B390—5FD替代20CrMo在转体上的应用

冉华田

摘 要：采用二次热挤压成型技术，提高B390-5FD（高硅铝合金）机械性能，替代20CrMo材料在旋叶式汽车空调压缩机转体上应用，减少转体重量0.32kg，经长安铃木汽车YC5测试比较100公里综合油耗（L/100km）降低5%左右。

关键词：高硅铝合金；国产化；轻量化

前言

近十几年来，我国汽车呈几何数量级增长，市场上的汽油、柴油售价均随着国际油价逐步走高。在这油价节节攀升的时代，节油技术显得越来越重要。目前，提高汽车燃油经济性的两个主要方面应是如何研究汽车结构及汽车使用。车主在节约用油减少油费支出的同时，也实实在在地减少了废气排放，改善了我们的环境；向长安铃木这样的汽车整体尺寸小，结构紧凑，有一定数量的塑料零件，自重轻，耗油省等优点越来越深受广大客户的青睐。尤其在当今以绿色低碳环保为主题的今天，如何节油一时间成了大家最为关心的话题。

1 转体应具备的性能要求

在转体中压入转轴组成转子，转子是旋叶式汽车空调压缩机关健部件， 如图1转子带动叶片沿缸体椭圆形内壁运动使室内容积发生变化，从而实现制冷剂的吸入和压缩。因此，在压缩机高速运转时，转体的质量大小，直接影响汽车的能耗高低，同时转体应具备足够的强度，一定的耐烧蚀和耐磨性，以满足其和叶片的摩擦工况需要。

2 转体毛胚生产工艺

毛胚生产工艺流程：备料→熔炼→调整成分→导炉→精炼→变质处理→精炼→静置→过滤→铸造→均匀化→铸锭加工→铸块加热→棒料挤压→初胚下料→热挤压成型→毛胚热处理→显微组织、低倍组织、性能检测→机械加工。

2.1 转体毛胚材料化学成分控制

B390-5FD，除了14～16%Si元素，其余成分见表1

2.2 转体毛胚挤压工艺

2.2.1 棒料挤压（一次挤压）

A390-5FD铝合金变形抗力大、塑性较差， 为保证制品的最佳力学性能和表面质量， 适当提高挤压温度、降低挤压速度， 减少挤压时金属的不均匀变形， 为此选择表2所示的工艺参数。在20MN挤压机Φ210mm挤压筒进行挤压。

2.2.2 热挤压成型（二次挤压）

热挤压成型如图2，初胚加热温度为490℃，保温时间为1h。在500t四柱万能液压机上进行热挤压成型（毛胚），模具加热温度为250℃。

2.3 转体毛胚热处理工艺

转体毛胚热处理工参数：

固溶处理温度：495±10℃；升温速度：150℃/h；保温固溶处理时间：2.5h；水温：60℃；冷却速度：≥200℃/min；人工时效温度：190±10℃；保温时效时间：6h。

3 转体生产结果分析

3.1 成分分析報告

如图3 A390-5FD铝合金为高硅过共晶铝合金，其Si含量较高，其密度小于共晶和亚共晶铝合金。由于该合金会产生坚硬的初晶硅相，对转体机械性能影响较大，Si、Cu、Mg等化学成分的合理配比对保证最终机械性能意义重大，因此须严格控制添加量，精确操作。

3.2 金相分析报告

B390-5FD （高硅铝合金）属过共晶铝硅合金，组织结构复杂， 除了共晶Si外，还含有初晶Si相、a固溶体、Cu Mg～Si6A15、AISiCu、

A12Cu相。过共晶铝硅合金中，含硅量愈高，初晶硅愈难细化，随着硅含量增加，初晶硅晶粒数增加，这就使冲击值、抗拉强度、屈服强度和塑性都降低，同时抗拉强度和冲击值又随晶粒直径的增大而降低。

根据金相组织图4、5，金相组织为α+共晶Si+初晶Si。金相评级：鱼骨状铁相夹杂物1级，微观组织照片无偏析均达到转体金相组织要求。

3.3 力学性能测试结果

试验证明：B390-5FD铝合金经过严格控制化学成分、合适的变质处理和二次热挤压工艺，可以获得满意的力学性能。抗拉强度σb≥320MPa（室温）；延伸率δ≥0.3%（室温）；HRB≥76抗拉强度σb≥320MPa（室温）； 延伸率δ≥0.3%（室温）；HRB≥76均达到长安铃木YC5汽车要求。

4 A390-5FD铝合在转体上应用的结论

（1）A390-5FD铝合金在旋叶式压缩机转体中的应用，各种性能达到长安铃木YC5汽车要求。

（2）转体棒料毛胚最佳挤压工艺参数：铸锭温度420～460℃，挤压筒温度400～450℃，残料110mm，挤压系数25。转体毛胚最佳成型加热温度为490℃，保温时间为1h，模具加热温度为250℃。

（3）转体毛胚最佳热处理工艺参数：升温速度：150℃/h，固溶处理温度：495±10℃，保温固溶处理时间：2.5h；水温：60℃，冷却速度：≥200℃/min，人工时效温度：190±10℃，保温时效时间：6h。

（4）转体材料使用高硅铝合金替代20CrMo，使转体重量减少0.32Kg，经长安铃木YC5汽车测试比较100公里综合油耗（L/100km）降低5%左右。

参考文献

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