[00963897]汽车铝合金零部件材料的疲劳特性研究

上海的汽车工业通过合资与技术引进，已成为国内最大的轿车生产基地，成为上海的重要支柱产业，在上海国民经济中占据举足轻重的地位。上海汇众汽车制造有限公司把握住当今国际高科技发展的有利时机，紧跟汽车新技术的发展趋势，开展汽车铝合金材料零部件的出口研究，形成上海汽车工业新的经济增长点，促进上海汽车工业的可持续发展。已承接了北美通用汽车公司GMX020新车4种控制臂的生产配套。北美通用汽车公司GMX020新车的控制臂可以由多种铝合金的材料和多种热加工工艺来制造，上海大学和上海汇众汽车制造有限公司正在密切合作开展铝合金材料和加工工艺的研究。北美通用汽车公司对于汽车铝合金零件有一些专门的疲劳性能的要求。由于疲劳试验具有周期长、费用昂贵等特点，因此，该试验势必会影响项目的开发周期，同时也使零件的成本上升，降低了在市场的竞争力。该项目正是基于这种市场背景下与汽车公司联手，对铝合金原材料、成形和处理工艺以及相关性能之间的关系进行了开发和研究。有关铝合金静态性能的研究已经较为成熟，但有关汽车用零部件疲劳性能的资料并不是很多，尤其铝合金材料、加工工艺、材料微观组织、常规力学性能与疲劳性能之间的关系尚未见到相关的研究报道，如果不能掌握这些关键性的理论和实践问题，将无法有效地设计材料和制定加工工艺，会严重地影响到铝合金零部件的出口进程。该项目围绕汽车铝合金零部件材料的疲劳特性开展了系统的研究工作，项目的完成为上海汇众汽车制造有限公司承接北美GM公司的铝合金底盘件生产任务提供了有力的技术支撑。通过研究，主要得到了以下结论：1、Al-Mg-Si系铝合金的强度随着Mg、Si元素质量分数的增加而增加，当到添加的Mg2Si为大于1.4%左右时基本保持不变。疲劳强度也随着Mg、Si元素质量分数的增加而增加，当到添加的Mg2Si为大于1.2%左右时开始下降。2、添加Cu元素后，合金的耐热性能有所提高；当Cu含量一定时，随着含Mg2Si量的提高，强度不断得到提高，但当含Mg2Si量达到1.2%后，便开始下降；疲劳强度随着Mg2Si元素质量分数的增加而增加，当其含量大于1.0%左右时开始下降。Cu和Mg2Si的综合作用使Al-Mg-Si系合金的时效峰值硬度提高，硬度峰出现的时间提前；对疲劳强度的影响，表现为更大的增幅和更大的降幅。3、在时效过程中，合金的电阻率先升高，达到峰值后降低，最后下降缓慢。合金元素含量越多，合金电阻率越高。4、通过热处理工艺的优化，得出6082合金最佳的热处理工艺为：540℃×1h+170℃×8h，在保证不过烧的前提下，合金的强度和疲劳强度都会随着固溶温度的提高而升高。5、通过6082合金的形变热处理研究发现：固溶后的冷变形使时效峰值提前出现，并随着变形量的增加，时效峰进一步提前，同时出现过时效的时间也提前；固溶中的形变处理使合金的强度和延伸率随着压下量的增加而上升，当压下量大于20%以后，材料的强度变化不大，但是延伸率进一步提高。6、通过对铝合金疲劳裂纹萌生、扩展的机制的初步研究，发现：无论是通过调整合金元素的比例还是通过后续的处理工艺，铝合金材料疲劳寿命的长短主要取决于裂纹源的萌生，裂纹源扩展是非常快速的，虽然不同状态的合金都有不同的裂纹扩展速度，但这种扩展速度的差异并不大，且对整个疲劳寿命而言可以忽略不计。7、疲劳试样表面局部塑性变形产生的凹凸棱是疲劳裂纹表面萌生的主要原因，通过提高材料的整体抗塑性变形的能力或者通过试样表面强化，从而提高材料表面的光洁度和致密度，降低疲劳裂纹源萌生的几率，这样才可以大大地提高合金的疲劳寿命。