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再生铝汽车零部件应用日趋广泛

日期:2018-11-25 22:58

  随着汽车轻量化的发展,越来越多的零部件铸造企业使用再生铝企业供给的再生铝合金锭作为原材料,这一举措在降低零部件加工成本的同时,也有可能因为材料缺陷遗传的因素,给汽车零部件质量埋下一些产品缺陷与隐患。

  零部件制造企业普遍在模具及加工方面比较专业,然而对于再生铝合金材料的认识还存在差距。加之再生铝在我国起步较晚,再生铝合金材料供应企业的技术力量和专业程度参差不齐,此类企业的技术骨干和技术工人大多数是由摩托车零部件铸造用铝供应企业转型而来,摩托车零部件的要求相对汽车而言较低,因此,在客观上形成了再生铝合金原材料粗放型的加工模式和非标准化的操作流程。

  这就导致了在汽车零部件生产过程中,由于工艺技术的落后,其生产只是完成一个将固态变液态,再由液态变固态的过程,对再生铝合金原材料品质也停留在依据成分要求来评定是否合格,完全忽略了再生铝合金材料属性。

  目前,再生铝合金原材料企业所沿用的技术标准、检验标准及工艺流程,几乎都停留在中等强度的压铸件上,对各种铸造企业及零部件使用性能的要求知之甚少。此外,上下游企业在材料认知与标准方面的信息还存在完全不对称甚至严重错位的情况,其结果导致下游零部件企业给上游材料企业提出的技术标准偏离了零部件性能对材料的要求。

  笔者在长期的生产实践中发现,大量下游零部件铸造企业对再生铝合金材料是陌生的,在对材料的认知上,“唯成分”、“轻组织”的现象普遍存在,以成分作为再生铝合金铸锭的验收标准,上游企业以成分作为交货依据,下游企业以成分作为收货门槛。

  大家对再生铝合金铸锭在材料生产过程中的“四化”——完全合金化、细化、均匀化、熔体净化,以及材料的冶金性能和遗传等方面内容缺乏认识,因此,经常发生且让压铸企业长期困惑的一个问题就是:再生铝合金铸锭的合金成分符合压铸企业提出的要求,合金锭断口看起来也还可以,企业的压铸工艺也没改变、模具也没改变,但是压出来的零件出现发脆、裂纹等等缺陷,换一批材料又好了,他们十分不解这是为什么。

  近年来常常到压铸企业解决问题,了解上下游企业扯皮的根源在哪里,本文将围绕汽车的发动机机体、缸盖、活塞、端盖、支架、阀体、歧管、变速器壳体及方向盘等典型铝合金零部件对铝硅系合金材料进行简述,以供参考。

  汽车发动机机体分上缸体(缸盖)和下缸体,铸造形式大致分为压铸、低压铸造、重力铸造,上缸体(缸盖)和下缸体均采用铝合金铸造的以日系车最为常见,但也有上缸体采用铸铁材质的。

  铝合金铸锭的使用牌号世界各国代码都不相同,经常使用和常见的主要牌号有美国的:A390、390、ASM380等;日本的:AC2B、ADC10等;中国的:ZL104、ZL106等;法国的:ALSI9Cu3;德国的:ALSI8CuNiMg、ALSi12Cu等。

  汽车的铝合金零件不是要求单一强度或单一塑性,它需要的是强度与塑性相结合的综合性能,要求有较低的热膨胀率与较好的耐磨性。如果铝合金零部件有后期热处理要求的,还需要对铝合金铸锭中钙、钛、合金元素含量及渣含量提出特殊要求,在技术要求中要明确杂质含量和是否变质处理,以免发生杂质过多和因锶变质处理导致的表面色斑及气密性不良等材料缺陷。

  成分不是造成零部件产品缺陷的唯一因素,材料的组织结构才是关键。下游企业的要求不明确,对上游企业的来说也是不公平的。要避免缺陷,材料就需要符合以下组织结构要求:ALFeMn相小于200微米;ALFeMnSi相小于200微米;硅铜结块小于50微米;大面积含气缺陷,针孔度小于2级;铜结块小于50微米。

  汽缸盖是发动机零部件的第二大件,零件比较复杂,技术要求较高,普遍采用重力铸造或低压铸造,主要使用牌号有A356、AC2A、ALSi6Cu4、ALSi7Mg、ZL106、ZL107等等。要求零件具有较高的耐热性、耐冲击性和疲劳强度等综合性能,对合金铸锭材料要求具有良好的抗拉强度及屈服强度等综合物理性能,对材料针孔度、晶粒度及变质处理方面,应符合以下组织结构图的要求:

  任何材料的组织结构都或多或少地存在着一些缺陷,只是应根据零部件的要求将材料的缺陷控制在相应范围内,使其满足零部件性能要求:初生硅尺寸小于50微米,铝硅铁相的针状铁小于90微米,平均晶粒度大于7级,针孔度小于2级。

  根据材料的冶金性能和加工性,一般共晶合金材料较多,但也有要求膨胀系数小的产品使用过共晶合金材料的。活塞零件的铸锭牌号主要有ALSi12CuMgNi、ZL109、ALSiCu1、AC8A等,对活塞零件有高强度和韧性、耐热和耐冲击性的综合性能要求,合金元素的主要特点是含镍,一般大于1%。以下图例为ZL109、ALSi12CuMgNi显微组织及相应控制要求图:

  端盖、支架、阀体、歧管等铝合金零部件,主要使用的材料牌号有ADC12、ADC10、ALSi12Cu、ZL102、ZLD101等,这类零部件要求铝合金铸锭材料具有强度与韧性相结合的综合性能。其中ADC12、ZLD101显微组织及缺陷限制图例:

  变速器壳体主要使用的铝合金铸锭材料的牌号有:ADC12、ADC10、390、ZL102、G-ALSi10、1016等。以下为显微组织及含所含渣缺陷图例:

  方向盘一般使用的铝合金铸锭材料牌号有:ADT6、ALMg2Mn等,对于方向盘的性能要求有好的耐冲击性和强度以及耐腐蚀性,这类铝合金材料一般为固溶强化。以下为显微组织图例:

  以上只是部分典型材料的金相图片,各企业应根据自己产品的用途要求,就材料组织、密度、性能等方面合理地提出符合自己产品综合性能的技术要求,以使再生铝合金铸锭能更好地满足零部件的使用功能。

  只要再生铝合金铸锭材料符合零部件产品的性能要求,零部件产品出现质量问题就需要从自身寻找原因,比如回头料控制比例问题等,这样不但可以解决“唯成分”、“轻组织”的问题,也有助于解决上下游企业间为零部件产品质量各执一词的矛盾,使企业避免浪费,减少因返工、退货等造成的多余成本,同时也为国产乘用车轻量化零部件制造上台阶走出一条正确的道路。

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