免熱處理壓鑄鋁合金材料

過去的一段時(shí)間，在“雙碳”目標(biāo)下，新能源汽車已經(jīng)成為汽車工業(yè)重要支撐。采用免熱處理壓鑄鋁合金制備的超大型一體化車身結(jié)構(gòu)件也成為各大主機(jī)廠關(guān)注的熱點(diǎn)。因此，免熱處理高強(qiáng)高韌壓鑄鋁合金材料的開發(fā)應(yīng)用及迭代升級將進(jìn)一步拓寬壓鑄鋁合金在新能源汽車行業(yè)的應(yīng)用場景，為汽車革命貢獻(xiàn)材料力量。

那么如何在參差不齊的壓鑄鋁合金中尋找合適的材料呢？那就是免熱處理高強(qiáng)高韌壓鑄鋁合金。事實(shí)上，免熱處理高強(qiáng)高韌壓鑄鋁合金其實(shí)是一整套解決方案，從合金的成分到壓鑄的工藝，以及模具和設(shè)備的配合都是相關(guān)聯(lián)的。融會貫通，相輔相成方能獲得真正的精髓。所以很多一廂情愿的“成分復(fù)制”并不能在零件上達(dá)到預(yù)想結(jié)果，生產(chǎn)的零部件會有機(jī)械性能大幅下滑，熱裂等明顯缺陷。

上海交大彭立明團(tuán)隊(duì)的免熱處理壓鑄鋁合金材料

（1）合金體系：Al-Si

（2）合金特點(diǎn)：
a、JDA1b含有~9wt.%的Si元素，確保合金優(yōu)異的壓鑄工藝性能(表1)。流動(dòng)性驗(yàn)證結(jié)果表明，JDA1b合金較同級別材料提高15%以上；較高的Si含量使JDA1b合金收縮率較低；以上合金特征保證合金工藝窗口的廣泛性與充型、脫模過程的順暢；

表1. JDA1b不同模具溫度、真空度、澆口速度、壓鑄溫度下材料的流動(dòng)距離

b、以合金組織控制為出發(fā)點(diǎn)(圖1)，創(chuàng)新性引入微量元素對組織進(jìn)行變質(zhì)、細(xì)化，確保合金組織細(xì)小，彌散，保證合金強(qiáng)度與塑性。綜合考慮免熱處理性能、鑄造性能及壓鑄工藝性等，鑄態(tài)下材料達(dá)到屈服130-150MPa，抗拉260-300MPa，延伸率12-15%的力學(xué)性能(圖2)；

圖1. JDA1b合金典型金相組織圖2. JDA1b合金典型拉伸曲線

c、良好的機(jī)加工性能、良好的可焊性和拋光性能、無需熱處理常規(guī)壓鑄后即可達(dá)到Silafont36/AlSi10MnMg材料SQ-T7熱處理后性能；

（3）合金典型應(yīng)用：

a、JDA1b合金減震塔：

圖3為采用JDA1b免熱處理合金制備的減震塔零件。減震塔12個(gè)不同位置進(jìn)行本體性能測試結(jié)果表明，在填充末端位置，本體性延伸率為8.6%，在其他11個(gè)本體位置，延伸率均大于9.5%。12個(gè)位置本體平均屈服強(qiáng)度>130MPa，抗拉強(qiáng)度>260MPa，延伸率>10%。

圖3. JDA1b合金減震塔

b、JDA1b合金一體化超大鑄件：

近日，上海交通大學(xué)輕合金國家工程中心與華人運(yùn)通高合汽車共同研發(fā)的TechCastTM低碳鋁合金材料一體化超大壓鑄件正式獲得量產(chǎn)應(yīng)用。TechCastTM正是結(jié)合JDA1b合金特性與華人運(yùn)通一體化超大鑄件特點(diǎn)優(yōu)化獲得的免熱處理壓鑄鋁合金。經(jīng)過多輪研發(fā)攻關(guān)和零件驗(yàn)證，在材料開發(fā)、性能優(yōu)化、制造工藝和系統(tǒng)集成驗(yàn)證等方面實(shí)現(xiàn)了100%全流程正向開發(fā)，在材料壓鑄性能、力學(xué)性能、制造性能、環(huán)境耐久性能等指標(biāo)上表現(xiàn)優(yōu)異。該材料流動(dòng)性高于同級別材料15%以上、強(qiáng)塑積高出30%以上，保證了整車碰撞等性能達(dá)到更高維度。

圖4. JDA1b合金超大一體化鑄件應(yīng)用驗(yàn)證流程

彭立明團(tuán)隊(duì)其他免熱處理壓鑄鋁合金材料

經(jīng)過多年開發(fā)、積累，上海交通大學(xué)輕合金中心丁文江院士、彭立明教授團(tuán)隊(duì)，已成功開發(fā)2種合金體系5個(gè)亞型的免熱處理壓鑄鋁合金材料，滿足不同性能與應(yīng)用場景需求。其中JDA1x是Al-Si-X系、JDA2x是Al-Mg-X體系。五種合金力學(xué)性能如下表2所示。從表中合金性能對比可以發(fā)下，JDA壓鑄鋁合金材料在鑄態(tài)下即可達(dá)到優(yōu)異的力學(xué)性能，滿足不同應(yīng)用場景下零部件的性能要求。表3為JDA合金部分鑄造性能參數(shù)。

表2. JDA體系合金力學(xué)性能與其他合金性能對比

表3. JDA體系合金鑄造性能

JDA1合金已成功應(yīng)用于乘用車、商用車領(lǐng)域十幾款支架類受力結(jié)構(gòu)件。

JDA1b合金由于其優(yōu)異的鑄態(tài)強(qiáng)塑性主要批量應(yīng)用于一體化車身結(jié)構(gòu)件，同時(shí)大量覆蓋原有材料熱處理型壓鑄鋁合金生產(chǎn)的車身結(jié)構(gòu)件。

JDA1c合金由于其較高的鑄態(tài)強(qiáng)度，特別是屈服強(qiáng)度，主要應(yīng)用于電機(jī)殼體等高強(qiáng)要求鑄件，從而增加零件設(shè)計(jì)過程中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化可能性，改善零件在實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)尺寸變形，合格率低等問題。

JDA2體系合金由于高強(qiáng)高韌特性主要應(yīng)用于底盤類零件，滿足鑄件較高沖擊、疲勞耐久要求。另外JDA2體系合金存在典型的薄壁效應(yīng)，合金在大型薄壁車身結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛。

小結(jié)：

現(xiàn)今，中國新能源汽車行業(yè)正高速發(fā)展，超大型一體化車身結(jié)構(gòu)件成為各大主機(jī)廠關(guān)注的熱點(diǎn)。而在一體化鑄件設(shè)計(jì)與制備過程中，需要綜合考慮零件特性，免熱處理材料特性，零件模具結(jié)構(gòu)，壓鑄工藝及機(jī)臺能力等。特別的，免熱處理高強(qiáng)高韌壓鑄鋁合金材料作為一體化鑄件的關(guān)鍵一環(huán)，必須融入零件設(shè)計(jì)（大鑄件區(qū)域化性能差異），模具設(shè)計(jì)（材料流動(dòng)性與零件局部特征精細(xì)化設(shè)計(jì)）以及后續(xù)工藝優(yōu)化等環(huán)節(jié)，才能實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)一體化鑄件的連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈中整車一體化零件的集成設(shè)計(jì)、變革性材料的研發(fā)及巨型壓鑄裝備的迭代升級等產(chǎn)業(yè)的全方位變革。

材料商務(wù)運(yùn)營唯一主體：鳳陽愛爾思輕合金精密成型有限公司

鳳陽愛爾思輕合金精密成型有限公司（前身為上海輕合金精密成型國家工程研究中心有限公司）是一家專業(yè)從事高性能輕量化材料研發(fā)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化、工藝技術(shù)一體化的國家高新技術(shù)企業(yè)，是經(jīng)國家發(fā)展計(jì)劃委員會批準(zhǔn)，以上海交大為依托，于2001年12月在上海松江成立。2010年，為擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，經(jīng)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃布局，擔(dān)負(fù)制造中心功能的鳳陽愛爾思輕合金精密成型有限公司于安徽鳳陽縣工業(yè)園區(qū)成立，占地160畝，總投資2.5億元。以輕合金材料及加工技術(shù)為研究目標(biāo)，致力于高性能輕合金材料、精密成型、和表面處理等研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化工作，為航空航天、交通運(yùn)輸、電子通訊、電力電器、醫(yī)療器械等行業(yè)產(chǎn)品的輕量化和節(jié)能化提供一站式解決方案。通用、豐田、大眾、標(biāo)致、普利司通、艾默生、ABB、中航工業(yè)、中興通訊、上汽新能源、東風(fēng)汽車、江淮汽車等各大知名品牌都已成為鳳陽愛爾思的合作伙伴。