文：江西江铃集团新能源汽车有限公司聂小勇
摘要 针对全铝弧焊平台车型用真空高压铝合金减震塔，对其工艺改善过程进行了分析，并对力学性能进行了评价。结果表明，提高铝液密度，适当降低Ｍｇ含量，优化热处理工艺参数等措施能提升减震塔的力学性能，改进后减震塔Ｔ７态屈服强度为128.92ＭＰa，抗拉强度为216.18ＭＰａ，抗拉强度相比改进前提高了12.14％，伸长率达到11.5％，相比改进前提高了56.89％，密度为2.6821ｇ／ｃｍ３，满足设计使用要求。另外，采用 ＥＲ4043焊丝和ＥＲ5356焊丝对减震塔焊接性能进行了评价，发现采用 ＥＲ5356焊丝焊接接头强度高于160 ＭＰａ，接头效率达到76％，优于 ＥＲ4043焊丝，满足设计使用要求。
关键词 真空压铸；减震塔；弧焊；ＡｌＳｉ１０ＭｇＭｎ
减少汽车尾气排放和提升燃油效率，汽车轻量化越来越受到重视，其不仅能促进汽车的节能环保，同时也会对汽车性能有所提升，其中铝合金压铸件正向着“大型化、复杂化、薄壁化、高性能化”的要求发展。传统钣金件减震塔需要７、８个零件焊接而成，而铝合金压铸减震塔可一次压铸成功，轻量化效果明显，同时能明显提升车身刚度，减少工序和尺寸偏差。其 中ＡｌＳｉ10ＭｇＭｎ（Ｓｉｌａｆｏｎｔ－36，简称ＳＦ36）由于铸造性能优良，强度、伸长率、焊接等综合性能优良，在国外较早开始广泛应用，如宝马５系、凯迪拉克 ＡＴＳ、奥迪 Ａ８等。 综合考虑车身满足碰撞吸能，强度刚度等要求，对Ｔ７热处理态的减震塔一 般要求为屈服强度 ＞120ＭＰａ，抗拉强度 ＞180 ＭＰａ，伸长率 ＞10％（ＢＳ ＥＮ1706－2010标准中要求屈服强度＞120 ＭＰａ，抗拉强度＞200 ＭＰａ，伸长率 ＞12％）。国内在真空压铸领域的研究起步较晚，受制于材料和工艺等制约，生产能力薄弱。有研究者对真空压铸铝合金减震塔等结构件的 Ｔ５、Ｔ６态的强度和伸长率综合性能提高进行了研究，也有研究者对真空压铸铝合金底盘结构件的Ｔ６、Ｔ７态进行研究，发现 Ｔ７态铝合金底盘件伸长率为５％～9.1％。
本课题针对用于全铝弧焊车身平台车型的真空压铸铝合金减震塔，对其工艺改善过程进行了分析，并对其性能进行了评价，从而保证减震塔满足要求。
１、减震塔设计
图１为真空压铸铝合金减震塔结构图，采用薄壁一体化设计，整个零件质量为 1.93ｋｇ，壁厚为 2.5～3.5ｍｍ。轮廓尺寸为242ｍｍ×249ｍｍ×328ｍｍ。设计要求减震塔本体Ｔ７ 态屈服强度＞120 ＭＰａ，抗 拉 强度＞180 ＭＰａ，伸长率 ＞10％，焊接接头效率 ＞70％。采用高真空压铸工艺，真空度＜500Ｐａ。
２、减震塔试制及改善措施
２．１ 减震塔试制
对减震塔进行试制（改进前），热处理（工艺 ：460℃×120ｍｉｎ固溶，180 ℃×120ｍｉｎ时效）后局部位置出现较为明显的气孔，见图2，气孔最大尺寸达到10ｍｍ。成分检测结果见表１，可见Ｍｇ含量稍超出要求，其他均满足标准要求。
在减震塔本体上取样，进行力学性能测试，结果见表２，结果为３个试样的均值。可以看出，发现屈服强度和抗拉强度均满足要求，但伸长率只有7.33％；另外，通过排水法测量减震塔本体试样的密度，为 2.6214ｇ／ｃｍ３，同 样方法测量宝马ＳＦ36减震塔密度为2.6847ｇ／ｃｍ３，可见相对于宝马对标件密度偏低，不满足要求。
２．２ 问题分析
减震塔的伸长率较低和热处理后局部表面产生较大气泡，导致使用要求不满足。对图２中的减震塔进行Ｘ 射线无损检测，发现对应的起泡位置内部有明显的气孔缺陷，见图３。对于气泡控制，可以通过二方面进行：①优化模具设计，减少充型过程中的卷气量；②降低浇注温度，提高铝液密度。提高伸长率可以通过二种方法：①优化热处理工艺参数；②适当降低铝液中的 Ｍｇ含量。
２．３ 改进措施
用模流分析软件对充型过程进行充型模拟，见图４。可以看出，整个过程铝液流动比较顺畅，无明显卷气。控制保温炉中铝液密度＞2.64ｇ／ｃｍ３，铝液含渣量Ｋ≤0.1。通过优化，得到较优的热处理工艺参数如下：460 ℃×150ｍｉｎ固溶，200 ℃×180ｍｉｎ时效。
Ｍｇ含量适当降低有助于提升真空铝合金压铸件的伸长率，但同时会降低其屈服强度，见图５，结合对强度性能的要求，将 Ｍｇ含量降至0.3％。
３、改进后减震塔性能
３．１ 减震塔本体力学性能检测
对改进后生产的减震塔本体取样进行密度和力学性能检测，见图６和表３。可见减震塔本体屈服强度为128.92ＭＰａ，抗拉强度为216.18 ＭＰａ，伸长率达到11.5％，满足设计要求。 减震塔本体平均密度达到2.6821ｇ／ｃｍ３，与宝马ＳＦ36减震塔的密度（2.6847ｇ／ｃｍ3）相近。
３．２ 焊接性能检测
对减震塔本体取样进行 ＭＩＧ 焊接，采用 ＥＲ4043和 ＥＲ5356两种焊丝，对焊接接头进行拉伸测试和宏观金相观察。焊缝接头的力学性能见表４。
可见，保留焊缝余高时，采用 ＥＲ4043焊丝的焊缝接头的平均抗拉强度为150.93 ＭＰａ，接头强度系数为母材的69.82％；采用 ＥＲ5356焊丝的焊缝接头的平均抗拉强度为 163.91ＭＰａ，接头强度系数达到母材的75.82％；打磨掉焊缝余高时，采用 ＥＲ4043焊丝的焊缝接头的平均抗拉强度为149.67 ＭＰａ，接 头 强 度 系 数 为 母 材 的69.23％，采 用ＥＲ5356焊丝 的 焊 缝 接 头 的 平 均 抗 拉 强 度 为 164.67ＭＰａ，接头强度系数达到母材的 76.17％。可见，采用ＥＲ5356焊丝焊接比 ＥＲ4043焊丝焊接接头静载工况下性能更优，采用 ＥＲ5356焊丝能满足焊接接头强度系数大于70％的要求。从焊缝接头拉断形式看，当保留余高时，两种焊丝焊接焊缝基本断裂在熔合区，这可能是由于在铸件熔合区 Ｆｅ元素偏聚，形成了 Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ等富Ｆｅ相，削弱接头处熔合区的性能所致；当打磨掉焊缝余高时，两种焊丝焊接焊缝基本断在焊缝区，这是由于焊缝中心位置为最后凝固冷却的位置，此处应力较大，偏析严重，没有余高增强后，此处为最弱的区域见图７和图８。对铸件焊接后的断面气孔进行了观 察 ，见图９，可见两种焊丝焊接后气孔数量及尺寸相差不大，最大气孔尺寸在0.5 ｍｍ 左右，基本满足使用要求，但也存在进一步优化的空间。
４、结论
（１）提高铝合金密度，适当降低 Ｍｇ含量，优化热处理工艺参数等措施能提升减震塔本体的力学性能。
（２）改 善 后 的 减 震 塔 Ｔ７ 态 屈 服 强 度 为 128.92ＭＰａ，抗拉强度为 216.18 ＭＰａ（提高了12.14％），伸长率达到11.5％ （提 高 了56.89％），密 度 为2.6821ｇ／ｃｍ３，满足要求。
（３）采 用 ＥＲ5356 焊 丝 焊 接 接 头 强 度 大 于 160ＭＰａ，接头效率达到76％，优于4043焊丝焊接接头性能，满足设计使用要求。
