轴承是汽车零件的重要组成部分 ， 起着支撑零 件和减少机械摩擦的重要作用 ， 轴承的性能将直接 影响到汽车的运行和使用寿命 。 而汽车轴承架对 于支撑轴承 、 减少滚动体间的摩擦和碰撞 ， 对于汽车 的安全运行至关重要 。 由于轴承架工作的环境较为恶 劣 ， 受高温 、 摩擦等影响易出现磨损 、 断裂 ， 因此对于 轴承架用材料具有较高的要求。 汽车轴承架传统的 模锻已经不能够满足现代汽车的需求 ， 新型的液态 模锻工艺逐渐受到汽车行业的亲睐 。 液态模锻工艺 是将一定的被铸金属液注入型腔 ， 连续施予压力 ， 使 金属液流动 、 凝固成形 ， 获得没有缩孔缩松等铸造缺 陷的液态模锻件。 这种工艺适合加工复杂薄壁件 ， 生产工艺简单 、 生产成本低廉 ， 能够生产出晶粒细 小 、 组织致密均匀 、 力学性能较佳的产品 。 本文对汽 车轴承架用 Zn-Al 合金的液态模锻工艺进行了研究 ， 以期优化汽车轴承架用 Zn-Al 合金的液态模锻工艺。

1 试 验条件与方法

1.1 试 样材料

试验材料为汽车轴承架用 Zn-25Al-0.8Cu-0.5Cr 合金 。 试样采用液态模锻工艺进行制备 。 本试验采 用 Zn-25Al-0.8Cu-0.5Cr 合金为坯料 ， 放入熔炼炉中 进行金属熔炼 ， 模具为自制的帽形件 ， 熔炼后进行浇 注 ， 再合模并施加压力 ， 最后顶出制件 。 液态模锻件 为矩形状 ， 尺寸为 400mm×30mm×8mm。 试样未进 行热处理 。 试验时 ， 仅改变比压和浇注温度 ， 保持上 模冲头加压速度 30 mm/s、 保压时间 25s、 模具预热温度 230℃ 下进行液态模锻 。 具体的液态模锻工艺 参数如表 1 所示 。


表1
1.2 试 验方法

磨损试样为 准5mm×5mm 的圆棒状 。 磨损试验 于室温环境下通过 MM-200 型磨损试验机来做 ， 对 磨材料是磨损试块本身 ， 磨损时间为 15min， 工作载 荷为 100 N， 转速 320 r/min， 记录试样的磨损体积 ， 以此表示试样的耐磨损性能 。 试样磨损后的形貌用 JSM-35CF 扫描电镜进 行观 察 。 在 汽 车 轴 承 架 用 Zn-25Al-0.8Cu-0.5Cr 合 金 试 样 上 切 取 大 小 为 准5 mm×5 mm 的圆棒状的试样 ， 经过一系列对磨 、 腐蚀 处理之后作为显微组织测试 ， 显微组织通过 4XA 金 相显微镜来观察 ， 并采用 Image Pro Plus 软件来统计 试样的平均晶粒尺寸 。

2 试 验结果及讨论

2.1 耐 磨损性能

比压对试样的耐磨损性能的影响如图 1 所示 。 从图 1 可以知 ， 液态模锻工艺参数比压对试样的磨 损体积产生了重大影响 。 随比压从 25MPa 增大至65 MPa， 试样的磨损体积先减小后增大 。 当比压为 25 MPa 时 ， 试样的磨损体积为 41×10 -3 mm 3 ， 当比压 为 45 MPa 时 ， 试样的磨损体积减小到最小值 24× 10 -3 mm 3 ， 相比比压 25MPa 时减小了 17×10 -3 mm 3 ， 即 减小了 41%； 试样在比压为 65MPa 时的磨损体积为 48 ×10 -3 mm 3 ， 相 比 比 压 25 MPa 时 增 大 了 7 ×10 -3 mm 3 ， 即增大了 17 %。 由此可见 ， 比压并不是越大越 好 ， 适量的比压可以减小磨损体积 ， 增大轴承架试样 的耐磨损性能 。


图1
浇注温度对试样的耐磨损性能的影响如图 2 所 示 。 从图 2 可以知 ， 液态模锻工艺参数浇注温度对试 样的磨损体积产生了重大影响 。 随浇注温度从 550℃ 增大至 630℃， 试样的磨损体积同样呈现出先减小 后增大的趋势 。 当浇注温度为 550℃ 时 ， 试样的磨损 体积为 47×10 -3 mm 3 ； 当浇注温度为 610 ℃ 时 ， 试样的 磨损体积减小到最小值 24×10 -3 mm 3 ， 相比浇注温度 550 ℃ 减小 23×10 -3 mm 3 ， 减小了 49 %； 试样在浇注温 度为 630℃ 时的磨损体积为 28×10 -3 mm 3 ， 相比浇注温 度 610℃ 时增大 4×10 -3 mm 3 ， 增大了 17%。 由此可见 ， 浇注温度并不是越高越好 ， 适量地升高浇注温度可 减小磨损体积 ， 增大轴承架试样的耐磨损性能 ； 但是 浇注温度过高 ， 耐磨损性能反而有降无升 。 为了提 高汽车轴承架的耐磨损性能 ， 液态模锻工艺参数比 压和浇注温度分别优选 45MPa 和 610 ℃。


图2
图 3 是试样 1（25MPa 比压 、610℃ 浇注 ）、 试样 3 （45 MPa 比压 、610 ℃ 浇注 ） 和试样 6 （45 MPa 比压 、 550℃ 浇注 ） 在磨损试验后的表面磨损形貌图 。 从图 3 （a） 可以看出 ， 经 25 MPa 比压 、610 ℃ 浇注获得的试 样的表面磨损现象较严重 ， 表面的磨痕较粗大 ， 数 量比较多 ， 且 有大范围的 起皮 ； 从 图 3（b） 可 以 看 出 ， 经 45 MPa 比压 、610 ℃ 浇注获得的试样表面未 出现明显的磨痕 ， 只有少量起皮 ， 磨损现象较为轻微 ； 从图 3（c） 可以看出 ， 经 45MPa 比压 、550℃ 浇注 获得的试样表面磨损情况最为糟糕 ， 表面起皮现象 严重 ， 磨痕深 、 粗大 、 密集 。 结合以上磨损体积测试 结果可知 ， 汽车轴承架用 Zn-Al 合金的液态模锻工 艺参数比压和浇注温度分别优选 45MPa 和 610℃。


图3
2.2 显 微组织

图 4 是采用不同比压液态模锻获得的汽车轴承 架用 Zn-25Al-0.8Cu-0.5Cr 合金试样的显微组织的 测试结果 。 从图 4 能够看出 ， 试样的平均晶粒尺寸随 比压的增大而呈先减小后增大的变化 。 当比压为 25 MPa 时 ， 此时试样的平均晶粒尺寸较大 ， 为 16.2 μm； 当比压继续增大至 45 MPa 时 ， 此时试样的平均 晶粒尺寸最小 ， 为 10.9 μm， 较 25 MPa 比压时减小 了 33%； 当比压进一步增大 ， 试样的平均晶粒尺寸 又开始变大 ， 晶粒粗化。


图4
图 5 是采用不同浇注温度液态模锻获得的汽车 轴承架用 Zn-25Al-0.8Cu-0.5Cr 合金试样的显微组 织的测试结果 。 从图 5 能够清晰看出 ， 试样的平均晶 粒尺寸随浇注温度的增大而先减小后增大的变化 。 当浇注温度为 550℃ 时 ， 此时试样的平均晶粒尺寸 最大 ， 为 18.3μm； 当浇注温度为 570℃ 时和 590℃， 此时试样的平均晶粒尺寸分别为 17.6、11.8 μm， 分 别较 550℃ 浇注温度时减小了 4% 、36%； 当浇注温 度继续增大至 610℃ 时 ， 此时试样的平均晶粒尺寸 最小 ， 为 10.9μm， 较 550℃ 浇注温度时减小了 40%； 当浇注温度进一步增大 ， 试样的平均晶粒尺寸又开 始变大 ， 晶粒发生粗化 。


图5
图 6 是不同液态模锻工艺参数下汽车轴承架 用 Zn-25Al-0.8Cu-0.5Cr 合金试样的显微组织 。 从 图 6 能够分析出 ， 当比压为 25 MPa、 浇注温度为610 ℃（ 试样 1） 时 ， 相组织呈层片状沿晶界方向均匀 地分布 ； 当比压为 45MPa、 浇注温度为 610 ℃（ 试样 3） 时 ， 晶粒细化 ， 呈细密的针状 ， 组织致密而均匀 ； 当 比压为 45MPa、 浇注温度为 550℃ 时 （ 试样 6）， 晶粒 最为粗大 ， 组织疏松 ， 分布欠均匀 。 三个试样中 ， 试 样 3 的组织最好 ， 试样 1 次之 ， 试样 6 最差 。


图6
3 结 论

（1） 随比压从 25MPa 增大至 65 MPa， 浇注温 度从 550℃ 升高至 630℃， 汽车轴承架用 Zn-Al 合 金试样的磨损体积和平均晶粒尺寸均先减小后增 大 ， 组织改善程度先增大后减小 ， 耐磨损性能先提高 后下降 。（2） 当比压为 45 MPa 时 ， 试样的磨损体积较比 压 25MPa 时减小了 41%， 平均晶粒尺寸减小了 33%。 （3） 当浇注温度为 610 ℃ 时 ， 试样的磨损体积 较浇注温度 550℃ 时减小了 49%， 平均晶粒尺寸减小了 40%。 （4） 汽车轴承架用 Zn-Al 合金的液态模锻工艺 参数比压和浇注温度分别优选为 45MPa 和 610℃。