免熱處理壓鑄鋁合金材料

過去的一段時間，在“雙碳”目標下，新能源汽車已經成為汽車工業重要支撐。采用免熱處理壓鑄鋁合金制備的超大型一體化車身結構件也成為各大主機廠關注的熱點。因此，免熱處理高強高韌壓鑄鋁合金材料的開發應用及迭代升級將進一步拓寬壓鑄鋁合金在新能源汽車行業的應用場景，為汽車革命貢獻材料力量。

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高韌壓鑄鋁合金。事實上，免熱處理高強高韌壓鑄鋁合金其實是一整套解決方案，從合金的成分到壓鑄的工藝，以及模具和設備的配合都是相關聯的。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“成分復制”并不能在零件上達到預想結果，生產的零部件會有機械性能大幅下滑，熱裂等明顯缺陷。

上海交大彭立明團隊的免熱處理壓鑄鋁合金材料

（1）合金體系：Al-Si

（2）合金特點：
a、JDA1b含有~9wt.%的Si元素，確保合金優異的壓鑄工藝性能(表1)。流動性驗證結果表明，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距離

b、以合金組織控制為出發點(圖1)，創新性引入微量元素對組織進行變質、細化，確保合金組織細小，彌散，保證合金強度與塑性。綜合考慮免熱處理性能、鑄造性能及壓鑄工藝性等，鑄態下材料達到屈服130-150MPa，抗拉260-300MPa，延伸率12-15%的力學性能(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、良好的機加工性能、良好的可焊性和拋光性能、無需熱處理常規壓鑄后即可達到Silafont36/AlSi10MnMg材料SQ-T7熱處理后性能；

（3）合金典型應用：

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個不同位置進行本體性能測試結果表明，在填充末端位置，本體性延伸率為8.6%，在其他11個本體位置，延伸率均大于9.5%。12個位置本體平均屈服強度>130MPa，抗拉強度>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，上海交通大學輕合金國家工程中心與華人運通高合汽車共同研發的TechCastTM低碳鋁合金材料一體化超大壓鑄件正式獲得量產應用。TechCastTM正是結合JDA1b合金特性與華人運通一體化超大鑄件特點優化獲得的免熱處理壓鑄鋁合金。經過多輪研發攻關和零件驗證，在材料開發、性能優化、制造工藝和系統集成驗證等方面實現了100%全流程正向開發，在材料壓鑄性能、力學性能、制造性能、環境耐久性能等指標上表現優異。該材料流動性高于同級別材料15%以上、強塑積高出30%以上，保證了整車碰撞等性能達到更高維度。

圖4. JDA1b合金超大一體化鑄件應用驗證流程

彭立明團隊其他免熱處理壓鑄鋁合金材料

經過多年開發、積累，上海交通大學輕合金中心丁文江院士、彭立明教授團隊，已成功開發2種合金體系5個亞型的免熱處理壓鑄鋁合金材料，滿足不同性能與應用場景需求。其中JDA1x是Al-Si-X系、JDA2x是Al-Mg-X體系。五種合金力學性能如下表2所示。從表中合金性能對比可以發下，JDA壓鑄鋁合金材料在鑄態下即可達到優異的力學性能，滿足不同應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。

表2. JDA體系合金力學性能與其他合金性能對比

表3. JDA體系合金鑄造性能

JDA1合金已成功應用于乘用車、商用車領域十幾款支架類受力結構件。

JDA1b合金由于其優異的鑄態強塑性主要批量應用于一體化車身結構件，同時大量覆蓋原有材料熱處理型壓鑄鋁合金生產的車身結構件。

JDA1c合金由于其較高的鑄態強度，特別是屈服強度，主要應用于電機殼體等高強要求鑄件，從而增加零件設計過程中的結構優化可能性，改善零件在實際生產過程中出現尺寸變形，合格率低等問題。

JDA2體系合金由于高強高韌特性主要應用于底盤類零件，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，合金在大型薄壁車身結構件領域應用前景廣泛。

小結：

現今，中國新能源汽車行業正高速發展，超大型一體化車身結構件成為各大主機廠關注的熱點。而在一體化鑄件設計與制備過程中，需要綜合考慮零件特性，免熱處理材料特性，零件模具結構，壓鑄工藝及機臺能力等。特別的，免熱處理高強高韌壓鑄鋁合金材料作為一體化鑄件的關鍵一環，必須融入零件設計（大鑄件區域化性能差異），模具設計（材料流動性與零件局部特征精細化設計）以及后續工藝優化等環節，才能實現高品質一體化鑄件的連續、穩定生產，推動產業鏈中整車一體化零件的集成設計、變革性材料的研發及巨型壓鑄裝備的迭代升級等產業的全方位變革。

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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）是一家專業從事高性能輕量化材料研發應用和產業化、工藝技術一體化的國家高新技術企業，是經國家發展計劃委員會批準，以上海交大為依托，于2001年12月在上海松江成立。2010年，為擴大生產規模，經產業規劃布局，擔負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園區成立，占地160畝，總投資2.5億元。以輕合金材料及加工技術為研究目標，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及產業化工作，為航空航天、交通運輸、電子通訊、電力電器、醫療器械等行業產品的輕量化和節能化提供一站式解決方案。通用、豐田、大眾、標致、普利司通、艾默生、ABB、中航工業、中興通訊、上汽新能源、東風汽車、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。