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車(chē)鋁合金從動(dòng)鏈輪支架半固態(tài)壓鑄成形工藝研究陳曉陽(yáng)1，曾大本1，張連根2，薛黎明2，吳宗興（1.清華大學(xué)機械工程系，北京1000842.上海汽車(chē)有色鑄造總廠(chǎng)，上海200062）研究了用噴霧沉積工藝制造觸變性半固態(tài)A356鋁合金坯料，然后在自行研制的中頻感應穿透加熱裝置中進(jìn)行二次加熱，再將處于半固態(tài)的合金錠料壓鑄成形的工藝方法。用該合金試制了上海通用汽車(chē)公司Buick車(chē)從動(dòng)鏈輪支架壓鑄件，經(jīng)X射線(xiàn)探傷和金相組織觀(guān)察表明，壓鑄件內部顯微組織均勻致密，無(wú)氣孔、偏析等缺陷，力學(xué)性能優(yōu)于普通壓鑄件。
降低能耗、減少環(huán)境污染及節約有限資源是當今面臨的一個(gè)十分重要而緊迫的問(wèn)題，因此，汽車(chē)輕量化是提高汽車(chē)燃油經(jīng)濟性、節約能耗的重要措施和必然趨勢。半固態(tài)金屬成形技術(shù)具有高效、優(yōu)質(zhì)、節能和近凈形成形等優(yōu)點(diǎn)，可滿(mǎn)足現代汽車(chē)制造業(yè)對有色合金鑄件高致密度、高強度、高可靠性、高生產(chǎn)率和低成本等綜合要求，因而倍受汽車(chē)制造廠(chǎng)商以及零部件配套生產(chǎn)廠(chǎng)商的重視。半固態(tài)金屬成形技術(shù)自20世紀70年代初由美國麻省理工學(xué)院發(fā)明以來(lái)，經(jīng)過(guò)二十多年的研究和開(kāi)發(fā)，現已在工業(yè)發(fā)達國家汽車(chē)零件制造業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應用〔1～6〕，尤其是自1992年美國Alumax公司壟斷的麻省理工學(xué)院（M IT）有關(guān)半固態(tài)金屬成形技術(shù)專(zhuān)利保護期到期以來(lái)，半固態(tài)金屬成形技術(shù)在國外得到飛速發(fā)展，美國的AM P公司、CM I國際公司、GM公司，德國的EFUGmbh公司、意大利的Stampal SPA公司和法國的Aluminum Pechiney公司開(kāi)始了大規模地進(jìn)行半固態(tài)金屬成形商業(yè)化生產(chǎn)。其中，鋁、鎂合金的半固態(tài)成形技術(shù)在這些國家中已進(jìn)入工業(yè)應用成長(cháng)期，它必將成為21世紀金屬加工技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，是面向未來(lái)的汽車(chē)零件制造技術(shù)中最具應用潛力的成形技術(shù)。
半固態(tài)金屬成形（SSM F）是在合金處于固液兩相區半凝固狀態(tài)時(shí)直接加工成形的工藝方法，其關(guān)鍵技術(shù)包括：非枝晶半固態(tài)合金坯料制備技術(shù)、半固態(tài)合金坯料二次加熱技術(shù)和半固態(tài)合金坯料成形技術(shù)。
采用半固態(tài)金屬成形技術(shù)生產(chǎn)汽車(chē)零件，首先要求半固態(tài)合金坯料具有非枝晶組織，其制造方法分為固相和液相技術(shù)兩種，其中：固相技術(shù)包括混合粉末技術(shù)和應變誘導激活技術(shù)（SIMA）液相技術(shù)包括攪拌（機械攪拌或電磁攪拌）技術(shù)和非攪拌技術(shù)（Os prey噴射沉積技術(shù)）〔7 ，8〕。目前國外已進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)的有電磁攪拌、SIMA、Osprey等技術(shù)。現已采用的半固態(tài)合金坯料二次加熱技術(shù)有中頻感應穿透加熱、電阻恒溫加熱和鹽浴恒溫加熱等。半固態(tài)合金坯料的成形工藝有半固態(tài)模鍛、半固態(tài)擠壓、半固態(tài)壓鑄和半固態(tài)注射成形等，這些工藝技術(shù)大部分應用在汽車(chē)零件生產(chǎn)領(lǐng)域。目前我國對半固態(tài)金屬成形技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)基本還處于實(shí)驗室階段，有關(guān)在汽車(chē)制造業(yè)的工業(yè)應用報道很少〔9 ，10〕。本研究是在完成國家863計劃資助項目的基礎上，與上海汽車(chē)有色鑄造總廠(chǎng)聯(lián)合進(jìn)行的半固態(tài)壓鑄鋁合金汽車(chē)零件生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)的工業(yè)實(shí)驗研究項目，該項目對典型汽車(chē)零件的半固態(tài)壓鑄成形技術(shù)進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)，對上海通用汽車(chē)（SGM）有限公司Buick轎車(chē)中的從動(dòng)鏈輪支架進(jìn)行了半固態(tài)壓鑄工藝試制，取得了突破性進(jìn)展，為該零件的大批量半固態(tài)壓鑄生產(chǎn)奠定了良好的基礎，本文將介紹主要的研究?jì)热荨?p>1半固態(tài)鋁合金坯料的制備國際上現已進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)的半固態(tài)合金坯料制備技術(shù)為合金熔體電磁攪拌法、應變激活誘發(fā)法和鑄造Osprey噴射沉積法等三種，本項目采用Osprey噴射沉積法制備半固態(tài)A356鋁合金坯料，主要是考慮到其快捷和適于小批量試制的特點(diǎn)。用于制備半固態(tài)A356鋁合金坯料的合金錠料化學(xué)成分（質(zhì)量分噴射沉積半固態(tài)A356合金坯料的顯微組織特征為：粒度10～25μm的細小球狀初生αAl相等軸晶顆粒，其余為深色片狀（αAl Si）共晶體，見(jiàn)圖1.其形成原因，一方面是由于高壓高速氮氣流與熔體強烈對流換熱使霧化沉積合金凝固時(shí)獲得很高的冷卻速度K/s），另一方面是高速氣流帶動(dòng)的霧化熔滴在沉積時(shí)以很高的速度（50～100m/s）撞擊基板或沉積體表面，其沖擊動(dòng)能所產(chǎn)生的剪切應力和剪切速度，足以將半固態(tài)霧化熔滴中的枝晶打碎，形成非枝晶初生αAl球狀顆粒。所形成的半固態(tài)合金中，初生固相顆粒與共晶液相的相對比例約為4∶6.
態(tài)A356合金圓棒坯料。豎立在感應線(xiàn)圈中加熱的半固態(tài)A356鋁合金圓棒坯料，其高/徑比一般不超過(guò)2.5 ，原因是：過(guò)長(cháng)的坯料在加熱到半固態(tài)后會(huì )發(fā)生變形，使其下部變粗、鼓脹，且表面氧化皮增多。若坯料的高/徑比大于2.5 ，最好采用直徑更大的半固態(tài)坯料。
2半固態(tài)鋁臺金坯料二次加熱工藝研究為獲得壓鑄時(shí)具有良好觸變性能的半固態(tài)漿料，應將半固態(tài)合金坯料二次加熱到固液兩相區，使坯料原始組織中的初生固相顆粒成為游離態(tài)，并控制液相體積分數在40 ～60 范圍內，以使坯料具有良好的觸變性。半固態(tài)坯料常用的二次加熱方法有中頻感應穿透加熱、電阻爐恒溫加熱和鹽浴爐恒溫加熱等。
中頻感應加熱是大批量生產(chǎn)時(shí)半固態(tài)坯料二次加熱的最佳方式，其主要優(yōu)點(diǎn)是：清潔、高效、可控能適應用戶(hù)對半固態(tài)坯料尺寸變化的需要：能耗相對較小熱穿透能力強。具有良好觸變性能的半固態(tài)鋁合金坯料，必須是坯料中共晶組織完全熔化為液態(tài)，且初生αAl相為球狀顆粒的固液均勻混合的漿料，為此采用自行研制的中頻感應穿透加熱裝置對半固態(tài)A356合金坯料進(jìn)行二次加熱。中頻感應加熱時(shí)，半固態(tài)坯料表面存在集膚效應，根據試驗結果，當中頻頻率為1400Hz ，功率為10kW時(shí)，坯料心部與表面的溫差約為10℃。用熱電偶測溫時(shí)，測溫點(diǎn)一般在坯料中心部位。但在感應線(xiàn)圈中用熱電偶和其他方式測溫誤差較大，在大批量工業(yè)生產(chǎn)時(shí)更不可能進(jìn)行連續測溫，一般都采用加熱功率時(shí)間曲線(xiàn)來(lái)保證加熱要求。因此建立加熱功率時(shí)間溫度關(guān)系曲線(xiàn)就非常重要。
線(xiàn)。坯料中共晶組織完全熔化溫度為T(mén)由于感應加熱的集膚效應，半固態(tài)坯料表面與心部之間存在溫度梯度，經(jīng)反復試驗，確定半固態(tài)坯料壓鑄時(shí)的工作溫度為：T 10℃。根據試驗結果，確定加熱時(shí)間為16min左右，先用10kW功率加左右至575～580℃，然后用5kW功率均熱1min左右。
鑄造陳曉陽(yáng)等：SGM Buick車(chē)鋁合金從動(dòng)鏈輪支架半固態(tài)壓鑄成形工藝研究在二次加熱過(guò)程中，半固態(tài)鋁合金坯料的組織轉變機制是：在坯料加熱前期，共晶組織中的Si相通過(guò)向初生α相中擴散，由片狀變成點(diǎn)鏈狀，并隨著(zhù)加熱溫度的升高進(jìn)一步細化成顆粒狀當共晶Si相溶解到一定程度后，原來(lái)的共晶部分開(kāi)始熔化，熔化速度由共晶組織中片狀Si相的厚度決定，初生αAl相的形狀和尺寸則在熔化后才發(fā)生明顯變化。Osprey法制備的半固態(tài)坯料細等軸晶組織中的共晶熔化溫度為575℃。圖4為半固態(tài)A356鋁合金坯料二次加熱到580℃時(shí)水淬后的金相組織。
3半固態(tài)壓鑄工藝研究半固態(tài)鋁合金壓鑄是將半固態(tài)坯料二次加熱至坯料組織恢復到由40 ～60 球狀初生αAl固相顆粒和共晶液相共存的固液混合態(tài)，隨即用夾持工具夾持到壓鑄機壓射室中壓鑄成形，其主要工藝參數包括壓射比壓、壓射速度、壓射時(shí)間、型溫和壓射室溫度等。壓射比壓是壓射室內半固態(tài)坯料所受的靜壓力，是半固態(tài)鋁合金壓鑄最重要的工藝參數之一。由于半固態(tài)鋁合金壓鑄時(shí)，坯料粘度較大，流動(dòng)性較液態(tài)金屬差，為了充分利用半固態(tài)鋁合金坯料的流變性，其壓射比壓應較液態(tài)金屬壓鑄時(shí)要高20 ～30 .
壓射速度為壓射室內壓塞的推進(jìn)速度。在低速壓射階段，由于不存在液態(tài)金屬壓射時(shí)的噴射、紊流和卷氣現象，因此該階段的壓射速度可比液態(tài)金屬壓鑄時(shí)快，有利于提高充型速度，縮短充型時(shí)間，提高鑄件表面質(zhì)量。
壓鑄機進(jìn)料口尺寸應根據具有半固態(tài)特點(diǎn)的坯料大小來(lái)開(kāi)設，并充分考慮半固態(tài)坯料經(jīng)二次加熱后的直徑膨脹，略大于坯料膨脹后的直徑。壓射室的預熱溫度應足夠高，保證半固態(tài)坯料在壓射室內不冷卻凝固，并應保持穩定。
半固態(tài)鋁合金壓鑄時(shí)壓鑄型的溫度也比液態(tài)金屬壓鑄時(shí)要高，且要求溫度穩定，一般應控制在280～350℃。其對型內澆注系統的要求與對擠壓鑄造澆注系統的要求相似，采用開(kāi)放式澆注系統、澆道流程短、澆道位置不遠離鑄件。
用于夾持二次加熱半固態(tài)鋁合金坯料的夾具應具有對坯料的夾緊、整形、保溫、搬運等功能，應保證坯料在夾持、搬運過(guò)程中的溫度降不超過(guò)5℃。
上海通用汽車(chē)有限公司Buick轎車(chē)從動(dòng)鏈輪支架是該車(chē)動(dòng)力總成的關(guān)鍵鑄件，國產(chǎn)化率為1.01 .
該鑄件毛坯凈重1.85kg ，壁厚在厚壁處為15～40mm ，薄壁處為5～7mm ，為典型的壁厚不均勻鑄件。鑄件機械加工后須經(jīng)氣密性試驗合格方可使用。
零件圖紙中要求中方的滲漏量為在試驗氣壓下小于500ml/min.目前進(jìn)口的北美CKD鑄件，在試驗氣壓下滲漏量小于700ml/min的情況下，合格率為70 ～80 .為提高Buick車(chē)國產(chǎn)化率，上海汽車(chē)有色鑄造總廠(chǎng)受上汽集團委托，從1997年底開(kāi)始用普通壓鑄法試制該鑄件。在近兩年的攻關(guān)中，該鑄件廢品率始終高居不下，達50 ～75 ，主要缺陷為氣孔和縮松。看來(lái)，用普通壓鑄法生產(chǎn)該零件似乎已走入死胡同，很難通過(guò)SGM公司批量生產(chǎn)前美方的PPAP認證。工廠(chǎng)一直在尋找新的生產(chǎn)工藝來(lái)解決生產(chǎn)難題，在與清華大學(xué)合作的基礎上，初步確定采用半固態(tài)成形技術(shù)來(lái)生產(chǎn)該鑄件。圖5為試制成功的半固態(tài)壓鑄Buick車(chē)從動(dòng)鏈輪支架。與用普通壓鑄法生產(chǎn)的鑄件相比，抗拉強度由～330MPa提高到330～357MPa，伸長(cháng)率由小于3 提高到10 左右，力學(xué)性能明顯提高。X射線(xiàn)和熒光探傷及金相組織觀(guān)察表明，該鑄件內部顯微組織均勻致密、各向同性，無(wú)氣孔、縮松等缺陷，且由于凝固收縮減小，半固態(tài)壓鑄件外形輪廓清晰，尺寸精度高，表面不存在普通壓鑄件常有的流紋等缺陷，氣密性試驗合格，且在中試階段的合格率高達95 ，為工廠(chǎng)通過(guò)SGM公司美方的PPAP認證打下了堅實(shí)的基礎。
4結語(yǔ)半固態(tài)金屬成形技術(shù)與傳統熱加工的鑄造、鍛造工藝相比具有以下特點(diǎn)：消除了傳統鑄件中的柱狀晶和粗大樹(shù)枝晶，金相組織細密均勻，減少了鑄件內部的疏松、偏析等缺陷，提高了鑄件的力學(xué)性能，可生產(chǎn)出高致密度、高力學(xué)性能的鑄件高生產(chǎn)率，便于實(shí)現自動(dòng)化，改善了勞動(dòng)條件金屬在半固態(tài)狀態(tài)下成形，成形溫度較液態(tài)金屬低許多，對壓鑄型熱沖擊小，延長(cháng)了壓鑄型的壽命，降低了生產(chǎn)成本復雜鑄件可以使用芯子，既適用于生產(chǎn)薄壁鑄件又能生產(chǎn)厚壁鑄件半固態(tài)金屬壓鑄成形的鑄件可以進(jìn)行熱處理（T 5、T6）和焊接加工大大減少了金屬的氧化、吸氣、夾雜和液態(tài)金屬充型時(shí)的卷氣現象，減少了對金屬的污染凝固收縮小，可以減小澆冒口系統，實(shí)現近凈形化成形，減輕鑄件毛坯的重量，減少切削加工余量在成形過(guò)程中不采用液態(tài)金屬，改善生產(chǎn)環(huán)境和工人勞動(dòng)條件，便于生產(chǎn)管理和安全管理，進(jìn)行精益生產(chǎn)。
面向21世紀的我國汽車(chē)及零部件制造工業(yè)，為了增強其產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力，采用先進(jìn)、高效的半固態(tài)金屬成形技術(shù)生產(chǎn)高致密性、高可靠性汽車(chē)零件的潛力非常巨大，我們的研究和開(kāi)發(fā)工作表明該技術(shù)在我國的工業(yè)應用已開(kāi)始起步，未來(lái)在汽車(chē)制造業(yè)的應用前景光明。
徐駿，張景新，樊建中。金屬學(xué)報， 1999， （2）：127）硼鑄鐵的耐腐蝕性能的研究劉云秋1，洪鶴1，何獎愛(ài)2，張秋霞（1.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程系，遼寧沈陽(yáng)023 2.東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)0063.西安泵閥總廠(chǎng)，陜西西安710032）本文研究了利用含硼生鐵做加硼劑生產(chǎn)的硼鑄鐵的耐（酸）腐蝕性，結果表明，硼鑄鐵的耐（酸）腐蝕性明顯好于灰鑄鐵，當含硼量為0.06 時(shí)，硼鑄鐵的耐（酸）腐蝕性能最好隨溫度升高，硼鑄鐵的耐（酸）腐蝕速度增大，隨介質(zhì)中pH值減小，耐（酸）腐蝕速度增大。
硼系鑄鐵是50年代問(wèn)世的具有較好的耐腐蝕性的鑄鐵，在短短的幾十年里，許多的學(xué)者的研究表明，硼鑄鐵是一種良好的耐磨材料，而且硼鑄鐵已從減磨材料發(fā)展到抗磨材料領(lǐng)域，應用范圍不斷擴大〔1 ，2〕。在以前的研究文獻中，多次提到硼鑄鐵具有較好的抗蝕性〔3， 4〕，本課題是結合八五攻關(guān)項目硼鎂鐵礦的綜合利用課題―――含硼生鐵的研究與應用專(zhuān)題而提出的，為了使含硼生鐵發(fā)揮更大的效益，筆者對硼鑄鐵的耐腐蝕性進(jìn)行了一些試驗研究。
1試驗內容與方法1.1試驗材料本試驗采用含硼生鐵做加硼劑，采用中頻感應電爐熔煉，其化學(xué)成分如下。
鑄造
