伴随着近几年汽车产业的迅猛发展,轻量化已成为汽车行业未来的重要技术趋势,同时更是汽车生产厂家以及国家汽车制造技术是否足够先进的关键标志。轻量化,主要指的是在乘用车安全性以及强度和行驶性能得到保证的基础上,使乘用车整车质量不断下降,动力性能获得提升,在降低汽车燃油耗能的同时,降低对空气和环境带来的污染。随着目前世界各国对节能减排需求和环境保护需求的不断加大,轻量化已经成为全球汽车发展的重要趋势。本文正是立足于轻量化轿车转向节,提高产品合格率、降低研发成本开展的。铝合金铸造转向节既要满足现代汽车轻量化要求,也要满足复杂工况下的强度要求特性现已经成为研究热门。本文的工作将铸造数值模拟、优化技术等引入铸造铝合金转向节的工艺开发过程,摆脱了对工程经验的依赖,减少了研发成本。同时深入研究了铝合金转向节原材料熔炼工艺、铸造成型及试验检测方法,并通过试验的方法进行了验证分析,取得了如下成果。将铸造过程归纳为熔液的充型.凝固物理现实。采用三个物理过程来描述铝合金铸件的铸造,即流动、传热与凝固。针对流体,通过将充入型腔的铝合金熔液简化为不可压缩流体,研究了液体流动过程的数学模型,特别针对型腔复杂性引入了湍流模型。针对传热及熔液凝固,以传热理论为基础,将凝固相变产生的热量作为附加源项嵌入一般热传导方程,并深入探讨了处理结晶析出的几种方法。通过仿真实验及分析,确定了数值模拟研究对熔液的流动充型、温度场变化及结晶情况的指导思想。深入分析了缺陷产生机理。依据转向节铸件的结构特点和质量要求,从原材料缺陷遗传、熔液充型速度与前端液面表面张力关系、型腔温度场条件三个主要方面进行了讨论,揭示了缺陷产生机理。再针对本研究的目标问题,统计现有工艺生产转向节的质量现状,通过对中心孔附近的缩孔、减震器孔附近的缩松及浇口附近的气孔及缩松等三处缺陷的仿真分析,结合前述三个主要缺陷成因进行了讨论,明晰了缺陷产生的根源,并针对这些原因应用工艺优化手段对原有生产工艺进行了有效改进。详细阐述了转向节制备所需的材料、设备及试验方案。试验材料包括原材料A356铝锭、纯Mg、熔炼辅助材料和脱模与模具润滑材料。列举了试验所需要的生产设备、金属拉伸试样制备以及检验检测设备。探讨了在铝合金铸造熔炼生产过程中,有关去渣、变质、除气等常见的处理措施。同时提出了有效检测铝液氢含量的手段,并提出对化学成分进行严格控制以及防止杂质元素融入的具体措施。针对Al.Si.Mg合金,利用三元相图进行了凝固顺序和生成相的理论分析。在理论分析的基础上,利用金相显微镜、扫描电子显微镜,针对A356铸造铝合金进行了微观组织分析,利用SEM.EDS确定Mg₂Si和Si晶体以及组织特点。在基本微观组织分析的基础上,对A356铝合金进行了不同温度的固溶处理,以找出固溶处理温度对硬度的影响规律。最后,对A356进行了不同温度的时效处理,目的是通过高分辨透射电子显微镜分析其原子尺度下的组织随时效温度的变化规律,以找出最佳的时效处理温度,为实际生产提供技术支撑。对工艺优化前后转向节进行了不同位置的抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度和孔隙率测试。通过力学性能测试后的断口分析可知,其强度和延伸率提高的根本原因是工艺优化后,不但宏微观缺陷得到了消除,而且组织得到了细化,即工艺优化后的断口形貌基本上是微小、均匀分布的韧窝形态。基于上述的模拟与工艺优化,在生产现场对转向节进行了试制,在控制好关键节点条件下,获得了高质量的转向节铸件,组织良好、性能合格,成品率得到提高,满足了客户要求,并实现了良好的经济效益。