外文翻译--半固态成型竞争来自汽车复杂零件的锻造机 中文版

外文翻译 半固态成型 ： 竞争 来自 汽车复杂零件的锻造机 Q. ZHU1, S. P. MIDSON2 1.英国康明斯涡轮增压技术有限公司，圣安得烈路，哈德斯菲尔德， Hd1 6RA S； 2.美国铝复杂组分公司，科罗拉多州丹佛贾森街道 2211 南， 80223， 2010 年 5 月 13日收到 ； 2010 年 6 月 25 日接受 摘 要 叶轮制造的最新技术被称为半固态成型（ SSM） 。它是 康明斯涡轮增压技术有限公司与铝复合元件公司 一起 开发 ， SSM 压缩机轮的一种方式 。它能使 铸造和加工固体之间（ MFS）铝合金车轮 ， 实现成本和耐久性的地 方 。 实验结果 表明， SSM 材料具有优良的显微组织和力学性能 ，这些都 高于 MFS 材料。 测试包括耐久性的组分测试，使用加速的速度周期测试，证明 SSM 压缩机轮子比 铸造 的等值 更耐用和接近 MFS 叶轮 。为了使 半固态处理 进一步挑战 ，对 汽车行业中 制造 成本和其他成分复杂等材料的耐 久性进行了讨论。 关键词 ： 铝合金 ； 半固体造型 ； 耐久性 ； 汽车复杂组分 ； 蒸气增压器压缩机轮子 1 引言 柴油和汽油发动机是造成的排放和全球变暖的 一个 重要来源。为了提高燃油效率和减少排放 ， 汽车轻量化是一种有效的方法 .。 半固态成型（ SSM）已成功帮助 ，减轻 汽车零部件 的 重量 ，明显 改善的机械性能 。 所以，可以用小或更薄的壁 零件 。汽车零部件已成功 用 SSM。达斯古普塔 1 总结了最普遍的应用如下： 1) A357-T5,2)自动传输使换中档杠杆 A357-T5， 3)发动机装配 A357-T5， 4)引擎托架 1 800 g A357-T5， 5)上部控制臂 A356-T6， 6)悬浮 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 泵体加油路轨。 发动机技术发展的另一种有效的提高 燃油效率和减少 排放。 加 气压比率到 发动机方式 能够 进一步提高燃油效率 和 减少 排放的目的。增加 气压 可以通过在一个涡轮增压器压缩机轮 来 实现。压缩机轮需要非常复杂的叶片 ， 几何实现高压力比。 应付 250 C 和重大温度差时， 压缩机轮承受的旋转速度高达 200 000 转 /分钟。 除 机械力量和温度能力的要求之外 ， 由于在速度周期上的刀片的变化和振动， 疲劳是一种典型的失效模式 。 这种组合 的复杂的几何形状和 坚韧操作条件 ,意味着调制解调器压缩机轮子要求最佳的物质技术。 几十年来，压缩机的车轮含有铝，硅和铜 的合金 。 要达到指定的耐久性目标，然而，制约他们的发行速度，即是必要的。 由于铸 造 缺陷 ， 在操作过程中减少 了发动机的效率 。 因此 ，固体 (MFS)或锻件压缩机轮子的 开发 ，克服铸件瑕疵问题。在耐久性的改善也意味 MFS 轮子可能可靠地跑以更高的速度，增长的燃料效率和减少 排放 。缺点是 MFS 铸造 比较 昂贵。 因此，半 固态成形加工（ SSM）应用开发的 制造过程中， 在铸造和 MFS 铝合金之间车轮 ， 去实现成本和耐久性能。由于压缩机轮几何形状复杂，精度控制的要求和严格的操作条件，制造压缩机轮可能是 SSM 最困难的过程。在这项工作 2 涡轮增压 最近 涡轮增压 技术广泛用于柴油发动机和汽油发动机 ， 直接喷射技术也一起发展。对于新汽车涡轮增压器的应用量（合适的） 。如图 1 所示，在过去 10 年 1999 年 -2004年 稳定增长约 10%和 2004 年 -2009 年约 5%， 平均年增长率约 7%。在 2004 年 -2009 年 较低的增长率 ， 主要是由经济衰退引起的 。 自 2008 年 以来，未来 10 年预计年增长率将有约 8%。 2007 年蒸气增压器新车的世界总宽容量大约是 20 百万个单位，相当于 6.8 十亿USD。 图 1 全球 涡轮增压发动机 市场（首次适应卷 ） 涡轮增压器 可以通过压缩机轮 子 有效地增加气压，这是由通过废气涡轮轴 排气 。图2 显示了一个典型的废气旁通增压器。 压缩机轮子的转动 速度可高达 200 000 r/min。进一步增加的速度是提高效率和燃油经济性。 然而，转动速度由压缩机和涡轮叶轮的材料 物产生限制。 涡轮增压器故障主要是由压缩机或涡轮机在 高温条件下 引起疲劳 。 图 2 典型的废气旁通增压器概述 3 SMM 制造涡轮增压器压缩机轮的挑战 涡轮增压器压气机叶轮几何的设计是非常复 杂，为了满足特定的效率和耐久性的要求。图 3 给出了一个典型的压缩机叶轮的设计。叶片 长度与叶片厚度比约为 25， 这使得它在 SSM 难填补的叶片和中央集线器刀片的质量比可以达到 80 左右，同时这使得它很难获得满意的叶片和轮毂组织。此外 ， 叶 片的曲度在处理以后 SSM 模子难拆卸。 因此，模具设计，浇注系统设计及模具温度控制和流道系统 是达到一个成功的结果的关键参量2。另外 ，材料也必须 经过仔细挑选，以满足 在严格操作条件下符合压缩机轮子的耐久性的严密要求。 图 3 概述（ a）、剖面图（ b）典型的压缩机 砂轮 4 材料的选择 材料的选择 是决定开始的物理性能如热导率，热系数和 合金密度保证当前组分设计有效性 。认为 3XX 铸造铝合金可用于目前压缩机轮的设计。可用所有 3-33 数据的SSM 的力学性能 和 铸铝合金比较后， 319s 合金被选择制造压缩机轮子 。图 4 显示 319s合金具有合理最好的和一致的拉伸强度和伸长率。从纯粹的拉伸性能 的观点， SSM A201也显示了可喜的成果 。 因此， SSM A201 试验 ， 更好的实现了文学强度和延性比。然而，SSM A201 没有 市售的 。 所以用于制造压缩机轮仍然是 SSM 319s 合金 。 图 4 SSM 铝合金 的拉伸性能比较永久模铸造的（ PM） 5 结果 在 表 1 中给出 了 SSM 压缩机轮 选 择 合金 319s 化学成分。图 5 显示 SSM 319s 压缩机轮有 优越 的 抗 拉伸强度和延 展 性 。在 2618锻造热处理 T61的条件下用于压缩机轮 的 c355和目前 354 接近。单轴疲劳试验结果表明，试样从一个平行的方向锻造 2618 合金的金属流动具有优良的耐疲劳性 ， 而在垂直方向有类似的疲劳性能 抵抗熔铸 355（ 6）。 金属化流程样品的取向之间这个区别主要出现从粗第二个阶段微粒的对准线。 改善疲劳在图6 小应变 中 可以看到 SSM 319s 在 铸 造 355 的 属性。 如图 7 所示， 已被证明组件的磁盘疲劳试验， 是由单轴的压缩应力与 R O 在从压缩机轮子的后面面孔用机器制造的盘样品进行 。在涡轮增压器组件测试 中， 检测 的 细胞 受 康明斯涡轮增压技术的限制，结果列于图 8。 图 8 显示了铸造 c355， 2618 和 SSM 319s 相比的耐久性 。 SSM 319s 和伪造 2618压缩机轮之间，虽然他们都 优越 铸造 c355 的耐久性。 SSM 319s 和伪造的 2618 的这重大改善主要 来自材料 的改善和铸件瑕疵的排除，例如氧化物。 除对材料的完整性 ， 锻造和SSM 的改进清洁 。 锻造 2618 和 SSM 319s 比铸造的 C355 和 354.0 的 晶粒结构细化 和 显微组织 是对压缩机轮子的耐久性改善的另一贡献 (图 9)。 图 5 显示了 SSM 319s 铸造 优越的抗拉性能 c355， 354 和 319，与 锻造 2618 图 6 通过铸造 SSM 319s 显示出 c355 与 锻造 2618 优越的 耐疲劳性 图 7 SSM 319s 显示出在铸造 c355 阻力优越的单轴疲劳 图 8 SSM 319s 压缩机轮表现出在铸造 c355 压缩机轮与 锻造 2618 优越的耐久性 图 9 晶粒 结构的铸造 c355（ a）， 2618（ b）和 锻造 SSM 319s（ c） ，表明类似的 晶粒尺寸之间锻造 和 SSM 合金，而显著 小于 铸造合金 。 5 执行总结 1）涡轮增压是实现大幅减排 和 燃油经济一个最成功的技术。涡轮增压发动机在过去 10 年 已经取得 大 约 7%的体积增加 ，并且 未来 10 年预测增长 8%。 2） SSM 已被成功地应用于生产极其复杂的几何涡轮增压器的压缩机车轮。 3） SSM 压缩机轮取得了拉伸 ， 疲劳性能 和部件的耐久性 。 所以， 它 接近 2618 锻造 ，优于铸造 c355。 6 未来的挑战 虽然 制造业的 SSM汽车零部件已取得重大进展 ， 研究人员努力开发新的合金和工艺，仍有需要更多的努力来满足工业要求。这些措施包括： 1） 更多选择的 合金 有汽车的工业应用不同要求，一些需要高 强度，而有些人可能需要高的热性能，疲劳性，耐腐蚀性和耐磨性。这些都需要不同的合金系统满足一个或多个工业应用的要求。 2） 高熔点合金系统 发展 SSM 是 最大的努力过程历史上以相对较低的熔化点、合金如铝和镁合金。一些努力和成功取得了高熔点点合金如钢 34 ，但进一步的研究需要发展的材料系统的铸铁，钢镍基合金。这些材料具有显着的比铝和镁合金密度更高，所以有更大的潜在节省更多的重量汽车零部件，从而更多的燃油经济性，和提高质量和性能，耐久性在 SSM 过程改进的光比合金。 3） 复杂的几何 部件 一些汽车零部件的复杂几何， 例如一个涡轮增压器压气机轮和发动机缸头，使得它很难实现严格的性能要求，在铸造锻坯加工效率 /成本。因此 ， SSM 几何组成有制造复杂的巨大潜力。非常低的剪切强度在半固态状态合金使它实现制造复杂的几何部件时浇注系统的合理设计与模具结构在低剪切强度达到可容纳相对较高的抗压强度。 4） 还原电流 SSM 元件成本 在使用 SSM 加工过程中减少零件的制造成本实现锻坯。然而，由于成本高制造原料棒料，复杂性浇注系统和模具结构以及相对高成本， SSM 组件的成本仍然显著高于铸造。因此，应作出努力，进一步达到降低成本棒料的原材料，设计和制造 浇注系统和模具结构和工艺 。 致谢 作者想 表达他们的 感谢 ， 在康明斯涡轮增压迈克尔凤博士对批判性阅读和科技有限公司本文的评论。多亏了安得烈 .杰克逊的铝成分复杂，开发工具和一般支持 成功地生产的 SSM 叶轮。 参考文献 1 达斯古普塔 R. 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