高性能鋁合金汽車底盤型材的生產(chǎn)工藝

王雪松

中信戴卡股份有限公司，中國·河北 秦皇島 066011

高性能；鋁合金；底盤型材；生產(chǎn)工藝

1 引言

鋁合金材料相對于其他基礎材料來說具有重量輕、力學性能優(yōu)異的特征，是汽車減輕重量的理想材料。汽車重量的減少會極大地提升汽車的燃油效率，減少能源資源的損耗，減輕環(huán)境壓力。因此，將鋁合金用到汽車生產(chǎn)過程中具有十分重要的意義。下面重點針對高性能鋁合金汽車底盤型材生產(chǎn)工藝進行深入探討，希望能夠應用鋁合金來制造汽車零部件，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的，創(chuàng)造生態(tài)和諧的社會。

2 汽車底盤型材的特征以及難度分析

車輛大型鋁合金型材生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)是大型型材擠壓模具的制造與設計，車輛型材精度高、品種多，要求具有良好的焊接性能以及力學性能。車輛型材普遍形狀比較復雜，壁厚相差較大，空腔較多，這些都給車輛型材的模具的設計帶來了較大的難度。在模具擠壓的過程中，很容易造成堵模而導致模具破壞現(xiàn)象的發(fā)生。在模具設計的過程中，也容易存在成形性不佳的問題，金屬流動難度較大。焊接過程中對相關(guān)工業(yè)有著較高的要求，如果焊接不良，將會造成汽車底盤型材出現(xiàn)扭曲、波浪等缺陷，嚴重影響最終汽車底盤型材的質(zhì)量以及產(chǎn)品質(zhì)量。因此，需要加強對車輛底牌型材制造工藝以及模具設計活動的重視，明確汽車底盤型材生產(chǎn)以及制造過程中需要注意的問題。車輛型材結(jié)構(gòu)復雜，品種多，型材的壁厚變化也比較大，有的型材中壁厚最大能達到兩點五厘米，壁厚最小的位置為兩點五毫米，這些都會使得金屬的型材的成型以及流動十分困難。而車輛對于型材的行為工差以及外形尺寸精度有較高嚴格的要求，影響汽車底盤型材模具的設計[1]。

3 產(chǎn)品設計以及化學成分控制

高性能鋁合金汽車底盤型材料生產(chǎn)與設計需要結(jié)合汽車的實際使用功能來進行，當前汽車底盤型材制造所用的最常見材料為7N01 鋁合金，該鋁合金是日本牌號。中國7B05 鋁合金的主要成分類似于7N01 鋁合金，該合金中鎂和鋅是最主要的合金元素，鋅元素和鎂元素的質(zhì)量分數(shù)一般不會超過7%，隨著這兩種元素含量的增加，會提高材料的熱處理效果以及抗拉強度。鋅、鎂元素的總含量與合金的應力腐蝕傾向有密切聯(lián)系，根據(jù)相關(guān)實驗表明，鋅元素和鎂元素的質(zhì)量分數(shù)只要不大于7%，就能夠保證合金本身具有較好的耐應力腐蝕性能。合金中添加有錳元素、銅元素、鉻元素以及鈦元素等微量元素，雜質(zhì)中也存在一定量的硅元素和鐵元素。鋁合金的焊接裂紋傾向隨著鎂元素的增加而逐漸降低，錳元素和鉻元素添加到合金當中，可以有效提升合金的耐應力腐蝕性能，硅元素能夠降低合金的強度以及彎曲性能，鐵元素可以降低合金的力學性能以及耐腐蝕性能[2]。在實際生產(chǎn)與設計過程中，為了盡可能的減少硅元素和鐵元素對合金性能的不利影響，提高合金的力學性能以及耐腐蝕性，需要嚴格限制鐵元素和硅元素的含量，要求硅元素的質(zhì)量分數(shù)和鐵元素的質(zhì)量分數(shù)都限制在0.3%以下。

合金在進行成分設計的過程中，一般都會加入微量的鉻元素和錳元素進行晶粒細化，也可以適當加入微量的銅元素實現(xiàn)性能補充強化的作用。鉻元素的少量加入也可以抵銷銅元素對抗腐蝕性能所帶來的不利干擾，在合金精煉時，精煉劑加到氬氣當中混合噴吹精煉的時間需要大于一刻鐘，實現(xiàn)遍布爐底均勻噴吹[3]。合金在精煉之后要靜置半小時，使得氧化渣能夠充分上浮之后再完成澆筑。

4 確定高性能鋁合金汽車底盤型材的成分

鋁合金在汽車生產(chǎn)工業(yè)中有著十分重要的應用價值，雖然鋁合金擁有優(yōu)良的工作性質(zhì)，但是鋁合金的擠壓淬火性能以及擠壓加工性能依然有待一定的改進。容易造成擠壓材料變形、扭曲而影響生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。所以，在保證合金具有良好的強度可焊接性、抗沖擊韌性以及耐腐蝕性的前提下，需要不斷提升合金的可擠壓性，盡可能的減少合金的淬火敏感性，需要針對合金的具體成分進行有效優(yōu)化。首先，可以通過控制鋁合金中硅化鎂以及過剩硅的含量來保證合金的強度，鋁合金的屈服強度和抗拉強度一般會隨著鋁合金中過剩硅以及硅化鎂的含量的增加而不斷提升，但是擠壓性能以及生產(chǎn)率會有所下降，淬火敏感性則會相應提高。鋁合金中過剩硅的存在雖然會顯著提升鋁合金本身的強度性能以及擠壓性能，但是容易造成晶間點蝕和腐蝕現(xiàn)象而影響后續(xù)二次加工，不利于鋁合金型材的焊接作業(yè)，產(chǎn)品容易出現(xiàn)缺陷[4]。所以，在合金成分控制的過程中，需要結(jié)合鋁鎂硅相圖科學確定合金中鎂含量以及硅含量。

根據(jù)計算研究表明，合金中硅化鎂的含量最好控制在1.4%左右，設計的理論強度值為300 兆帕。首先，需要加強對合金中微量元素作用的研究與重視，鋁合金中銅元素的增加可以降低材料自然時效速度，以彌補強度損失，但是銅元素的加入會抑制材料本身的擠壓性能，降低錳元素和硅元素加入之后合金出現(xiàn)的各向異性的作用，提高合金淬火以及壓力的敏感性，不利于擠壓作業(yè)。其次，在進行合金成分設計時，需要結(jié)合合金的主要功用合理設定銅的含量。最后，還需要加強對核心中鐵元素、碳元素以及鋅元素作用的探究，鐵元素在鋁合金中的作用主要表現(xiàn)為鐵元素會與合金中的硅元素、鉻元素以及錳元素形成硬脆的金屬鋁化物相。鐵元素在標準值的范圍之內(nèi)并不會影響合金的強度以及延伸率，但是如果鐵元素含量持續(xù)增加，將會顯著降低合金的韌性，不利于后續(xù)合金的擠壓作業(yè)，合金的耐蝕性能也會顯著下降。因此在保證合金本身具有一定沖擊韌性的條件下，需要盡可能的控制鐵元素的含量[5]。鋅元素作為雜質(zhì)元素，如果單獨加入到合金當中，會導致合金出現(xiàn)應力腐蝕開裂傾向，因此需要綜合合金的耐蝕性能偏低，控制鋅元素的含量。鈦原素可以減少開裂傾向，細化焊縫組織以及鑄造組織，提高材料的機械性能，鈦元素的加入量需要控制在0.01%左右，以免含鈦金屬間化合物的形成，而影響合金的表面光潔度以及擠壓性能。

5 高性能鋁合金汽車底盤型材的生產(chǎn)工藝

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和人們生活水平的逐漸提升，汽車產(chǎn)量越來越多，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，全球汽車在近年來平均每年以4%的保有量上升，汽車保有量的不斷提高給環(huán)境系統(tǒng)帶來了較大壓力。底盤系統(tǒng)、動力系統(tǒng)以及車身是汽車質(zhì)量最大的三大系統(tǒng)，能夠達到整車質(zhì)量的80%以上，用鋁合金材料替代原有的底盤材料生產(chǎn)汽車底盤零部件，可以減少汽車整體的重量，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標，提高汽車的動力支持和安全性能，更加便利人們的出行，保障人們的生命財產(chǎn)安全。因此，需要加強對高性能鋁合金汽車底盤型材生產(chǎn)工藝的探究，明確鋁合金汽車底盤型材生產(chǎn)過程中可能存在的影響因素以及具體的生產(chǎn)工藝和流程，并采取有效措施進行持續(xù)優(yōu)化，保證汽車生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

高性能鋁合金汽車底盤型材在生產(chǎn)過程中主要包括原料配制、熔煉、精煉、轉(zhuǎn)注、細化、鑄造均勻化及加工、質(zhì)量檢驗以及交貨等相關(guān)環(huán)節(jié)。在結(jié)合鋁合金汽車底盤生材料要求確定合金組成之后，需要針對熔鑄條件的主要工藝參數(shù)以及擠壓熱處理技術(shù)進行深入探究，并檢測產(chǎn)品的力學性能是否符合實際汽車工業(yè)生產(chǎn)的需要。首先，針對熔鑄條件進行優(yōu)化，采用先進的熔煉設備以及鑄造設備優(yōu)化熔鑄工藝參數(shù)，并經(jīng)過先進的均勻化處理及加工，可以生產(chǎn)出鋁合金優(yōu)質(zhì)鑄錠，供后續(xù)擠壓使用。其次，工作人員要結(jié)合生產(chǎn)工藝的數(shù)據(jù)對熔鑄過程的主要工藝參數(shù)進行持續(xù)升級和優(yōu)化。最后，在天然氣熔化保溫爐中開展材料裝爐之前，需要先將爐溫升到800℃左右，在爐內(nèi)撒上一定比例的清爐劑之后，徹底清爐并裝爐熔煉，應用永磁攪拌設備進行熔煉，加快熔煉進度。熔煉完成之后，對所得試樣化驗合格之后進行精煉。精煉采取的是高純氮氣，溫度控制在730℃左右，高純氮氣的精煉壓力控制在鋁液表面出現(xiàn)輕微翻滾為佳，精煉時間為15min 左右。

在進行熔體轉(zhuǎn)注以及熔體金屬在線變質(zhì)處理時，熔體出爐之前需要做好鑄造之前的準備工作，包括檢察鑄造機供水系統(tǒng)、流槽轉(zhuǎn)注系統(tǒng)以及做好設備修補以及預熱等相關(guān)工作，以保證每個結(jié)晶器水聯(lián)均勻完整。在轉(zhuǎn)出過程中需要讓熔體在金屬液面之下平穩(wěn)流動，盡可能地避免金屬的二次污染，為進—步提高熔體的純潔度，在熔體由靜置爐向鑄造機結(jié)晶器轉(zhuǎn)注供流的過程中，采用泡沫陶瓷過濾器對熔體進一步除渣，并在過濾箱入口處安置玻璃絲布過濾網(wǎng)，以防止熔體中殘存的非金屬夾渣進入鑄錠。在針對熔體做好過濾處理作業(yè)之后，需要采用同水平熱頂鑄造半連續(xù)法生產(chǎn)鑄造。鑄造所產(chǎn)生的鑄錠的規(guī)格為直徑41cm，鑄造溫度為740℃左右，然后需要在批式均質(zhì)爐中開展鑄錠均勻化處理和鑄錠凈化處理，加熱溫度為550℃左右，時間為3 個小時，保溫溫度為540℃，冷卻方式為風冷和氣冷。

6 結(jié)語

綜上所述，高性能鋁合金汽車底盤型材的生產(chǎn)對于汽車輕量化工業(yè)的發(fā)展以及生態(tài)友好型社會的建設有著至關(guān)重要的意義。論文主要針對高性能鋁合金汽車底盤型材生產(chǎn)過程中材料的準備和成分的確定以及后續(xù)生產(chǎn)工藝的注意事項進行了深入探究，希望能夠有效提高高性能鋁合金汽車底盤生產(chǎn)的質(zhì)量，生產(chǎn)出符合用戶要求以及綜合性能良好的型材產(chǎn)品，促進汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，促進生態(tài)和諧型社會的構(gòu)建。