B390—5FD替代20CrMo在轉(zhuǎn)體上的應(yīng)用

冉華田

摘 要：采用二次熱擠壓成型技術(shù)，提高B390-5FD（高硅鋁合金）機(jī)械性能，替代20CrMo材料在旋葉式汽車空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)體上應(yīng)用，減少轉(zhuǎn)體重量0.32kg，經(jīng)長(zhǎng)安鈴木汽車YC5測(cè)試比較100公里綜合油耗（L/100km）降低5%左右。

關(guān)鍵詞：高硅鋁合金；國(guó)產(chǎn)化；輕量化

前言

近十幾年來(lái)，我國(guó)汽車呈幾何數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)，市場(chǎng)上的汽油、柴油售價(jià)均隨著國(guó)際油價(jià)逐步走高。在這油價(jià)節(jié)節(jié)攀升的時(shí)代，節(jié)油技術(shù)顯得越來(lái)越重要。目前，提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的兩個(gè)主要方面應(yīng)是如何研究汽車結(jié)構(gòu)及汽車使用。車主在節(jié)約用油減少油費(fèi)支出的同時(shí)，也實(shí)實(shí)在在地減少了廢氣排放，改善了我們的環(huán)境；向長(zhǎng)安鈴木這樣的汽車整體尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，有一定數(shù)量的塑料零件，自重輕，耗油省等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越深受廣大客戶的青睞。尤其在當(dāng)今以綠色低碳環(huán)保為主題的今天，如何節(jié)油一時(shí)間成了大家最為關(guān)心的話題。

1 轉(zhuǎn)體應(yīng)具備的性能要求

在轉(zhuǎn)體中壓入轉(zhuǎn)軸組成轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子是旋葉式汽車空調(diào)壓縮機(jī)關(guān)健部件， 如圖1轉(zhuǎn)子帶動(dòng)葉片沿缸體橢圓形內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)使室內(nèi)容積發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)制冷劑的吸入和壓縮。因此，在壓縮機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)體的質(zhì)量大小，直接影響汽車的能耗高低，同時(shí)轉(zhuǎn)體應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度，一定的耐燒蝕和耐磨性，以滿足其和葉片的摩擦工況需要。

2 轉(zhuǎn)體毛胚生產(chǎn)工藝

毛胚生產(chǎn)工藝流程：備料→熔煉→調(diào)整成分→導(dǎo)爐→精煉→變質(zhì)處理→精煉→靜置→過(guò)濾→鑄造→均勻化→鑄錠加工→鑄塊加熱→棒料擠壓→初胚下料→熱擠壓成型→毛胚熱處理→顯微組織、低倍組織、性能檢測(cè)→機(jī)械加工。

2.1 轉(zhuǎn)體毛胚材料化學(xué)成分控制

B390-5FD，除了14～16%Si元素，其余成分見(jiàn)表1

2.2 轉(zhuǎn)體毛胚擠壓工藝

2.2.1 棒料擠壓（一次擠壓）

A390-5FD鋁合金變形抗力大、塑性較差， 為保證制品的最佳力學(xué)性能和表面質(zhì)量， 適當(dāng)提高擠壓溫度、降低擠壓速度， 減少擠壓時(shí)金屬的不均勻變形， 為此選擇表2所示的工藝參數(shù)。在20MN擠壓機(jī)Φ210mm擠壓筒進(jìn)行擠壓。

2.2.2 熱擠壓成型（二次擠壓）

熱擠壓成型如圖2，初胚加熱溫度為490℃，保溫時(shí)間為1h。在500t四柱萬(wàn)能液壓機(jī)上進(jìn)行熱擠壓成型（毛胚），模具加熱溫度為250℃。

2.3 轉(zhuǎn)體毛胚熱處理工藝

轉(zhuǎn)體毛胚熱處理工參數(shù)：

固溶處理溫度：495±10℃；升溫速度：150℃/h；保溫固溶處理時(shí)間：2.5h；水溫：60℃；冷卻速度：≥200℃/min；人工時(shí)效溫度：190±10℃；保溫時(shí)效時(shí)間：6h。

3 轉(zhuǎn)體生產(chǎn)結(jié)果分析

3.1 成分分析報(bào)告

如圖3 A390-5FD鋁合金為高硅過(guò)共晶鋁合金，其Si含量較高，其密度小于共晶和亞共晶鋁合金。由于該合金會(huì)產(chǎn)生堅(jiān)硬的初晶硅相，對(duì)轉(zhuǎn)體機(jī)械性能影響較大，Si、Cu、Mg等化學(xué)成分的合理配比對(duì)保證最終機(jī)械性能意義重大，因此須嚴(yán)格控制添加量，精確操作。

3.2 金相分析報(bào)告

B390-5FD （高硅鋁合金）屬過(guò)共晶鋁硅合金，組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 除了共晶Si外，還含有初晶Si相、a固溶體、Cu Mg～Si6A15、AISiCu、

A12Cu相。過(guò)共晶鋁硅合金中，含硅量愈高，初晶硅愈難細(xì)化，隨著硅含量增加，初晶硅晶粒數(shù)增加，這就使沖擊值、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和塑性都降低，同時(shí)抗拉強(qiáng)度和沖擊值又隨晶粒直徑的增大而降低。

根據(jù)金相組織圖4、5，金相組織為α+共晶Si+初晶Si。金相評(píng)級(jí)：魚(yú)骨狀鐵相夾雜物1級(jí)，微觀組織照片無(wú)偏析均達(dá)到轉(zhuǎn)體金相組織要求。

3.3 力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)證明：B390-5FD鋁合金經(jīng)過(guò)嚴(yán)格控制化學(xué)成分、合適的變質(zhì)處理和二次熱擠壓工藝，可以獲得滿意的力學(xué)性能。抗拉強(qiáng)度σb≥320MPa（室溫）；延伸率δ≥0.3%（室溫）；HRB≥76抗拉強(qiáng)度σb≥320MPa（室溫）； 延伸率δ≥0.3%（室溫）；HRB≥76均達(dá)到長(zhǎng)安鈴木YC5汽車要求。

4 A390-5FD鋁合在轉(zhuǎn)體上應(yīng)用的結(jié)論

（1）A390-5FD鋁合金在旋葉式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)體中的應(yīng)用，各種性能達(dá)到長(zhǎng)安鈴木YC5汽車要求。

（2）轉(zhuǎn)體棒料毛胚最佳擠壓工藝參數(shù)：鑄錠溫度420～460℃，擠壓筒溫度400～450℃，殘料110mm，擠壓系數(shù)25。轉(zhuǎn)體毛胚最佳成型加熱溫度為490℃，保溫時(shí)間為1h，模具加熱溫度為250℃。

（3）轉(zhuǎn)體毛胚最佳熱處理工藝參數(shù)：升溫速度：150℃/h，固溶處理溫度：495±10℃，保溫固溶處理時(shí)間：2.5h；水溫：60℃，冷卻速度：≥200℃/min，人工時(shí)效溫度：190±10℃，保溫時(shí)效時(shí)間：6h。

（4）轉(zhuǎn)體材料使用高硅鋁合金替代20CrMo，使轉(zhuǎn)體重量減少0.32Kg，經(jīng)長(zhǎng)安鈴木YC5汽車測(cè)試比較100公里綜合油耗（L/100km）降低5%左右。

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