发动机支架在外观呈现冷隔、凹陷、裂纹等不同程度的质量问题，而在内部往往会出现气孔、缩孔、针孔等致命的缺陷，从而严重影响了产品的性能。同时，因成品率较低，资源和能源利用率低，铝废料再生利用率不高，环境污染严重等缺陷，阻碍了汽车高速的发展。经研究表明，采用先进挤压铸造工艺和精确成型的挤压铸造方法开发的汽车用铝合金发动机支架产品已超过了用其他方式生产同类铝合金铸件的水平，在国内外还未达到此类水平。根据客户要求，汽车发动机用铝合金支架在生产过程中，由于型材尺寸特殊，高倍晶粒度检测的结果一直无法满足客户协议要求，协议中规定平均晶粒尺寸＜200μm，在对挤压工艺进行调整后依然无法满足协议要求，并且在现有技术也很难在生产过程中控制晶粒的尺寸。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决发动机用铝合金支架生产过程中难以控制晶粒尺寸的问题，提供一种汽车发动机用铝合金支架生产工艺。
为达到上述目的，本发明提供一种汽车发动机用铝合金支架生产工艺，包括以下步骤：
A、熔铸：按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0.47％～0.52％、Fe：0.15％～0.20％、Cu：0.02％、Mn：0.05％、Mg：0.45％～0.50％、Cr：0.02％、Zn：0.02％、Ti：0.05％和余量Al，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金冷却铸造成铝合金铸棒；
B、均质：将熔铸得到铝合金铸棒加热至475～485℃，保温10～12小时，冷却至常温得到均质后的铝合金铸棒；
C、挤压：将均质后的铝合金铸棒送入挤压筒中进行挤压，使得铝合金铸棒顺利通过挤压机后进入汽车发动机固定支架挤压模具中，在汽车发动机固定支架挤压模具内单向挤压成型，得到汽车发动机固定支架，其中铝合金铸棒的温度为480～485℃，挤压筒的温度为448℃，挤压速度5.1～5.5m/min，汽车发动机固定支架挤压模具导流槽深度相对于现有汽车发动机固定支架挤压模具减小30～50％，导流槽两侧宽度相对于现有汽车发动机固定支架挤压模具增加10～20％，导流槽前室由现有汽车发动机固定支架挤压模具的直角状改为圆弧状；
D、热处理：将挤压后的汽车发动机固定支架进行淬火处理，淬火过程中汽车发动机固定支架冷却方式为风冷，淬火后的汽车发动机固定支架温度为180℃，得到高强度汽车发动机固定支架。
进一步，步骤A中铝合金原料熔铸为铝合金铸棒的过程中加入液态铝合金量0.5～2％的精炼剂和液态铝合金量0.5～2％的晶粒细化剂，并进行均匀搅拌，对液态铝合金进行精炼细化20～40min，直到液面无气泡产生。
进一步，步骤A中熔炼后的液态铝合金温度为700～750℃，浇注后的铝合金铸棒温度为200～250℃，液态铝合金的冷却速度为40～50℃/min。
进一步，步骤D中将挤压成型的汽车发动机固定支架在500±20℃的保温炉中保温5～6小时后进行风冷，风冷的温度为30～50℃。
本发明的有益效果在于：
1、汽车发动机固定支架挤压模具中导流槽深度减小，导流槽两侧宽度加宽，导流槽前室由直角改为圆弧状，整体汽车发动机固定支架挤压模具导流槽减小，挤压过程中晶粒形变量减少，前室的改变，减小了晶粒在挤压过程中的摩擦，减少了金属结晶点阵的畸变，降低了金属内部畸变能和表面能，再结晶过程晶粒长大程度减小。
2、汽车发动机固定支架用铝合金铸棒在熔铸过程中，通过降低铝合金铸棒铸造速度、提高液态金属的冷却速度、降低铝合金铸棒浇注温度等，促进自发形核，过冷度增加，形核率与长大速度都增加。在铝合金铸锭生产结晶时，还可以对金属液加以机械振动、超声波振动和电磁振动等，使生长中的枝晶破碎，从而提供更多的结晶核心，达到细化晶粒的目的。挤压过程中降低挤压速度和温度，在满足淬火性能的同时，适当降低挤压速度和温度，减少金属结晶点阵的畸变，降低金属内部畸变能和表面能，防止再结晶过程晶粒长大。
3、本发明汽车发动机用铝合金支架生产工艺通过生产工艺数据的改进以及模具设计的改进两者的共同作用，来达到减小平均晶粒尺寸的方法，使得满足协议中规定平均晶粒尺寸＜200μm的要求。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明改进前汽车发动机固定支架挤压模具结构示意图；
图2为本发明改进前汽车发动机固定支架挤压模具俯视图；
图3为本发明改进前汽车发动机固定支架挤压模具主视图；
图4为本发明改进后汽车发动机固定支架挤压模具结构示意图；
图5为本发明改进后汽车发动机固定支架挤压模具俯视图；
图6为本发明改进后汽车发动机固定支架挤压模具主视图。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1：
一种汽车发动机用铝合金支架生产工艺，包括以下步骤：
A、熔铸：按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0.47％、Fe：0.15％、Cu：0.02％、Mn：0.05％、Mg：0.45％、Cr：0.02％、Zn：0.02％、Ti：0.05％和余量Al，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，液态铝合金中加入液态铝合金量0.5％的精炼剂和液态铝合金量0.5％的晶粒细化剂，并进行均匀搅拌，对液态铝合金进行精炼细化20min，直到液面无气泡产生，将液态铝合金冷却铸造为铝合金铸棒，其中熔炼后的液态铝合金温度为700℃，浇注后的铝合金铸棒温度为200℃，液态铝合金的冷却速度为40℃/min；
B、均质：将熔铸得到铝合金铸棒加热至475℃，保温10小时，冷却至常温得到均质后的铝合金铸棒；
C、挤压：将均质后的铝合金铸棒送入挤压筒中进行挤压，使得铝合金铸棒顺利通过挤压机后进入如图4所示的汽车发动机固定支架挤压模具中，在汽车发动机固定支架挤压模具内单向挤压成型，得到汽车发动机固定支架，其中铝合金铸棒的温度为480℃，挤压筒的温度为448℃，挤压速度5.1m/min，铝合金铸棒挤压压力为75Mpa，挤压速度为0.2m/s，充型时间为5s，如图3和图6所示汽车发动机固定支架挤压模具导流槽深度相对于现有汽车发动机固定支架挤压模具减小50％，如图2和图5所示导流槽两侧宽度相对于现有汽车发动机固定支架挤压模具增加14％，如图6所示导流槽前室由现有汽车发动机固定支架挤压模具的直角状改为圆弧状；
D、热处理：将挤压后的汽车发动机固定支架在480℃的保温炉中保温5小时后进行风冷，风冷的温度为30℃，淬火后的汽车发动机固定支架温度为180℃，得到高强度汽车发动机固定支架。
实施例2：
实施例2与实施例1的区别在于，步骤A中铝合金原料成分为：Si：0.52％、Fe：0.20％、Cu：0.02％、Mn：0.05％、Mg：0.50％、Cr：0.02％、Zn：0.02％、Ti：0.05％和余量Al，液态铝合金中加入液态铝合金量2％的精炼剂和液态铝合金量2％的晶粒细化剂，并进行均匀搅拌，对液态铝合金进行精炼细化40min，直到液面无气泡产生，将液态铝合金冷却浇注为铝合金铸棒，其中熔炼后的液态铝合金温度为750℃，浇注后的铝合金铸棒温度为250℃，液态铝合金的冷却速度为50℃/min。
实施例3：
实施例3与实施例1的区别在于，步骤B中将熔铸得到铝合金铸棒加热至485℃，保温12小时。
实施例4：
实施例4与实施例1的区别在于，步骤C中铝合金铸棒的温度为485℃，挤压速度5.5/min，铝合金铸棒挤压压力为100Mpa，挤压速度为0.6m/s，充型时间为10s，汽车发动机固定支架挤压模具导流槽深度相对于现有汽车发动机固定支架挤压模具减小30％，导流槽两侧宽度相对于现有汽车发动机固定支架挤压模具增加20％。
实施例5：
实施例5与实施例1的区别在于，步骤D中挤压后的汽车发动机固定支架在520℃的保温炉中保温6小时后进行风冷，风冷的温度为50℃。
对比例1：
对比例1与实施例1的区别在于，步骤A中熔炼后的液态铝合金温度为700℃，浇注后的铝合金铸棒温度为400℃，液态铝合金的冷却速度为20℃/min；步骤C中铝合金铸棒的温度为480℃，挤压筒的温度为460℃，挤压速度5.7m/min，铝合金铸棒挤压压力为75Mpa，挤压速度为0.4m/s，充型时间为4s，如图1所示的汽车发动机固定支架挤压模具前室为直角。
对比例2：
对比例2与对比例1的区别在于，步骤C中铝合金铸棒的温度为483℃，挤压筒的温度为460℃，挤压速度6.5m/min。
改进后为按照实施例1所公开的汽车发动机用铝合金支架生产工艺所生产的汽车发动机用铝合金支架，改进前为按照对比例1所公开的汽车发动机用铝合金支架生产工艺所生产的汽车发动机用铝合金支架。
表一为汽车发动机固定支架挤压模具改进前后的参数：
表一
表二为3组汽车发动机固定支架挤压模具改进前制得的汽车发动机固定支架横向和纵向的晶粒尺寸，其中每组汽车发动机固定支架做3次测试：
表二
高倍检测晶粒尺寸
由上表可以看到改进前的汽车发动机固定支架挤压模具制备的汽车发动机固定支架平均横向晶粒尺寸为280μm，大于客户协议中规定平均晶粒尺寸＜200μm，纵向晶粒尺寸为170μm，小于客户协议中规定平均晶粒尺寸＜200μm。经过多次试验的结果显示，晶粒尺寸纵向基本符合客户要求，但是横向尺寸却始终无法满足客户要求，这是由于挤压过程中，沿挤压方向晶粒被拉长，故横向尺寸较大。
表三为3组汽车发动机固定支架挤压模具改进前制得的汽车发动机力学性能的测试，其中每组汽车发动机固定支架做2次测试：
表三
力学性能
由上表可以看到改进前的汽车发动机固定支架挤压模具制备的汽车发动机固定支架平均屈服强度为65MPa，平均抗拉强度为125MPa，平均伸长率为18％。
表四为2组汽车发动机固定支架挤压模具改进后制得的汽车发动机固定支架横向和纵向的晶粒尺寸，其中每组汽车发动机固定支架做3次测试：
表四
高倍检测晶粒尺寸
由上表可以看到改进后的汽车发动机固定支架挤压模具制备的汽车发动机固定支架平均横向晶粒尺寸为150μm，小于客户协议中规定平均晶粒尺寸＜200μm，纵向晶粒尺寸为135μm，小于客户协议中规定平均晶粒尺寸＜200μm。因此，改进后的汽车发动机固定支架挤压模具与改进后工艺的协同作用，能够使得制备的汽车发动机固定支架横向晶粒尺寸和纵向晶粒尺寸均能够满足客户要求。通过对汽车发动机固定支架挤压模具的改进和对工艺参数的改进，通过前室的改变，减小的晶粒在挤压过程中的摩擦，减少了金属结晶点阵的畸变，降低金属内部畸变能和表面能，再结晶过程晶粒长大程度减小，在满足淬火性能的同时，适当的降低了挤压筒的温度和挤压速度，减少金属结晶点阵的畸变，降低金属内部畸变能和表面能，防止再结晶过程晶粒长大，进而使得横向和纵向晶粒尺寸的规格能够完全满足客户的要求。
表五为2组汽车发动机固定支架挤压模具改进后制得的汽车发动机力学性能的测试，其中每组汽车发动机固定支架做2次测试：
表五
力学性能
由上表可以看到改进后的汽车发动机固定支架挤压模具制备的汽车发动机固定支架平均屈服强度为81MPa，平均抗拉强度为143MPa，平均伸长率为24.5％。
因此，改进后的汽车发动机固定支架挤压模具与改进后工艺的协同作用制备的汽车发动机固定支架横向晶粒尺寸和纵向晶粒尺寸均能够满足客户要求，屈服强度和拉伸强度和伸长率也能够完全满足客户的要求。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种汽车发动机用铝合金支架生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、熔铸：按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0.47％～0.52％、Fe：0.15％～0.20％、Cu：0.02％、Mn：0.05％、Mg：0.45％～0.50％、Cr：0.02％、Zn：0.02％、Ti：0.05％和余量Al，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金冷却铸造为铝合金铸棒；
B、均质：将熔铸得到铝合金铸棒加热至475～485℃，保温10～12小时，冷却至常温得到均质后的铝合金铸棒；
C、挤压：将均质后的铝合金铸棒送入挤压机中进行挤压，使得铝合金铸棒顺利通过挤压机后进入汽车发动机固定支架挤压模具中，在汽车发动机固定支架挤压模具内单向挤压成型，得到汽车发动机固定支架，其中铝合金铸棒的温度为480～485℃，挤压筒的温度为448℃，挤压速度5.1～5.5m/min，汽车发动机固定支架挤压模具导流槽深度相对于现有汽车发动机固定支架挤压模具减小30～50％，导流槽两侧宽度相对于现有汽车发动机固定支架挤压模具增加10～20％，导流槽前室由现有汽车发动机固定支架挤压模具的直角状改为圆弧状；
D、热处理：将挤压后的汽车发动机固定支架进行淬火处理，淬火过程中汽车发动机固定支架冷却方式为风冷，淬火后的汽车发动机固定支架温度为180℃，得到高强度汽车发动机固定支架。
2.如权利要求1所述的汽车发动机用铝合金支架生产工艺，其特征在于，步骤A中铝合金原料熔铸为铝合金铸棒的过程中加入液态铝合金量0.5～2％的精炼剂和液态铝合金量0.5～2％的晶粒细化剂，并进行均匀搅拌，对液态铝合金进行精炼细化20～40min，直到液面无气泡产生。
3.如权利要求2所述的汽车发动机用铝合金支架生产工艺，其特征在于，步骤A中熔炼后的液态铝合金温度为700～750℃，浇注后的铝合金铸棒温度为200～250℃，液态铝合金的冷却速度为40～50℃/min。
4.如权利要求1所述的汽车发动机用铝合金支架生产工艺，其特征在于，步骤D中将挤压成型的汽车发动机固定支架在500±20℃的保温炉中保温5～6小时后进行风冷，风冷的温度为30～50℃。
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