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鋁鑄件的熱處理性能及高溫性能
鋁鑄件的熱處理性能及高溫性能
鋁合金具有一系列的優(yōu)異性能與的節(jié)能環(huán)保效果,，在汽車與摩托車中的應(yīng)用越來越多,，在用材結(jié)構(gòu)中占的比例也逐年有所上升。減輕車的自身質(zhì)量是擴(kuò)大其應(yīng)用的主要途徑之一,，為了大幅度減輕車重,，需要對占車重比例大的車身(約30%),、發(fā)動機(jī)(約18%),、傳動系統(tǒng)(約15%),、行走系(約16%)、車輪(約15%)等鋼鐵零件采用鋁合金材料替代,。
在汽車用的鋁合金中,，壓鑄鋁合金及其他鑄造鋁合金約占80%,，加工鋁材(板,、帶、箔,、管,、棒、型,、線,、鍛件、粉膏)僅占20%左右,，隨著車身鋁板帶用量的上升,，鋁材占的比例會逐年有所增加,，但上升幅度不會大。在鑄造產(chǎn)品用的鋁合金中,，壓鑄件的產(chǎn)量占鑄造產(chǎn)品產(chǎn)量的70%左右,，所以壓鑄鋁合金在汽車用鋁中占到55%，當(dāng)然在各國用的鋁中此比例也會不一樣,，但都在54%一70%范圍內(nèi),。
采用鋁合金代替鑄鐵生產(chǎn)汽車零件的歷史 早可追溯到20世紀(jì)40年代，當(dāng)時歐洲少數(shù)汽車廠,，如意大利的菲亞特公司研制出鋁合金進(jìn)氣管和氣缸蓋,，并開始少量生產(chǎn)。20世紀(jì)50年代,，澳大利亞引進(jìn)英國一公司的低壓鑄造技術(shù)生產(chǎn)汽車鋁鑄件,。與此同時，聯(lián)邦德國公司對低壓鑄造技術(shù)作了進(jìn)一步改進(jìn),，生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋁合金零件,。美國通用汽車公司也開始大量生產(chǎn)轎車鋁鑄件，如空冷缸蓋,、曲軸箱,、發(fā)動機(jī)后蓋等。20世紀(jì)60年代以后,，由于高壓壓鑄技術(shù)的發(fā)展,，以鋁合金為主的輕金屬在汽車中的應(yīng)用大大增加，奠定了現(xiàn)代汽車工業(yè)廣泛采用鋁鑄件減輕汽車自重的基礎(chǔ),。近20年來,，世界汽車工業(yè)鋁鑄件的應(yīng)用在不斷增加，據(jù)統(tǒng)計(jì),，全世界鋁鑄件的總產(chǎn)量每年大約按3%以上的速度增長,，而在鋁鑄件的總產(chǎn)量中，有60%一70%的鋁鑄件應(yīng)用于汽車制造,，使得世界鋁鑄件的生產(chǎn)和應(yīng)用與汽車制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了密切的聯(lián)系,。汽車工業(yè)中鋁鑄件應(yīng)用的發(fā)展又以日本的 為突出。在20世紀(jì)70年代初,，日本許多汽車公司就開展并擴(kuò)大鋁合金在汽車發(fā)動機(jī)上應(yīng)用的研究,，開始廣泛采用鋁鑄件代替鑄鐵來生產(chǎn)進(jìn)氣管、氣缸蓋,，并開始少量生產(chǎn)鋁制發(fā)動機(jī),。近年來，在發(fā)展鋁鑄件和塑料應(yīng)用方面,，日本一直都處于世界 水平,，日本轎車素以結(jié)構(gòu)緊湊,、舒適、重量輕,、經(jīng)濟(jì)性好以及 可靠而占據(jù)歐美市場一定份額,。
在當(dāng)代汽車制造中各種鋁材都得到了應(yīng)用，特別是壓鑄件及鑄件的應(yīng)用 為廣泛,，尤以再生鋁合金的用量較大,，全世界每年生產(chǎn)的鑄造鋁合金的80%左右都用于制造汽車壓鑄件與其他鑄件。2003一2008年日本汽車工業(yè)對鋁的需求及各品種鋁材占的比例,。在2003~2008年的6年內(nèi)壓鑄件及鑄件的平均比例為79.1%,，不過隨著時間的推移，壓鑄件及鑄件用量比例略有下降,，例如1983年此比例為88.4%,，1993年下降到81.9%，2003年減少到79.1%,，以后至2008年幾乎保持不變,，再后，下降幅度會稍微大一點(diǎn),。
在汽車用的鋁中,，鑄造產(chǎn)品(壓鑄件及鑄件)占74%~80%，其中日本的較高,，德國的較低,，我國及其他 與地區(qū)的居它們的之間，而在鑄造產(chǎn)品中壓鑄件占53%~70%,，其中日本的較高為70%弱,，美國的偏低占55%，我國及其他 與地區(qū)的居中,。
汽車輕量化是當(dāng)代汽車發(fā)展的一個重要課題,，對其基本要求是：在保證汽車質(zhì)量和功能不受影響的前提下，較大限度地減輕各零部件質(zhì)量,，降低燃料消耗,，減少排放污染；在使汽車減輕質(zhì)量,、降低油耗,、減少排放的同時,，努力謀求它的高輸出功率,、高響應(yīng)性、低噪聲,、低震動,、良好的操縱性,、高可靠性和高舒適性等；在汽車輕量化的同時,，價格較好有所下降或保持在合理水平,，具有商業(yè)竟?fàn)幜Γ雌嚨妮p量化技術(shù)必須兼顧質(zhì)量,、性能,、價格。
世界汽車制造業(yè)應(yīng)用鋁鑄造產(chǎn)品大體上可分為兩個階段,，20世紀(jì)70年代前主要從“新穎”角度考慮,，以此吸引消費(fèi)者；20世紀(jì)70年代中期后為節(jié)約能源,、減少排放,、減輕車輛自重而大量采用鋁鑄造品。鋁合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼鐵制造可以替代的汽車零部件可使整車質(zhì)量下降30%~40%,，制造發(fā)動機(jī)可減輕30%,，制造缸體和缸蓋可減輕30%~40%，6缸鋁發(fā)動機(jī)的質(zhì)量比鑄鐵的輕32%,。
鋁合金與鋼鐵相比雖有諸多優(yōu)點(diǎn),，但是也有一些不足之處，如它的比熱容幾乎是鑄鐵的2倍,，凝固潛熱是鑄鐵的1.4倍,，通常用的鋁月崖合金的耐磨性也比鑄鐵的低不少，線膨脹系數(shù)比鑄鐵的大得多,，等等,。因此，現(xiàn)代汽車制造在選擇鋁合金方面應(yīng)綜合考慮,。在全球鋁鑄件總產(chǎn)量中有62%一73%用于汽車產(chǎn)業(yè),。
要求鑄造發(fā)動機(jī)缸體的鋁合金有良好的高溫性能、強(qiáng)的耐磨性與低的熱膨脹系數(shù),、良好的流動性,。由于缸體、缸蓋的冷卻通道與水接觸,，缸蓋燃燒室表面受高溫燃?xì)馇治g,，故又要求具有相當(dāng)強(qiáng)的抗蝕性，還要有高的熱疲勞強(qiáng)度,，以承受熱沖擊產(chǎn)生的疲勞破壞,。
在發(fā)動機(jī)鑄造鋁合金中，當(dāng)前用得 多的是美國的390型合金,，它是一種A1Situ系合金,。硅和銅在發(fā)動機(jī)鋁合金中是 重要的元素,，硅提高鋁合金的耐磨性能，硅含量越高,，鋁合金耐磨性越好,，同時也能提高合金的流動性。但硅含量太高使鑄造和加工困難,。因此硅含量既要考慮使合金具有耐磨性,，又要考慮具有良好的鑄造性和加工性。390鋁合金的w(Si)控制在16%一18%,，獲得了使用性能和工藝性能兼優(yōu)的性能,。在鋁合金中，銅元素有助于提高合金的強(qiáng)度與硬度,，并能改善合金的熱處理性能,。
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