哈尔滨理工大学材料与化工硕士学位论文
挤压铸造及局部加压工艺对悬置支架凝固组织和力
学性能的影响
摘要
随着国家环保法规的日益严格，汽车轻量化成为了减少碳排放有效的方
式之一，而挤压铸造工艺是可以在短期内实现汽车轻量化的铸造工艺。挤压
铸造技术作为一种先进的成形技术已经广泛应用于汽车、航空、电子等制造
业。但挤压铸造工艺在制造薄厚差异较大的复杂结构件时仍存在不足，如厚
壁部位易出现热节产生缩孔缩松缺陷、薄厚差异不均时易产生热裂等缺陷。
为解决此类问题，本文以ADC12铝合金汽车发动机悬置支架为研究对象，
通过数值模拟对汽车发动机悬置支架的挤压铸造工艺参数进行优化，结合局
部加压技术，探究了挤压铸造工艺、局部加压工艺以及热处理等参数对发动
机悬置支架铸造缺陷、微观组织及力学性能的影响规律，为复杂结构
ADC12铝合金汽车发动机悬置支架的开发提供理论依据指导。
本文设计正交试验并利用ProCAST软件对ADC12铝合金汽车发动机
悬置支架挤压铸造成形过程的充型和凝固过程进行模拟仿真，分析金属液在
型腔中充型凝固流场、温度场和缺陷场并预测缩孔缩松缺陷的位置和大小。
结果显示汽车发动机悬置支架挤压铸造的充型过程整体平稳，金属液流动顺
畅，没有强烈的卷气紊流现象。金属液流经铸件薄壁区优先冷却凝固，厚壁
区金属液滞后凝固，厚壁部位处存在热节，成为孤立的液相区且得不到周围
液相的补充，故在此处产生缩孔缩松缺陷。缺陷场分布表明在铸件的浇注远
端厚壁部位和铸件顶端厚壁部位存在明显的缩孔缩松缺陷，铸件其余位置无
明显缺陷。通过正交试验得出在无局部加压时最优工艺参数为浇注温度
690℃、模具温度360℃、挤压比压120MPa、压射速度0.14m/s。各工艺
参数按对铸件凝固后质量的影响程度从大到小的顺序依次为浇注温度＞压射
速度＞挤压比压＞模具温度。
针对挤压铸造过程中铸件内部产生的缩孔缩松缺陷的位置采取局部加压
优化工艺，探究局部加压优化工艺对减少厚壁位置热节引起的缩孔缩松缺陷
的有效性，分析带有局部加压的挤压铸造工艺对汽车发动机悬置支架组织和
性能的影响。结果显示预测最佳挤压销激活时间范围4~6s。X-Ray探伤和
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剖切观察的结果与模拟结果基本吻合。显微组织观察发现挤压销激活时间为
4~6s时晶粒发生塑性变形，共晶硅碎化并已进入α-Al晶粒之内，金相组织
在形态上更加细密，其性能得到强化。
选取最佳挤压铸造及局部加压工艺后的铸件进行热处理，通过改变固溶
温度参数，探究了固溶温度对挤压铸造件显微组织及力学性能的影响。结果
表明通过热处理能够显著提升挤压铸造件的力学性能，随着固溶温度的增
加，共晶硅形貌逐渐圆整化，在固溶温度为500℃时最为细小，此时强化
相得到充分固溶。力学性能由铸造状态下的235.2MPa提升到288.4MPa。
关键词ADC12铝合金；悬置支架；挤压铸造；数值模拟；局部加压
-II-
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EffectofSqueezeCastingandLocalPressure
ProcessonSolidificationMicrostructureand
MechanicalPropertiesofSuspensionBracket
Abstract
Withtheincreasinglystrictnationalenvironmentalregulations,
automotivelightweighthasbecomeoneoftheeffectivewaystoreduce
carbonemissions,andthe