外文翻譯--半固態(tài)成型競(jìng)爭(zhēng)來(lái)自汽車復(fù)雜零件的鍛造機(jī) 中文版

外文翻譯 半固態(tài)成型 ： 競(jìng)爭(zhēng) 來(lái)自 汽車復(fù)雜零件的鍛造機(jī) Q. ZHU1, S. P. MIDSON2 1.英國(guó)康明斯渦輪增壓技術(shù)有限公司，圣安得烈路，哈德斯菲爾德， Hd1 6RA S； 2.美國(guó)鋁復(fù)雜組分公司，科羅拉多州丹佛賈森街道 2211 南， 80223， 2010 年 5 月 13日收到 ； 2010 年 6 月 25 日接受 摘 要 葉輪制造的最新技術(shù)被稱為半固態(tài)成型（ SSM） 。它是 康明斯渦輪增壓技術(shù)有限公司與鋁復(fù)合元件公司 一起 開(kāi)發(fā) ， SSM 壓縮機(jī)輪的一種方式 。它能使 鑄造和加工固體之間（ MFS）鋁合金車輪 ， 實(shí)現(xiàn)成本和耐久性的地 方 。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表明， SSM 材料具有優(yōu)良的顯微組織和力學(xué)性能 ，這些都 高于 MFS 材料。 測(cè)試包括耐久性的組分測(cè)試，使用加速的速度周期測(cè)試，證明 SSM 壓縮機(jī)輪子比 鑄造 的等值 更耐用和接近 MFS 葉輪 。為了使 半固態(tài)處理 進(jìn)一步挑戰(zhàn) ，對(duì) 汽車行業(yè)中 制造 成本和其他成分復(fù)雜等材料的耐 久性進(jìn)行了討論。 關(guān)鍵詞 ： 鋁合金 ； 半固體造型 ； 耐久性 ； 汽車復(fù)雜組分 ； 蒸氣增壓器壓縮機(jī)輪子 1 引言 柴油和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是造成的排放和全球變暖的 一個(gè) 重要來(lái)源。為了提高燃油效率和減少排放 ， 汽車輕量化是一種有效的方法 .。 半固態(tài)成型（ SSM）已成功幫助 ，減輕 汽車零部件 的 重量 ，明顯 改善的機(jī)械性能 。 所以，可以用小或更薄的壁 零件 。汽車零部件已成功 用 SSM。達(dá)斯古普塔 1 總結(jié)了最普遍的應(yīng)用如下： 1) A357-T5,2)自動(dòng)傳輸使換中檔杠桿 A357-T5， 3)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配 A357-T5， 4)引擎托架 1 800 g A357-T5， 5)上部控制臂 A356-T6， 6)懸浮 A357-T5， 7)引擎托架 720 g A357-T5， 8)引擎托架 2400 g A357-T5 和 9)柴油引擎 A356- T5 泵體加油路軌。 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的另一種有效的提高 燃油效率和減少 排放。 加 氣壓比率到 發(fā)動(dòng)機(jī)方式 能夠 進(jìn)一步提高燃油效率 和 減少 排放的目的。增加 氣壓 可以通過(guò)在一個(gè)渦輪增壓器壓縮機(jī)輪 來(lái) 實(shí)現(xiàn)。壓縮機(jī)輪需要非常復(fù)雜的葉片 ， 幾何實(shí)現(xiàn)高壓力比。 應(yīng)付 250 C 和重大溫度差時(shí)， 壓縮機(jī)輪承受的旋轉(zhuǎn)速度高達(dá) 200 000 轉(zhuǎn) /分鐘。 除 機(jī)械力量和溫度能力的要求之外 ， 由于在速度周期上的刀片的變化和振動(dòng)， 疲勞是一種典型的失效模式 。 這種組合 的復(fù)雜的幾何形狀和 堅(jiān)韌操作條件 ,意味著調(diào)制解調(diào)器壓縮機(jī)輪子要求最佳的物質(zhì)技術(shù)。 幾十年來(lái)，壓縮機(jī)的車輪含有鋁，硅和銅 的合金 。 要達(dá)到指定的耐久性目標(biāo)，然而，制約他們的發(fā)行速度，即是必要的。 由于鑄 造 缺陷 ， 在操作過(guò)程中減少 了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率 。 因此 ，固體 (MFS)或鍛件壓縮機(jī)輪子的 開(kāi)發(fā) ，克服鑄件瑕疵問(wèn)題。在耐久性的改善也意味 MFS 輪子可能可靠地跑以更高的速度，增長(zhǎng)的燃料效率和減少 排放 。缺點(diǎn)是 MFS 鑄造 比較 昂貴。 因此，半 固態(tài)成形加工（ SSM）應(yīng)用開(kāi)發(fā)的 制造過(guò)程中， 在鑄造和 MFS 鋁合金之間車輪 ， 去實(shí)現(xiàn)成本和耐久性能。由于壓縮機(jī)輪幾何形狀復(fù)雜，精度控制的要求和嚴(yán)格的操作條件，制造壓縮機(jī)輪可能是 SSM 最困難的過(guò)程。在這項(xiàng)工作 2 渦輪增壓 最近 渦輪增壓 技術(shù)廣泛用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī) ， 直接噴射技術(shù)也一起發(fā)展。對(duì)于新汽車渦輪增壓器的應(yīng)用量（合適的） 。如圖 1 所示，在過(guò)去 10 年 1999 年 -2004年 穩(wěn)定增長(zhǎng)約 10%和 2004 年 -2009 年約 5%， 平均年增長(zhǎng)率約 7%。在 2004 年 -2009 年 較低的增長(zhǎng)率 ， 主要是由經(jīng)濟(jì)衰退引起的 。 自 2008 年 以來(lái)，未來(lái) 10 年預(yù)計(jì)年增長(zhǎng)率將有約 8%。 2007 年蒸氣增壓器新車的世界總寬容量大約是 20 百萬(wàn)個(gè)單位，相當(dāng)于 6.8 十億USD。 圖 1 全球 渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī) 市場(chǎng)（首次適應(yīng)卷 ） 渦輪增壓器 可以通過(guò)壓縮機(jī)輪 子 有效地增加氣壓，這是由通過(guò)廢氣渦輪軸 排氣 。圖2 顯示了一個(gè)典型的廢氣旁通增壓器。 壓縮機(jī)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng) 速度可高達(dá) 200 000 r/min。進(jìn)一步增加的速度是提高效率和燃油經(jīng)濟(jì)性。 然而，轉(zhuǎn)動(dòng)速度由壓縮機(jī)和渦輪葉輪的材料 物產(chǎn)生限制。 渦輪增壓器故障主要是由壓縮機(jī)或渦輪機(jī)在 高溫條件下 引起疲勞 。 圖 2 典型的廢氣旁通增壓器概述 3 SMM 制造渦輪增壓器壓縮機(jī)輪的挑戰(zhàn) 渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪幾何的設(shè)計(jì)是非常復(fù) 雜，為了滿足特定的效率和耐久性的要求。圖 3 給出了一個(gè)典型的壓縮機(jī)葉輪的設(shè)計(jì)。葉片 長(zhǎng)度與葉片厚度比約為 25， 這使得它在 SSM 難填補(bǔ)的葉片和中央集線器刀片的質(zhì)量比可以達(dá)到 80 左右，同時(shí)這使得它很難獲得滿意的葉片和輪轂組織。此外 ， 葉 片的曲度在處理以后 SSM 模子難拆卸。 因此，模具設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)及模具溫度控制和流道系統(tǒng) 是達(dá)到一個(gè)成功的結(jié)果的關(guān)鍵參量2。另外 ，材料也必須 經(jīng)過(guò)仔細(xì)挑選，以滿足 在嚴(yán)格操作條件下符合壓縮機(jī)輪子的耐久性的嚴(yán)密要求。 圖 3 概述（ a）、剖面圖（ b）典型的壓縮機(jī) 砂輪 4 材料的選擇 材料的選擇 是決定開(kāi)始的物理性能如熱導(dǎo)率，熱系數(shù)和 合金密度保證當(dāng)前組分設(shè)計(jì)有效性 。認(rèn)為 3XX 鑄造鋁合金可用于目前壓縮機(jī)輪的設(shè)計(jì)。可用所有 3-33 數(shù)據(jù)的SSM 的力學(xué)性能 和 鑄鋁合金比較后， 319s 合金被選擇制造壓縮機(jī)輪子 。圖 4 顯示 319s合金具有合理最好的和一致的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。從純粹的拉伸性能 的觀點(diǎn)， SSM A201也顯示了可喜的成果 。 因此， SSM A201 試驗(yàn) ， 更好的實(shí)現(xiàn)了文學(xué)強(qiáng)度和延性比。然而，SSM A201 沒(méi)有 市售的 。 所以用于制造壓縮機(jī)輪仍然是 SSM 319s 合金 。 圖 4 SSM 鋁合金 的拉伸性能比較永久模鑄造的（ PM） 5 結(jié)果 在 表 1 中給出 了 SSM 壓縮機(jī)輪 選 擇 合金 319s 化學(xué)成分。圖 5 顯示 SSM 319s 壓縮機(jī)輪有 優(yōu)越 的 抗 拉伸強(qiáng)度和延 展 性 。在 2618鍛造熱處理 T61的條件下用于壓縮機(jī)輪 的 c355和目前 354 接近。單軸疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明，試樣從一個(gè)平行的方向鍛造 2618 合金的金屬流動(dòng)具有優(yōu)良的耐疲勞性 ， 而在垂直方向有類似的疲勞性能 抵抗熔鑄 355（ 6）。 金屬化流程樣品的取向之間這個(gè)區(qū)別主要出現(xiàn)從粗第二個(gè)階段微粒的對(duì)準(zhǔn)線。 改善疲勞在圖6 小應(yīng)變 中 可以看到 SSM 319s 在 鑄 造 355 的 屬性。 如圖 7 所示， 已被證明組件的磁盤疲勞試驗(yàn)， 是由單軸的壓縮應(yīng)力與 R O 在從壓縮機(jī)輪子的后面面孔用機(jī)器制造的盤樣品進(jìn)行 。在渦輪增壓器組件測(cè)試 中， 檢測(cè) 的 細(xì)胞 受 康明斯渦輪增壓技術(shù)的限制，結(jié)果列于圖 8。 圖 8 顯示了鑄造 c355， 2618 和 SSM 319s 相比的耐久性 。 SSM 319s 和偽造 2618壓縮機(jī)輪之間，雖然他們都 優(yōu)越 鑄造 c355 的耐久性。 SSM 319s 和偽造的 2618 的這重大改善主要 來(lái)自材料 的改善和鑄件瑕疵的排除，例如氧化物。 除對(duì)材料的完整性 ， 鍛造和SSM 的改進(jìn)清潔 。 鍛造 2618 和 SSM 319s 比鑄造的 C355 和 354.0 的 晶粒結(jié)構(gòu)細(xì)化 和 顯微組織 是對(duì)壓縮機(jī)輪子的耐久性改善的另一貢獻(xiàn) (圖 9)。 圖 5 顯示了 SSM 319s 鑄造 優(yōu)越的抗拉性能 c355， 354 和 319，與 鍛造 2618 圖 6 通過(guò)鑄造 SSM 319s 顯示出 c355 與 鍛造 2618 優(yōu)越的 耐疲勞性 圖 7 SSM 319s 顯示出在鑄造 c355 阻力優(yōu)越的單軸疲勞 圖 8 SSM 319s 壓縮機(jī)輪表現(xiàn)出在鑄造 c355 壓縮機(jī)輪與 鍛造 2618 優(yōu)越的耐久性 圖 9 晶粒 結(jié)構(gòu)的鑄造 c355（ a）， 2618（ b）和 鍛造 SSM 319s（ c） ，表明類似的 晶粒尺寸之間鍛造 和 SSM 合金，而顯著 小于 鑄造合金 。 5 執(zhí)行總結(jié) 1）渦輪增壓是實(shí)現(xiàn)大幅減排 和 燃油經(jīng)濟(jì)一個(gè)最成功的技術(shù)。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在過(guò)去 10 年 已經(jīng)取得 大 約 7%的體積增加 ，并且 未來(lái) 10 年預(yù)測(cè)增長(zhǎng) 8%。 2） SSM 已被成功地應(yīng)用于生產(chǎn)極其復(fù)雜的幾何渦輪增壓器的壓縮機(jī)車輪。 3） SSM 壓縮機(jī)輪取得了拉伸 ， 疲勞性能 和部件的耐久性 。 所以， 它 接近 2618 鍛造 ，優(yōu)于鑄造 c355。 6 未來(lái)的挑戰(zhàn) 雖然 制造業(yè)的 SSM汽車零部件已取得重大進(jìn)展 ， 研究人員努力開(kāi)發(fā)新的合金和工藝，仍有需要更多的努力來(lái)滿足工業(yè)要求。這些措施包括： 1） 更多選擇的 合金 有汽車的工業(yè)應(yīng)用不同要求，一些需要高 強(qiáng)度，而有些人可能需要高的熱性能，疲勞性，耐腐蝕性和耐磨性。這些都需要不同的合金系統(tǒng)滿足一個(gè)或多個(gè)工業(yè)應(yīng)用的要求。 2） 高熔點(diǎn)合金系統(tǒng) 發(fā)展 SSM 是 最大的努力過(guò)程歷史上以相對(duì)較低的熔化點(diǎn)、合金如鋁和鎂合金。一些努力和成功取得了高熔點(diǎn)點(diǎn)合金如鋼 34 ，但進(jìn)一步的研究需要發(fā)展的材料系統(tǒng)的鑄鐵，鋼鎳基合金。這些材料具有顯著的比鋁和鎂合金密度更高，所以有更大的潛在節(jié)省更多的重量汽車零部件，從而更多的燃油經(jīng)濟(jì)性，和提高質(zhì)量和性能，耐久性在 SSM 過(guò)程改進(jìn)的光比合金。 3） 復(fù)雜的幾何 部件 一些汽車零部件的復(fù)雜幾何， 例如一個(gè)渦輪增壓器壓氣機(jī)輪和發(fā)動(dòng)機(jī)缸頭，使得它很難實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的性能要求，在鑄造鍛坯加工效率 /成本。因此 ， SSM 幾何組成有制造復(fù)雜的巨大潛力。非常低的剪切強(qiáng)度在半固態(tài)狀態(tài)合金使它實(shí)現(xiàn)制造復(fù)雜的幾何部件時(shí)澆注系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)與模具結(jié)構(gòu)在低剪切強(qiáng)度達(dá)到可容納相對(duì)較高的抗壓強(qiáng)度。 4） 還原電流 SSM 元件成本 在使用 SSM 加工過(guò)程中減少零件的制造成本實(shí)現(xiàn)鍛坯。然而，由于成本高制造原料棒料，復(fù)雜性澆注系統(tǒng)和模具結(jié)構(gòu)以及相對(duì)高成本， SSM 組件的成本仍然顯著高于鑄造。因此，應(yīng)作出努力，進(jìn)一步達(dá)到降低成本棒料的原材料，設(shè)計(jì)和制造 澆注系統(tǒng)和模具結(jié)構(gòu)和工藝 。 致謝 作者想 表達(dá)他們的 感謝 ， 在康明斯渦輪增壓邁克爾鳳博士對(duì)批判性閱讀和科技有限公司本文的評(píng)論。多虧了安得烈 .杰克遜的鋁成分復(fù)雜，開(kāi)發(fā)工具和一般支持 成功地生產(chǎn)的 SSM 葉輪。 參考文獻(xiàn) 1 達(dá)斯古普塔 R. 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