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1、材料工艺设备快速凝固铝合金在汽车工业中 应用现状及发展哈尔滨工业大学哀晓光徐达鸣李庆春哈尔滨第一机器制造厂孙剑飞【?怡?门 ?】!#%快速凝固铝合金汽车工业应用!, (#%能源、公害及安全,其中能源问题最为突出,节能已成为汽车工业发展的核心问题。节能主要从两方面入手,一方面是采用轻质材料,以减轻汽车自身质量9另一方面是改善发动机性能。“九五”期间我国已把减轻汽车自身质量及提高汽车材料性能列入汽车科技发展的重点攻关项目之一。采用新的高性能材料制造发动机零部件,减轻发动机运动部件质量 和传动阻力等,是提高发动机性能及汽车节能的有 效途径之一,。近几年研制开发的快速凝固铝合金新材料,为汽车用高性能材
2、料开辟了一条新路。快速凝固铝合金性能特点8快速凝固合金的特点快速凝固技术是 年代开始出现 的一种研制新型合金材料的技术,用这一技术不一一仅可以改善现有牌号合金的微观组织结构,还可以研制在常规铸造生产条件下无法得到的,而且具有优异性能的新型合金。因此,这一技术正在许多部门的实际生产中得到广泛应用汇。采用快速凝固技术制备的合金,一般具有以下特点;一是细化的微观组织,其组织十分均匀,一般晶粒尺寸平均为扛左右9二是 由于二次枝晶壁十分细小,减少或消除了成分偏析9三是由于冷却速度快,使合金中的空位、位错等缺陷减少9四是提高了合金的固溶度,形成新的细小亚稳相,使合金得到弥散强化。采用快速凝固技术制备铝合金
3、,主要目的是扩大铝的固溶度,形成亚稳相。汽车工业不 同于航空 和航天工业,所用材料必须低成本。因为,在轻质快速凝固合金中铝合金的成本相对最低,因而该合金最有可能在汽车上得到应用。在快速凝固铝合金中,一 (系和 一#一:系合金少含或不含战略性及贵重金属元素,成本相对较低,而汽车技术且还具有许多特殊的力学性能,是汽车工业素,或直接采用 %一: :指 #、)、 (最具应用潜力的合金材料。等系快速凝固合金,均可获得较高的抗拉强8快速凝固铝合金的性能特点度,并具有良好耐疲劳性能的合金材料,而这在快速凝固 %一 (系合金中,由于提高类材料正是汽车承受动载荷结构件的理想替了冷却速度,有效地扩大了 硅在一 %
4、中的代材料。例如, %一 (一 (一)固溶度,抑制了硅相的生核和 生长。这样,即一85一8 肠 快速凝固合金,粉末使硅含量高达 以上,合金组织仍十分细挤压态在 和 的抗拉强度,分别小,无大块状初生硅相的出现。因此,它可显保持室温时的 和 9而 时的著地改善合金的耐磨性和热膨胀性,同时合弹性模量仅 从 常温 时 的 4降到 金的抗拉强度也得到很大提高。例如,含硅 4,延伸率 由增加到 9一百万次的 一 (系合金中,初生硅尺寸仅一疲 劳试验 后,其 常温 时的疲劳强度 为 拌,当加入一定量的?4. . .?31?。: : :?。:1?36 6 6?314。/ / /?3:1?3 弹弹性模量,).
5、. .415/ / /6/15/0 0 001 /14 4 4热热膨胀系数数5015 51?5 5 551? ? ?41?0 0 0, , ,5/一一,. . . . . . . . . . . 抗抗拉拉常沮沮2/ /10/ / / /20/1/ / /4/10/ / /?0/12/ / / /强强度度5/40/120/ / /40/10 0/ / /?0/120/ / /?/ /140/ / /, , ,). . .?/ /?0/140/ / /4/12 0/ / /?/ /140/ / /50/1?/ / /4 4 4 4 4/ /15/ / / /150/ / /?/ /14 / / /
6、5?/1?4/ / /2 2 2 2 2/4/1/ / /:/150/ / /注?05含量为5? 一40。0 5含量为5? 一40,表示+=、等元素,含量为 一5/。表示+=、 ; ;, 8一戈 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 8 8 8 了拭祥祥图改进前、后的锻造工 艺示意图传统的锻造工艺8粉末块8自由表面8快速凝固喷射沉积法喷射沉 积法是在气体雾化基础上发展起来的快速 凝 固技术。该方法将制粉和预压实合为 一体,简化了 生产 流程图,而 且解决/ 改进后的锻造工艺了4法粉末表面氧化的问题,消除了成品中的原粉末界线,使合金的韧性得 到改善,疲劳裂纹扩展速度
7、相应降低。该工艺方法比粉末冶金法制造成本低 。目前,日本&7汽车技术( ?轻金属公司已成功地制造出. :% 和. 又 的沉积锭,并用于制造实 际零件。图喷射沉积原理8雾化液滴8雾化喷嘴8金属液8雾化气体8沉积 坯8传输装置快速凝固铝合金在汽车上的应用实例快速凝固铝合金 在汽车上的应 用主要有日本等国家。最近,马自达汽车公司采用了一种新型发动机,命名为( % %# 循环发动机,该发动机的最大特点是高效节能。这种发动机采用的高效压缩机,即+ 0 %压缩机,是高效节能的关键装置。该压缩机的内转子要求轻质,在高温 下具有较好的强度和低的热膨胀,为此选用 了快速凝固%一 (一#一?&一5合金,并采用了喷
8、射沉积工艺。将这种8一的发 动机,装在原8的 汽车上,其油耗仅相当原8的汽车,而效率却相当于8的汽车,即节约燃油 。预计这种材料在日本每月将以?的用量用于制造这种发动机转子。 年马自达公司已将这种发动机安装在新型 型 和5型轿车上,供应日本、欧洲及北美市场。应用快速凝固铝合金制造汽车空调器元件,可有效地减轻空调系统的质量。传统空调器 的转一子和 叶片是 由铸铁或烧结钢制成,其质量大、效率低。 一 (一:系快凝合金,无论 年第期是强度、硬度,还是刚性和热膨胀性均能满足转子和叶片的性能要求。为此,日本0&(?7电子工业公司成功地 用川一 (一 #系快凝合金取代了铸铁或烧结钢,该合金中的 (含 量为
9、一 ,#含 量为8。一8,制造工艺一般采用粉末冶金法。应用这种合金后,转子减轻质量835。快速凝固铝高硅合金中加 入 一 定量 的#、)、 (后,还可用于制造汽车的活塞和气缸套。由于这种材料含有大量的硅,所以,热传导性、耐 磨性较高,而热膨胀率却很 低,该铝合金可以制造出高性能的发动机。此外,快速凝固 %一 (系和 %一#一二系合金,还成功地用 于制造轻型 汽车的连杆、压缩机外壳及同步器等零件。快速凝固铝合金存在的问题及应用前景快速凝固铝合金存在的问题主要有两 方面,一 是制造成本偏高9二是合金韧性 较差、疲劳裂纹扩展速度较快。虽然喷射沉积工艺有所发展,使以上两个间题得 到 了 一定程度的缓解
10、,但仍未从根本上解决。因此,发展高效、低成本固结工艺是快凝铝合金推广应用的关键。随着快速凝 固铝合金研究的不断深入,存在的问题将逐渐得到解决,应用范围也将不断拓宽。尤其是快速凝固铝合金的疲劳性能进一步提高后,汽车上 的部分动载荷件,例如摇臂、传动轴等也将由快速凝固铝合金制造。由于这类运动部件质量的减轻,可大大降低与运动部件相接触处的接触应力,为新型高转速发动机的设计提供了可能。目前,日本已开始了这项研究工作。我国 目前也开展 了对这类材料的研究工作。哈尔滨工业大学、中南矿冶学院、沈阳金属研究所等单位,先后采用超音速气体雾化法、多级雾化法、喷射沉 积法等,开发了%7、系一一#系及一一#系快凝铝合
11、金,并对合金的成型 工艺和性能进行了一一活塞环径向厚度分选机东风汽车公司郭培松王植槐东风汽车公司活塞轴瓦厂李兴成【加扮8?犷#,伴.# 0 # (/ #0? #0?&#?& #,界 0).8(?0)! 8)? #8?# 8_#6(#0, ,住这些数据并计算厚度极差值,所以人为误差很大,工人也极易疲劳。由于活塞环生产量很大,径向厚度的检测要投入大量人力,因而采取自动检测分选是非常必要的。图%活塞环外形及其测量点布置&而? %# 币#%) .& 0?( # 01 0384)84_,& (? (5 ? % ).&0?(#0?.84_,%责任编辑谷雨原稿收到日期 为 年月 日,修改 稿收到日期为 年月日。一一汽车技术
