B390—5FD替代20CrMo在轉體上的應用

冉華田

摘 要：采用二次熱擠壓成型技術，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壓縮機轉體上應用，減少轉體重量0.32kg，經長安鈴木汽車YC5測試比較100公里綜合油耗（L/100km）降低5%左右。

關鍵詞：高硅鋁合金；國產化；輕量化

前言

近十幾年來，我國汽車呈幾何數量級增長，市場上的汽油、柴油售價均隨著國際油價逐步走高。在這油價節節攀升的時代，節油技術顯得越來越重要。目前，提高汽車燃油經濟性的兩個主要方面應是如何研究汽車結構及汽車使用。車主在節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，改善了我們的環境；向長安鈴木這樣的汽車整體尺寸小，結構緊湊，有一定數量的塑料零件，自重輕，耗油省等優點越來越深受廣大客戶的青睞。尤其在當今以綠色低碳環保為主題的今天，如何節油一時間成了大家最為關心的話題。

1 轉體應具備的性能要求

在轉體中壓入轉軸組成轉子，轉子是旋葉式汽車空調壓縮機關健部件， 如圖1轉子帶動葉片沿缸體橢圓形內壁運動使室內容積發生變化，從而實現制冷劑的吸入和壓縮。因此，在壓縮機高速運轉時，轉體的質量大小，直接影響汽車的能耗高低，同時轉體應具備足夠的強度，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 轉體毛胚生產工藝

毛胚生產工藝流程：備料→熔煉→調整成分→導爐→精煉→變質處理→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。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 轉體毛胚熱處理工藝

轉體毛胚熱處理工參數：

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 轉體生產結果分析

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。由于該合金會產生堅硬的初晶硅相，對轉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，組織結構復雜， 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體金相組織要求。

3.3 力學性能測試結果

試驗證明：B390-5FD鋁合金經過嚴格控制化學成分、合適的變質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鋁合在轉體上應用的結論

（1）A390-5FD鋁合金在旋葉式壓縮機轉體中的應用，各種性能達到長安鈴木YC5汽車要求。

（2）轉體棒料毛胚最佳擠壓工藝參數：鑄錠溫度420～460℃，擠壓筒溫度400～450℃，殘料110mm，擠壓系數25。轉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）轉體毛胚最佳熱處理工藝參數：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）轉體材料使用高硅鋁合金替代20CrMo，使轉體重量減少0.32Kg，經長安鈴木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

[l]萬里，羅吉榮，蘭國棟，等.擠壓鑄造過共晶A390合金的組織與力學性能[J].華中科技大學學報（自然科學版），2008，36（8）.

[2]孟保平，張英，關武紅.高硅鋁合金A390鑄棒的生產工藝研究[J].有色金屬加工，2004，33（3）.

[3]林家平，徐建秋，肖于德，等.變質處理對過共晶鋁硅合金組織和性能的影響[J].機械工程材料，2010，34（3）：31-34.

[4]楊伏良，甘衛平，陳招科，等.擠壓溫度對高硅鋁合金材料力學性能的影響[J].材料導報，2005，19（1）：7.

[5]蔣干成.鋁材擠壓工藝參數的合理選擇[J].輕合金加工技術，1988，11.