原标题：Ti含量对压铸A380合金缸壳体力学性能的影响

摘 要：针对新一代发动机所用的A380合金下缸壳体项目，在性能上对材料的抗拉强度及屈服强度要求更高，提出了满足-3σ的全新目标。为此，通过不断调整铝液的化学成分及压铸工艺参数，来确保最终目标指标实现。

前 言：伴随着汽车排放国标VI要求，汽车行业相继都在开发与之要求相匹配的发动机。基于此，通用汽车开发了CSS 项目发动机。其中，CSS 675T（下缸体延伸配套体）直接应用于通用汽车（General Motor）2.7T四缸发动机，以及全铝缸盖、缸体和塑料油底壳等材料。因此，本研究对如何提高材料力学性能进行了分析，旨在为类似项目提供参考。

1、下缸壳体力学性能要求

CSS675T由3个子零件共同构成。采用自主开发的A380耐磨铝合金，其在性能上需要满足-3σ的特殊要求。通过MAGMA模流分析软件，对铝液的充型过程进行模拟，温度场的分布进行分析，优化模具方案，最终设计出合理的浇注方案和冷却系统。压铸过程中，使用模温机控制模具温度保持模具温度平衡，从而有效控制铸件的凝固次序。

从产品本体取样，一处在1号位置，靠近水口；另一处在2号位置，靠近水尾，见图1，力学性能要求抗拉强度大于155MPa,屈服强度大于130MPa,伸长率大于0.5%。

图1 下缸壳体及取样位置

在改善前的抗拉强度均值为203.8 MPa  , 标准差为27.54MPa，平均值为121.18 MPa。屈服强度均值为161.7 MPa, 标准差为10.86 MPa，平均值为129.12 MPa。可以看出，数据与客户的要求存在一定的差距，需要对此进行改善和提升。

2、力学性能问题点分析及对策制定

2.1 铝液化学成分

该款产品所要求的铝液牌号为A380（GMW5M-AL-C-D-Si8Cu3Fe-F），具体的各项化学成分见表1。

表1 A380合金的成分要求

加入Ti后铝合金液晶粒尺寸明显变得更为均匀细小，同时可以使得第二相粒子的成分有所改变，形成了富Ti和Ce的复杂化合物，且其数量较多，分布更为弥散均匀，从而提供了更多的非均匀形核的核心，最终提升了细化晶粒的效果。改善铝合金的力学性能。

初始对于Ti含量虽然要求小于0.2%，但实际过程中含量都低于0.05%，所以需要对Ti含量的控制进行控制。

2.2 Ti含量试验测定

为了确定Ti含量，做2组不同Ti含量的试验，第1组Ti含量控制在0.1%~0.15%范围内，第2组Ti含量控制在0.15%~0.2%范围内，见表2。

表2 不同试验组的化学成分

2.3 压铸试制工艺条件

保温炉在注入铝液前进行清炉，记录清炉时间和状态，并拍照，注入铝液后保温炉静置10 min后清理表面浮渣并作记录，压铸过程每1 h清理保温炉炉渣，并作过程记录，保温炉2次/每班检查化学成分以及K模，并作过程记录，铝液温度要求控制在±5 ℃内。压铸工艺参数见表3和表4，压铸前确认压铸真空系统状态，并跟踪记录真空机过程参数。

表3 压铸试制工艺参数

车削刀具需要采用圆头刀将圆弧部分一次成形，防止出现接刀痕;标距部分直径为6.39±0.01，见图2。

图2 试棒尺寸

3、力学性能改善结果分析

第1组共取样23根试棒，Ti含量测定为0.12%，1号和2号位置的试棒力学性能结果见表5

表5 第1组（Ti  0.12%）的力学性能测试结果

第2组共取样19根试棒，其中1号位置15个试样，2号位置19个试样，Ti含量测定为0.18%，力学性能结果见表6。

表6 第2组（Ti  0.18%）的力学性能

从表5和表6可以看出，测试的两组成分，不论Ti含量高低，由2#位置的测试结果可见材料本身性能均能达到力学性能指标。同一组测试（即成分相同时），2#位置的屈服强度平均值比1#位置高10~12 MPa、抗拉强度平均值高21~49 MPa，这说明1#位置的性能低不是因为材料成分，而是组织方面的差异。

σ值反映了性能的波动，σ越小性能越稳定，对比1#和2#位置的σ值可见，1#位置力学性能波动大，推测是由于1#位置的组织中的夹渣、气孔等缺陷或组织不均匀原因导致，可以通过扫描电镜分析拉伸试样断口来佐证。Ti含量是解决屈服强度性能不达标问题的关键，重点在于减少σ值，Ti含量在0.1%~0.15%（0.12%）时试棒的抗拉强度和屈服强度都明显低于Ti含量在0.15%~0.2%（0.18%）。故要继续内部控制Ti的含量。

4、结语

通过试验发现，控制Ti的含量并使其在0.15%~0.2%范围内更有利于满足Mean-3σ的客户端要求。

作者
赵郁鎏 周海军 薛小江 钱志安 王培建 张森 康阳洋
广东鸿图南通压铸有限公司
徐义武 詹凤伟
通用汽车中国
程汉明
南通鸿劲金属铝业有限公司
本文来自：《特种铸造及有色合金》杂志