摘要：研究了在高真空压铸状态下，铝合金AiSi10MnMg材料的不同热处理条件对结构件的力学性能的影响，分析了减震塔零件的热处理工艺中各影响因素对力学性能的作用。研究结果表明，零件的不同位置在同样的热处理条件下材料力学性能有所不同，靠近内浇口部位的性能好于铝合金填充末端位置。从T6热处理试验结果可以看出，较低的固溶温度和较长的人工时效时间可以获得较好的抗拉强度、屈服强度和伸长率。另外从试验结果看，高真空压铸件中仍然存在少量的气孔，厚大部位还有一些缩孔和缩松现象。

由于汽车轻量化的要求，汽车结构件越来越多地用铝合金替代，对铝合金结构件的力学性能提出了更高的要求。高真空压铸是一种在压铸过程中实施抽真空，从而达到在压铸前尽量抽去型腔内的空气以减少压铸件内部气孔的目的。高真空压铸件可以进行焊接和热处理强化，在需要焊接、受较大载荷或循环载荷的铝合金汽车结构件的生产中有广泛应用。压铸合金AlSi10MnMg是一种适合于高真空压铸的强韧铝合金，其生产的高真空压铸件具有抗拉强度高，伸长率大等特点，主要应用于汽车结构件的生产。因此选取AlSi10MnMg材料来进行结构件力学性能的分析。

选择汽车结构件中的比较有代表性的零件——汽车减震塔进行高真空压铸状态分析，研究零件的内在质量和力学性能变化，旨在为其应用提供更多参考。

1.减震塔零件的生产工艺

减震塔的基本外形见图1。

图1:减震塔的三维示意图

零件呈左右对称，单件质量为3.8 kg，平均壁厚为3 mm，外形尺寸为547mm x337mm x318 mm，采用AlSi10MnMg压铸铝合金，投影面积为1802 cm2, 采用意特拉35 000 kN压铸机生产(真空度为2 000~2 400 Pa),一模两腔（左右对称件各一腔）总投影面积为6226 cm2, 浇注质量为9.27 kg。浇注系统设计见图2

图2:浇注系统设计示意图

2.试验方法与措施

试验所用的是正常生产的高真空压铸件。铸件放入高温电阻炉中进行T6热处理，然后按不同的热处理工艺进行编组，按组分别取样分析。

试样都是从模具右边型腔截取，取样位置和样品编号见图3，随后用数控机床按图4的形状加工成标准拉伸试样。在拉伸试验机上进行力学性能测试。

图3:取样位置与编号

图4:拉伸试样示意图

3.试验结果及分析

试验采用的固溶温度为490、500、510 ℃，保温3 h，人工时效温度为170、175、200 ℃时效3 h，分别制定的7种热处理方案及力学性能数据见表1。

表1:不同热处理条件下的力学性能

对以上铸件的典型位置1、2、4、6、10的数据分析,见图5和图6

图5:强度分析曲线

图6:伸长率分析曲线

从图5中可以看出填充末端位置1处的抗拉强度、屈服强度、伸长率的数据相对于其他位置都比较低，内浇口附近的材料如位置4处力学性能较好。说明铝合金液流动的最后位置材料力学性能较弱，应在压铸过程中重点管理，同时结构件在压铸生产时不宜将零件的重要部位放置在合金液充填的末端而应该放置在内浇口附近。对比铸态材料和热处理方案1至4可以看出，热处理能将零件的抗拉强度和屈服强度平均提高60 ~110 MPa。
分析热处理工艺后力学性能的数据，见图7和图8。

图7:不同热处理条件下的强度变化

图8:不同热处理条件下的伸长率变化

通过图7和图8可以在几组试验中的材料抗拉强度和屈服强度变化不大，伸长率随固溶处理温度的升高和人工时效温度的升高呈下降趋势，另外可以看出，延长人工时效的时间可以提高材料伸长率，降低固溶热处理温度可以提高材料伸长率。

4.结论

（1）由于压铸件内浇口附近的压力较高，并向填充末端铸件递减，高真空压结构铸件在热处理后内浇口附近的力学性能好于填充末端的。

（2）较低的固溶温度和较长的人工时效时间以及较低的人工时效温度可以取得较好的力学性能。

文章作者

刘付曙 廖仲杰 陈国恩 张玉龙 汪学阳 黄志垣 万里
广东鸿图科技股份有限公司

张俊超
中铝材料应用研究院有限公司苏州分公司

阚洪贵
安徽江淮汽车股份有限公司

本文来自:《特种铸造及有色合金》杂志2022年第42卷第2期