【摘 要】
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铝硅铜系铸造铝合金以其良好的浇注性能、密度低以及价格低廉,在航天航空以及汽车领域得到广泛应用。然而,传统的铝硅铜合金在强度与塑性上很难达到关键零件的性能要求。因此,本文自主研发的一种高强韧Al-Si-Cu系铸造铝合金,并通过铸锻复合成型工艺制备出新能源高强韧汽车控制臂。所开展的研究以及研究结果发现如下:（1）研究了多元微合金化对Al-9Si-3.5Cu铸造铝合金组织与性能的影响。结果表明:Zr-S
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铝硅铜系铸造铝合金以其良好的浇注性能、密度低以及价格低廉,在航天航空以及汽车领域得到广泛应用。然而,传统的铝硅铜合金在强度与塑性上很难达到关键零件的性能要求。因此,本文自主研发的一种高强韧Al-Si-Cu系铸造铝合金,并通过铸锻复合成型工艺制备出新能源高强韧汽车控制臂。所开展的研究以及研究结果发现如下:（1）研究了多元微合金化对Al-9Si-3.5Cu铸造铝合金组织与性能的影响。结果表明:Zr-Sr-Ti三元复合微合金化很好地改性了Al-9Si-3.5Cu合金,合金共晶硅粒化良好,呈现蠕虫状与球粒状,α（Al）呈现等轴枝晶状;Zr-Sr-Ti三元微合金化更好的发挥了Sr元素的变质效果,Sr元素吸附在共晶硅生长表面抑制其生长,形核过程中反应生成的Ti Al3作为外来晶核,以阻碍晶粒位错运动的方式达到细晶强化的作用。三元微合金化的合金抗拉强度能达到400.07 MPa,硬度为139.84 HV,断后伸长率为9.5%。Zr-Sr-Ti-Ce四元微合金化对Al-9Si-3.5Cu合金α（Al）的尺寸影响不大,但是会进一步影响共晶硅尺寸以及富集强化相的形貌,合金硬度提高到150.96 HV,抗拉强度与断后伸长率也能达到391.58 MPa与6.99%。（2）研究了三种多级固溶工艺对Al-9Si-3.5Cu-0.2Zr-0.1Sr-0.16Ti合金组织性能的影响。研究结果发现:固溶处理对Al-9Si-3.5Cu-0.2Zr-0.1Sr-0.16Ti合金的影响主要分为共晶硅的形貌改善以及固溶强化;在G1（480℃×2h+490℃×2h）固溶处理后,共晶硅从珊瑚状逐渐分解,粒化为蠕虫状和球状,这些颗粒均匀的分布在晶界处,硅相形貌得到很好改善;通过XRD物相分析发现:Al2Cu是合金的固溶强化相,在480℃×2 h+490℃×2 h固溶处理后,很好溶于基体起到固溶强化作用。经过低温时效,Al2Cu再次析出,通过弥散强化增强合金性能。继续提高固溶温度至510℃,合金内弥散的金属化合物会发生聚集,晶粒逐渐粗化,甚至发生轻微过烧现象。（3）依据控制臂产品尺寸设计出控制臂铸坯铸造系统模具,再以Anycasting有限元软件数值模拟分析为指导,模拟出铸锻复合成型中铸坯生产过程,通过铸件充型、凝固顺序和卷气顺序分析出浇注系统的合理性以及产品成型过程中是否出现气孔夹渣现象;通过分析铸件的残余熔体模数,确定缩松缩孔发生的概率与区域。以同样的方法确定不同工艺参数对铸件成型质量的影响。结果发现:浇注速度为0.5m/s,浇注温度为740℃,模具预热温度为400℃为铸件最佳铸造工艺。（4）设计铸坯热模锻模具,以Deform-3D有限元软件数值模拟分析为指导,研究分析控制臂在模锻过程中的成型规律。结果发现:通过分析上模Z向载荷,可将控制臂模锻成型过程分为;镦粗阶段、充型阶段与打靠阶段。通过等效应变分析发现:工件在模锻过程中存在一般变形区、难变形区以及大变形区。模锻工艺参数为锻压温度450℃,模具温度200℃,上模锻压速度为2mm/s时,控制臂成形应力应变分布合理,成形过程中金属流动合理,速度矢量分布均匀。产品成形完好,表面质量良好,可为实际生产提供参数与理论依据。
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