免热处理压铸铝合金材料

过去的一段时间，在“双碳”目标下，新能源汽车已经成为汽车工业重要支撑。采用免热处理压铸铝合金制备的超大型一体化车身结构件也成为各大主机厂关注的热点。因此，免热处理高强高韧压铸铝合金材料的开发应用及迭代升级将进一步拓宽压铸铝合金在新能源汽车行业的应用场景，为汽车革命贡献材料力量。

那么如何在参差不齐的压铸铝合金中寻找合适的材料呢？那就是免热处理高强高韧压铸铝合金。事实上，免热处理高强高韧压铸铝合金其实是一整套解决方案，从合金的成分到压铸的工艺，以及模具和设备的配合都是相关联的。融会贯通，相辅相成方能获得真正的精髓。所以很多一厢情愿的“成分复制”并不能在零件上达到预想结果，生产的零部件会有机械性能大幅下滑，热裂等明显缺陷。

上海交大彭立明团队的免热处理压铸铝合金材料

（1）合金体系：Al-Si

（2）合金特点：
a、JDA1b含有~9wt.%的Si元素，确保合金优异的压铸工艺性能(表1)。流动性验证结果表明，JDA1b合金较同级别材料提高15%以上；较高的Si含量使JDA1b合金收缩率较低；以上合金特征保证合金工艺窗口的广泛性与充型、脱模过程的顺畅；

表1. JDA1b不同模具温度、真空度、浇口速度、压铸温度下材料的流动距离

b、以合金组织控制为出发点(图1)，创新性引入微量元素对组织进行变质、细化，确保合金组织细小，弥散，保证合金强度与塑性。综合考虑免热处理性能、铸造性能及压铸工艺性等，铸态下材料达到屈服130-150MPa，抗拉260-300MPa，延伸率12-15%的力学性能(图2)；

图1. JDA1b合金典型金相组织图2. JDA1b合金典型拉伸曲线

c、良好的机加工性能、良好的可焊性和抛光性能、无需热处理常规压铸后即可达到Silafont36/AlSi10MnMg材料SQ-T7热处理后性能；

（3）合金典型应用：

a、JDA1b合金减震塔：

图3为采用JDA1b免热处理合金制备的减震塔零件。减震塔12个不同位置进行本体性能测试结果表明，在填充末端位置，本体性延伸率为8.6%，在其他11个本体位置，延伸率均大于9.5%。12个位置本体平均屈服强度>130MPa，抗拉强度>260MPa，延伸率>10%。

图3. JDA1b合金减震塔

b、JDA1b合金一体化超大铸件：

近日，上海交通大学轻合金国家工程中心与华人运通高合汽车共同研发的TechCastTM低碳铝合金材料一体化超大压铸件正式获得量产应用。TechCastTM正是结合JDA1b合金特性与华人运通一体化超大铸件特点优化获得的免热处理压铸铝合金。经过多轮研发攻关和零件验证，在材料开发、性能优化、制造工艺和系统集成验证等方面实现了100%全流程正向开发，在材料压铸性能、力学性能、制造性能、环境耐久性能等指标上表现优异。该材料流动性高于同级别材料15%以上、强塑积高出30%以上，保证了整车碰撞等性能达到更高维度。

图4. JDA1b合金超大一体化铸件应用验证流程

彭立明团队其他免热处理压铸铝合金材料

经过多年开发、积累，上海交通大学轻合金中心丁文江院士、彭立明教授团队，已成功开发2种合金体系5个亚型的免热处理压铸铝合金材料，满足不同性能与应用场景需求。其中JDA1x是Al-Si-X系、JDA2x是Al-Mg-X体系。五种合金力学性能如下表2所示。从表中合金性能对比可以发下，JDA压铸铝合金材料在铸态下即可达到优异的力学性能，满足不同应用场景下零部件的性能要求。表3为JDA合金部分铸造性能参数。

表2. JDA体系合金力学性能与其他合金性能对比

表3. JDA体系合金铸造性能

JDA1合金已成功应用于乘用车、商用车领域十几款支架类受力结构件。

JDA1b合金由于其优异的铸态强塑性主要批量应用于一体化车身结构件，同时大量覆盖原有材料热处理型压铸铝合金生产的车身结构件。

JDA1c合金由于其较高的铸态强度，特别是屈服强度，主要应用于电机壳体等高强要求铸件，从而增加零件设计过程中的结构优化可能性，改善零件在实际生产过程中出现尺寸变形，合格率低等问题。

JDA2体系合金由于高强高韧特性主要应用于底盘类零件，满足铸件较高冲击、疲劳耐久要求。另外JDA2体系合金存在典型的薄壁效应，合金在大型薄壁车身结构件领域应用前景广泛。

小结：

现今，中国新能源汽车行业正高速发展，超大型一体化车身结构件成为各大主机厂关注的热点。而在一体化铸件设计与制备过程中，需要综合考虑零件特性，免热处理材料特性，零件模具结构，压铸工艺及机台能力等。特别的，免热处理高强高韧压铸铝合金材料作为一体化铸件的关键一环，必须融入零件设计（大铸件区域化性能差异），模具设计（材料流动性与零件局部特征精细化设计）以及后续工艺优化等环节，才能实现高品质一体化铸件的连续、稳定生产，推动产业链中整车一体化零件的集成设计、变革性材料的研发及巨型压铸装备的迭代升级等产业的全方位变革。

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凤阳爱尔思轻合金精密成型有限公司（前身为上海轻合金精密成型国家工程研究中心有限公司）是一家专业从事高性能轻量化材料研发应用和产业化、工艺技术一体化的国家高新技术企业，是经国家发展计划委员会批准，以上海交大为依托，于2001年12月在上海松江成立。2010年，为扩大生产规模，经产业规划布局，担负制造中心功能的凤阳爱尔思轻合金精密成型有限公司于安徽凤阳县工业园区成立，占地160亩，总投资2.5亿元。以轻合金材料及加工技术为研究目标，致力于高性能轻合金材料、精密成型、和表面处理等研究开发及产业化工作，为航空航天、交通运输、电子通讯、电力电器、医疗器械等行业产品的轻量化和节能化提供一站式解决方案。通用、丰田、大众、标致、普利司通、艾默生、ABB、中航工业、中兴通讯、上汽新能源、东风汽车、江淮汽车等各大知名品牌都已成为凤阳爱尔思的合作伙伴。