车铝合金从动链轮支架半固态压铸成形工艺研究陈晓阳1，曾大本1，张连根2，薛黎明2，吴宗兴（1.清华大学机械工程系，北京1000842.上海汽车有色铸造总厂，上海200062）研究了用喷雾沉积工艺制造触变性半固态A356铝合金坯料，然后在自行研制的中频感应穿透加热装置中进行二次加热，再将处于半固态的合金锭料压铸成形的工艺方法。用该合金试制了上海通用汽车公司Buick车从动链轮支架压铸件，经X射线探伤和金相组织观察表明，压铸件内部显微组织均匀致密，无气孔、偏析等缺陷，力学性能优于普通压铸件。

降低能耗、减少环境污染及节约有限资源是当今面临的一个十分重要而紧迫的问题，因此，汽车轻量化是提高汽车燃油经济性、节约能耗的重要措施和必然趋势。半固态金属成形技术具有高效、优质、节能和近净形成形等优点，可满足现代汽车制造业对有色合金铸件高致密度、高强度、高可靠性、高生产率和低成本等综合要求，因而倍受汽车制造厂商以及零部件配套生产厂商的重视。半固态金属成形技术自20世纪70年代初由美国麻省理工学院发明以来，经过二十多年的研究和开发，现已在工业发达国家汽车零件制造业中得到越来越广泛的应用〔1～6〕，尤其是自1992年美国Alumax公司垄断的麻省理工学院（M IT）有关半固态金属成形技术专利保护期到期以来，半固态金属成形技术在国外得到飞速发展，美国的AM P公司、CM I国际公司、GM公司，德国的EFUGmbh公司、意大利的Stampal SPA公司和法国的Aluminum Pechiney公司开始了大规模地进行半固态金属成形商业化生产。其中，铝、镁合金的半固态成形技术在这些国家中已进入工业应用成长期，它必将成为21世纪金属加工技术的重要发展方向之一，是面向未来的汽车零件制造技术中最具应用潜力的成形技术。

半固态金属成形（SSM F）是在合金处于固液两相区半凝固状态时直接加工成形的工艺方法，其关键技术包括：非枝晶半固态合金坯料制备技术、半固态合金坯料二次加热技术和半固态合金坯料成形技术。

采用半固态金属成形技术生产汽车零件，首先要求半固态合金坯料具有非枝晶组织，其制造方法分为固相和液相技术两种，其中：固相技术包括混合粉末技术和应变诱导激活技术（SIMA）液相技术包括搅拌（机械搅拌或电磁搅拌）技术和非搅拌技术（Os prey喷射沉积技术）〔7 ，8〕。目前国外已进入商业化生产的有电磁搅拌、SIMA、Osprey等技术。现已采用的半固态合金坯料二次加热技术有中频感应穿透加热、电阻恒温加热和盐浴恒温加热等。半固态合金坯料的成形工艺有半固态模锻、半固态挤压、半固态压铸和半固态注射成形等，这些工艺技术大部分应用在汽车零件生产领域。目前我国对半固态金属成形技术的研究和开发基本还处于实验室阶段，有关在汽车制造业的工业应用报道很少〔9 ，10〕。本研究是在完成国家863计划资助项目的基础上，与上海汽车有色铸造总厂联合进行的半固态压铸铝合金汽车零件生产技术开发的工业实验研究项目，该项目对典型汽车零件的半固态压铸成形技术进行了研究和开发，对上海通用汽车（SGM）有限公司Buick轿车中的从动链轮支架进行了半固态压铸工艺试制，取得了突破性进展，为该零件的大批量半固态压铸生产奠定了良好的基础，本文将介绍主要的研究内容。

1半固态铝合金坯料的制备国际上现已进入商业化生产的半固态合金坯料制备技术为合金熔体电磁搅拌法、应变激活诱发法和铸造Osprey喷射沉积法等三种，本项目采用Osprey喷射沉积法制备半固态A356铝合金坯料，主要是考虑到其快捷和适于小批量试制的特点。用于制备半固态A356铝合金坯料的合金锭料化学成分（质量分喷射沉积半固态A356合金坯料的显微组织特征为：粒度10～25μm的细小球状初生αAl相等轴晶颗粒，其余为深色片状（αAl Si）共晶体，见图1.其形成原因，一方面是由于高压高速氮气流与熔体强烈对流换热使雾化沉积合金凝固时获得很高的冷却速度K/s），另一方面是高速气流带动的雾化熔滴在沉积时以很高的速度（50～100m/s）撞击基板或沉积体表面，其冲击动能所产生的剪切应力和剪切速度，足以将半固态雾化熔滴中的枝晶打碎，形成非枝晶初生αAl球状颗粒。所形成的半固态合金中，初生固相颗粒与共晶液相的相对比例约为4∶6.

态A356合金圆棒坯料。竖立在感应线圈中加热的半固态A356铝合金圆棒坯料，其高/径比一般不超过2.5 ，原因是：过长的坯料在加热到半固态后会发生变形，使其下部变粗、鼓胀，且表面氧化皮增多。若坯料的高/径比大于2.5 ，最好采用直径更大的半固态坯料。

2半固态铝台金坯料二次加热工艺研究为获得压铸时具有良好触变性能的半固态浆料，应将半固态合金坯料二次加热到固液两相区，使坯料原始组织中的初生固相颗粒成为游离态，并控制液相体积分数在40 ～60 范围内，以使坯料具有良好的触变性。半固态坯料常用的二次加热方法有中频感应穿透加热、电阻炉恒温加热和盐浴炉恒温加热等。

中频感应加热是大批量生产时半固态坯料二次加热的最佳方式，其主要优点是：清洁、高效、可控能适应用户对半固态坯料尺寸变化的需要：能耗相对较小热穿透能力强。具有良好触变性能的半固态铝合金坯料，必须是坯料中共晶组织完全熔化为液态，且初生αAl相为球状颗粒的固液均匀混合的浆料，为此采用自行研制的中频感应穿透加热装置对半固态A356合金坯料进行二次加热。中频感应加热时，半固态坯料表面存在集肤效应，根据试验结果，当中频频率为1400Hz ，功率为10kW时，坯料心部与表面的温差约为10℃。用热电偶测温时，测温点一般在坯料中心部位。但在感应线圈中用热电偶和其他方式测温误差较大，在大批量工业生产时更不可能进行连续测温，一般都采用加热功率时间曲线来保证加热要求。因此建立加热功率时间温度关系曲线就非常重要。

线。坯料中共晶组织完全熔化温度为T由于感应加热的集肤效应，半固态坯料表面与心部之间存在温度梯度，经反复试验，确定半固态坯料压铸时的工作温度为：T 10℃。根据试验结果，确定加热时间为16min左右，先用10kW功率加左右至575～580℃，然后用5kW功率均热1min左右。

铸造陈晓阳等：SGM Buick车铝合金从动链轮支架半固态压铸成形工艺研究在二次加热过程中，半固态铝合金坯料的组织转变机制是：在坯料加热前期，共晶组织中的Si相通过向初生α相中扩散，由片状变成点链状，并随着加热温度的升高进一步细化成颗粒状当共晶Si相溶解到一定程度后，原来的共晶部分开始熔化，熔化速度由共晶组织中片状Si相的厚度决定，初生αAl相的形状和尺寸则在熔化后才发生明显变化。Osprey法制备的半固态坯料细等轴晶组织中的共晶熔化温度为575℃。图4为半固态A356铝合金坯料二次加热到580℃时水淬后的金相组织。

3半固态压铸工艺研究半固态铝合金压铸是将半固态坯料二次加热至坯料组织恢复到由40 ～60 球状初生αAl固相颗粒和共晶液相共存的固液混合态，随即用夹持工具夹持到压铸机压射室中压铸成形，其主要工艺参数包括压射比压、压射速度、压射时间、型温和压射室温度等。压射比压是压射室内半固态坯料所受的静压力，是半固态铝合金压铸最重要的工艺参数之一。由于半固态铝合金压铸时，坯料粘度较大，流动性较液态金属差，为了充分利用半固态铝合金坯料的流变性，其压射比压应较液态金属压铸时要高20 ～30 .

压射速度为压射室内压塞的推进速度。在低速压射阶段，由于不存在液态金属压射时的喷射、紊流和卷气现象，因此该阶段的压射速度可比液态金属压铸时快，有利于提高充型速度，缩短充型时间，提高铸件表面质量。

压铸机进料口尺寸应根据具有半固态特点的坯料大小来开设，并充分考虑半固态坯料经二次加热后的直径膨胀，略大于坯料膨胀后的直径。压射室的预热温度应足够高，保证半固态坯料在压射室内不冷却凝固，并应保持稳定。

半固态铝合金压铸时压铸型的温度也比液态金属压铸时要高，且要求温度稳定，一般应控制在280～350℃。其对型内浇注系统的要求与对挤压铸造浇注系统的要求相似，采用开放式浇注系统、浇道流程短、浇道位置不远离铸件。

用于夹持二次加热半固态铝合金坯料的夹具应具有对坯料的夹紧、整形、保温、搬运等功能，应保证坯料在夹持、搬运过程中的温度降不超过5℃。

上海通用汽车有限公司Buick轿车从动链轮支架是该车动力总成的关键铸件，国产化率为1.01 .

该铸件毛坯净重1.85kg ，壁厚在厚壁处为15～40mm ，薄壁处为5～7mm ，为典型的壁厚不均匀铸件。铸件机械加工后须经气密性试验合格方可使用。

零件图纸中要求中方的渗漏量为在试验气压下小于500ml/min.目前进口的北美CKD铸件，在试验气压下渗漏量小于700ml/min的情况下，合格率为70 ～80 .为提高Buick车国产化率，上海汽车有色铸造总厂受上汽集团委托，从1997年底开始用普通压铸法试制该铸件。在近两年的攻关中，该铸件废品率始终高居不下，达50 ～75 ，主要缺陷为气孔和缩松。看来，用普通压铸法生产该零件似乎已走入死胡同，很难通过SGM公司批量生产前美方的PPAP认证。工厂一直在寻找新的生产工艺来解决生产难题，在与清华大学合作的基础上，初步确定采用半固态成形技术来生产该铸件。图5为试制成功的半固态压铸Buick车从动链轮支架。与用普通压铸法生产的铸件相比，抗拉强度由～330MPa提高到330～357MPa，伸长率由小于3 提高到10 左右，力学性能明显提高。X射线和荧光探伤及金相组织观察表明，该铸件内部显微组织均匀致密、各向同性，无气孔、缩松等缺陷，且由于凝固收缩减小，半固态压铸件外形轮廓清晰，尺寸精度高，表面不存在普通压铸件常有的流纹等缺陷，气密性试验合格，且在中试阶段的合格率高达95 ，为工厂通过SGM公司美方的PPAP认证打下了坚实的基础。

4结语半固态金属成形技术与传统热加工的铸造、锻造工艺相比具有以下特点：消除了传统铸件中的柱状晶和粗大树枝晶，金相组织细密均匀，减少了铸件内部的疏松、偏析等缺陷，提高了铸件的力学性能，可生产出高致密度、高力学性能的铸件高生产率，便于实现自动化，改善了劳动条件金属在半固态状态下成形，成形温度较液态金属低许多，对压铸型热冲击小，延长了压铸型的寿命，降低了生产成本复杂铸件可以使用芯子，既适用于生产薄壁铸件又能生产厚壁铸件半固态金属压铸成形的铸件可以进行热处理（T 5、T6）和焊接加工大大减少了金属的氧化、吸气、夹杂和液态金属充型时的卷气现象，减少了对金属的污染凝固收缩小，可以减小浇冒口系统，实现近净形化成形，减轻铸件毛坯的重量，减少切削加工余量在成形过程中不采用液态金属，改善生产环境和工人劳动条件，便于生产管理和安全管理，进行精益生产。

面向21世纪的我国汽车及零部件制造工业，为了增强其产品的市场竞争力，采用先进、高效的半固态金属成形技术生产高致密性、高可靠性汽车零件的潜力非常巨大，我们的研究和开发工作表明该技术在我国的工业应用已开始起步，未来在汽车制造业的应用前景光明。

徐骏，张景新，樊建中。金属学报， 1999， （2）：127）硼铸铁的耐腐蚀性能的研究刘云秋1，洪鹤1，何奖爱2，张秋霞（1.沈阳工业大学材料科学与工程系，辽宁沈阳023 2.东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳0063.西安泵阀总厂，陕西西安710032）本文研究了利用含硼生铁做加硼剂生产的硼铸铁的耐（酸）腐蚀性，结果表明，硼铸铁的耐（酸）腐蚀性明显好于灰铸铁，当含硼量为0.06 时，硼铸铁的耐（酸）腐蚀性能最好随温度升高，硼铸铁的耐（酸）腐蚀速度增大，随介质中pH值减小，耐（酸）腐蚀速度增大。

硼系铸铁是50年代问世的具有较好的耐腐蚀性的铸铁，在短短的几十年里，许多的学者的研究表明，硼铸铁是一种良好的耐磨材料，而且硼铸铁已从减磨材料发展到抗磨材料领域，应用范围不断扩大〔1 ，2〕。在以前的研究文献中，多次提到硼铸铁具有较好的抗蚀性〔3， 4〕，本课题是结合八五攻关项目硼镁铁矿的综合利用课题―――含硼生铁的研究与应用专题而提出的，为了使含硼生铁发挥更大的效益，笔者对硼铸铁的耐腐蚀性进行了一些试验研究。

1试验内容与方法1.1试验材料本试验采用含硼生铁做加硼剂，采用中频感应电炉熔炼，其化学成分如下。

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