[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】半固态成型：竞争来自汽车复杂零件的锻造机-中文翻译

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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