[发明专利]铝硅合金车身支架及其高压真空压铸制备方法

摘要

本发明涉及一种铝硅合金车身支架及其高压真空压铸制备方法。车身支架采用的铝合金材料组分的重量百分比为：9.5‑11.5％Si，Fe＜0.1％，Cu＜0.03％，0.5～0.7％Mn，0.3～0.5％Mg，Zn＜0.07％，0.04‑0.15%Ti，0.01‑0.03%Sr，其余为Al。本发明所采用的铝合金成分尤其是微量元素的含量、Sr元素的加入方式、热处理工艺等保证车身支架同时具有高的强度与延展性的关键，经产品切片试验，T7处理后的抗拉强度大于240MPa;0.2%屈服强度大于180MPa，延伸率大于8％，完全满足承载式车身零部件的机械性能要求；本发明的铝合金车身支架高压真空铸造制备方法，能够适满足承载式车身支架对机械性能、生产效率、成本的要求，具有广阔的应用前景。

主权项

1.铝硅合金车身支架的高压真空压铸制备方法，车身支架采用的铝合金材料组分的重量百分比为： 9.5‑11.5％Si，Fe＜0.1％，Cu＜0.03％，0.5～0.7％Mn，0.3～0.5％Mg，Zn＜0.07％，0.04‑ 0.15%Ti，0.01‑0.03%Sr，其余为Al；其特征在于，按以下步骤进行：1）选取原料：组分的重量百分比为9.5‑11.5％Si，Fe＜0.1％，Cu＜0.03％，0.5～0.7％ Mn，0.34～0.55％Mg，Zn＜0.07％，0.04‑0.15%Ti，其余为Al；2）铝合金熔炼与除气：将铝合金材料加入中央熔化炉中进行熔化，利用烟气的余热把铝锭与回收料预热到400‑450℃ ，熔解室气氛温度控制880‑900℃ ，保温室铝液温度控制 750‑770℃ ，保持室内的铝液，每6‑10小时一次，打开扒渣口，用涂过被覆剂并充分干燥的工具，将铝合金表面一层氧化浮渣打出；取用铝液时，把铝液放到浇包中，用燃气加热装置预热浇包，预热温度400‑450℃ ，向浇包中放铝液时，预先将占铝液重量百分比0.03‑0.06％的Al‑Sr中间合金放在浇包底部，Al‑Sr合金中Sr含量的重量百分比为50％，铝液放到浇包容积的80‑90％；放到浇包中的铝液，采用旋转叉车转运到除气位置，采用惰性气体脱出溶解在铝合金液内的氢气，除气时，先将旋转喷头插入铝液中高速旋转，同时从喷头的孔中吹出高纯氮气，氮气流量10‑20升/分钟，氮气吹入压力3‑3.5bar，低于3bar自动报警，喷头转速250‑450转/分钟，在喷头插入铝液旋转25‑50秒后，石墨挡板插入，氮气总吹入时间2‑6分钟，除气完成先把旋转喷头与挡板提起，铝液静置后用涂过被覆剂并充分干燥的工具，把铝液表面的氧化浮渣打出；3）定量给汤：除气处理后合格的铝液转到压铸车间，倒入机边定量给汤炉，给汤炉内铝液温度控制670±5℃ ，给汤炉采用密闭结构防止铝合金氧化及热量散失，采用辐射式电加热保证铝液温度符合工艺要求，生产过程中每2‑6小时一次从保温炉中取样进行化学成分的光谱分析，重点监控Sr与Mg元素是否符合要求；4）压铸模具：车身支架的压铸模具成型部分采用热做模具钢材，经过高频真空淬火及回火后达到基体硬度HRC46±1，表面采用软氮化处理，氮化层厚度0.08‑0.1mmm，表面硬度 HV900以上，模具采用一模一腔的布局，采用扇形内浇口，浇口厚度小于2mm，内浇口填充速度设计 48‑60米/秒，模具内部设计循环水通道，用恒温机控制模具温度平衡，恒温机的介质为水，水压7‑12bar，出口温度120‑180℃ ，在压铸过程中，每一模产品取出后，用自动喷雾机将水基离型剂雾化喷到模具表面，雾化气压4‑8bar，喷雾时间1‑4秒，喷雾结束后用压缩空气清吹模具表面，吹干残余的水分并使离型剂在模具表面形成一层0.003‑0.008mm的膜，便于铸件成型后从模具中脱出；5）压力铸造：定量给汤炉的定量泵把铝合金液注入容杯后，压铸机的冲头启动，依次按照慢速启动、慢压射、快压射、增压压射四级把铝合金注入模具型腔：先以0‑0.15m/s的速度匀速移动，铝合金承受压力为零，使冲头的铍青铜密封环经过容杯入料口位置后，封闭冲头与容杯的间隙；然后进行慢压射，以0.2‑0.3m/s的速度，铝合金承受压力为零，缓慢移动冲头，使铝合金液在容杯内的液面平稳上升，到达模具内浇口部位；快压射，在铝合金液到达模具内浇口部位的压射行程点称为高速转换点，冲头经过高速转换点后，以300‑700m/s²的加速度达到2‑6m/s的高速压射速度，铝合金通过模具内浇口的速度为48‑60m/s，此时铝合金承受压力为300‑350bar,通过高速、高压把铝合金注入模具型腔，铝合金的高速填充时间控制 30‑45ms；增压压射，随着铝合金充满型腔，压射冲头由于运动阻力加大，速度迅速下降，当冲头速度低于1.5m/s时，压铸机给出增压信号，增压阀打开，在20‑30ms时间内达到850bar 的增压压力，并保持这个金属压力直至铝合金在模具内完全凝固；在压射冲头达到慢速启动终点的位置，压铸机给出抽真空启动的信号，真空系统控制模具与容杯两个区域的真空阀打开抽真空，抽真空分为两个区，第一个区为容杯内部，在抽真空启动2‑5秒后关闭，第二个区为模具型腔内部，在铝合金充满型腔到达真空阀的一级感应位置后，一级感应阀芯感知到金属的压力驱动后通过机械传动把真空阀芯在5ms内关闭，整个压铸过程，要求抽真空的真空度小于50mbar,从抽真空开始到达到50mbar的真空度时间小于1秒；6）精切边：产品在模具中冷却后，压铸机打开模具，取件机器人把产品从模具中取出，把产品先放置到风冷架上冷却，产品温度达到60℃ 以下后，机器人把产品放到油压切边机上，切除飞边及流道、集渣包余料，经过切边后得到车身支架毛坯；7）固溶处理：把压铸好的车身支架固定在专用夹具上，固定点采用支架与车身连接的安装位置，采用全自动通过式固溶热处理炉做固溶强化，固溶恒温结束后，传送辊道将产品在10秒以内转移到淬火区域，淬火采用风冷直至室温；8）整形：对车身支架进行整形满足尺寸要求；9）人工时效：经过整形的尺寸合格的车身支架，采用人工时效达到稳定的强度与延伸率；10）机械加工：产品经过对装配区域简单的铣平面、钻孔、攻丝后得到车身支架成品。