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）機械性能，替代20CrMo材料在旋葉式汽車空調(diào)壓縮機轉(zhuǎn)體上應(yīng)用，減少轉(zhuǎn)體重量0.32kg，經(jīng)長安鈴木汽車YC5測試比較100公里綜合油耗（L/100km）降低5%左右。

關(guān)鍵詞：高硅鋁合金；國產(chǎn)化；輕量化

前言

近十幾年來，我國汽車呈幾何數(shù)量級增長，市場上的汽油、柴油售價均隨著國際油價逐步走高。在這油價節(jié)節(jié)攀升的時代，節(jié)油技術(shù)顯得越來越重要。目前，提高汽車燃油經(jīng)濟性的兩個主要方面應(yīng)是如何研究汽車結(jié)構(gòu)及汽車使用。車主在節(jié)約用油減少油費支出的同時，也實實在在地減少了廢氣排放，改善了我們的環(huán)境；向長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)點越來越深受廣大客戶的青睞。尤其在當今以綠色低碳環(huán)保為主題的今天，如何節(jié)油一時間成了大家最為關(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)壓縮機關(guān)健部件， 如圖1轉(zhuǎn)子帶動葉片沿缸體橢圓形內(nèi)壁運動使室內(nèi)容積發(fā)生變化，從而實現(xiàn)制冷劑的吸入和壓縮。因此，在壓縮機高速運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)體的質(zhì)量大小，直接影響汽車的能耗高低，同時轉(zhuǎn)體應(yīng)具備足夠的強度，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→導爐→精煉→變質(zhì)處理→精煉→靜置→過濾→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→機械加工。

2.1 轉(zhuǎn)體毛胚材料化學成分控制

B390-5FD，除了14～16%Si元素，其余成分見表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性能和表面質(zhì)量， 適當提高擠壓溫度、降低擠壓速度， 減少擠壓時金屬的不均勻變形， 為此選擇表2所示的工藝參數(shù)。在20MN擠壓機Φ210mm擠壓筒進行擠壓。

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℃，保溫時間為1h。在500t四柱萬能液壓機上進行熱擠壓成型（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；保溫固溶處理時間：2.5h；水溫：60℃；冷卻速度：≥200℃/min；人工時效溫度：190±10℃；保溫時效時間：6h。

3 轉(zhuǎn)體生產(chǎn)結(jié)果分析

3.1 成分分析報告

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

3.2 金相分析報告

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

A12Cu相。過共晶鋁硅合金中，含硅量愈高，初晶硅愈難細化，隨著硅含量增加，初晶硅晶粒數(shù)增加，這就使沖擊值、抗拉強度、屈服強度和塑性都降低，同時抗拉強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。金相評級：魚骨狀鐵相夾雜物1級，微觀組織照片無偏析均達到轉(zhuǎn)體金相組織要求。

3.3 力學性能測試結(jié)果

試驗證明：B390-5FD鋁合金經(jīng)過嚴格控制化學成分、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性能。抗拉強度σb≥320MPa（室溫）；延伸率δ≥0.3%（室溫）；HRB≥76抗拉強度σb≥320MPa（室溫）； 延伸率δ≥0.3%（室溫）；HRB≥76均達到長安鈴木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轉(zhuǎn)體中的應(yīng)用，各種性能達到長安鈴木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℃，保溫固溶處理時間：2.5h；水溫：60℃，冷卻速度：≥200℃/min，人工時效溫度：190±10℃，保溫時效時間：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)長安鈴木YC5汽車測試比較100公里綜合油耗（L/100km）降低5%左右。

參考文獻

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