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免熱鋁合金國外行業發展概述:美國鋁業、麥格納等為領先企業,鋁硅系列為主流

發布時間:2023-12-07  來源:立鼎產業研究網  點擊量: 391 

國外具有代表性的免熱合金材料企業為美國鋁業、麥格納和德國萊茵菲爾德,近些年特斯拉也加入開發新型免熱合金的行列。

免熱處理合金采用的技術路線主要為鋁硅及鋁鎂兩大系列,鋁硅系列為主流。Al-Mg系免熱處理壓鑄鋁合金壓鑄控制難度要比Al-Si系合金大,主要用于有特殊外觀和防腐要求、對力學性能要求不高的壓鑄件,常通過添加Mn代替Fe以利于脫模。高強韌Al-Si系免熱處理壓鑄鋁合金含Mg量較低,具備高強韌性壓鑄合金的共性特征(低FeMn),添加Sr元素對共晶硅進行變質處理等,為目前主流的免熱合金材料體系。

——目前國外的用于免熱處理壓鑄結構件的 Al-Si 系合金主要有:Castasil 37 合金(萊茵菲爾德公司開發);Aural 6 合金、Aural 5S 合金(麥格納公司開發);C611 合金(美鋁公司開發);以及Tesla Alloy 系列合金。

Al-Si系國外免熱合金性能參數及元素含量


資料來源:各公司專利,壓鑄周刊等

德國萊茵的Castasil-37為高強韌Al-Si。系免熱處理合金典型代表材料。根據上海有色金屬行業協會輕量化聯盟介紹,Castasil-37合金不添加具有時效強化作用的Mg元素,主要通過添加Mo、Zr等元素在壓鑄過程中形成細小彌散相來提高合金的強度,不必進行固溶處理以提高合金性能。壓鑄件的壁厚越薄、冷卻速度越快,晶粒尺寸越小,最終壓鑄件的合金強度越高,同時鑄件不會發生自然強化,性能穩定性也較好。此合金適用于車身輕量化的薄壁化高強度高韌性需求,可應用汽車車門、減震塔等零部件。

目前歐洲結構件壓鑄常用的3種鋁合金性質


資料來源:CNKI

C611為一體壓鑄而生,穩定性與認可度高。C611合金是美鋁公司為大型壓鑄件開發的一款非熱處理壓鑄合金,固溶熱處理改善共晶硅的形貌使得其不需較高的Si含量。合金內含一定的Mg元素導致其并非嚴格意義上的非熱處理材料,其屈服強度可通過進行T5熱處理或T85(涂裝烘烤處理)提升。C611系列具有極佳的流動性,可制造形狀復雜且要求高性能的結構部件,如減震塔、橫梁、電池托盤、框架、電動機外殼等,已經被歐美許多壓鑄廠家廣泛地應用于薄壁結構件(例如減震塔)的生產許多年。國內蔚來汽車宣布成功將C611EZCast?合金運用于一體化壓鑄件,帥翼馳國內獨家代理美國鋁業的C611合金,為該項目的聯合合作伙伴。

麥格納公司開發兩款非熱處理壓鑄合金,Aural 6合金(即375,類似Castasil37)與 Aural 5合金(即374 ,類似C611)。Aural 6合金與 Castasil 37相比以少量的Mg替代 MoZr從而獲得一定的強化效果。Aural 5 合金與 C611 基本一致,在鑄造后和涂裝烘烤前良好的塑性與自然時效穩定性可以滿足車身結構件的SPR 連接要求,涂裝烘烤后強度會進一步提升,此外還可以滿足 205℃下 1h 的短周期熱穩定性以及150℃下 1000h 的長周期熱穩定性要求。

特斯拉在其 Model Y車型上首次使用6000 t大型壓鑄單元制造鋁合金一體化壓鑄后部下車身,目標合金在鑄造態的屈服強度和極限尖冷彎角應分別大于135MPa24°,由于鑄件的巨大尺寸還要求合金具有極好的流動性能。Tesla Alloy合金通過控制 Cu/Mg 比例以利于析出 AlCuMgSi 相取代 Mg2Si Al2Cu 相來實現強度提升的同時不會引起塑韌性的明顯下降。此外,該合金中添加了 Sr 元素對Si 相進行變質處理,添加 V 元素析出球狀的 AlFeSi(Mn+V)相,減少了片狀的富鐵相,有利于材料韌性的提升,也能夠容忍更高的 Fe 雜質含量。

——關于Al-Mg系免熱處理新型壓鑄合金主要可以細分為 Al-Mg-Mn、Al-Mg-Si-Mn、Al-Mg-Fe、Al-Mg-Mn-Cu 等幾種類型。

Al-Mg系國外免熱合金性能參數及元素含量


資料來源:各公司專利,段宏強等《汽車結構件用非熱處理壓鑄鋁合金研究進展》

注:Magsimal 59 力學性能數據為壁厚為 2~12mm 范圍的拉伸力學性能,Castaduct 42 力學性能數據為壁厚為 2~4mm 范圍的拉伸力學性能

美鋁 560免熱合金開發時間早,不適用于復雜零件。560是美鋁公司2008年開發的一種非熱處理Al-Mg系壓鑄合金。該合金曾用于日產GT-R的車門內板,零件壁厚約2~3mm,實現單個車門減重 5.5kg。雖然該合金的力學性能優異,但其過寬的凝固溫度范圍導致壓鑄過程中的熱裂傾向非常高,因此難以作為料厚變化明顯的復雜零部件原料。為改善熱裂性能,美鋁在560 合金基礎上開發出 A152(低 Mg/A153( Mg)合金,添加了適當比例 Si 元素,以顯著縮短合金的凝固溫度范圍,從而明顯降低熱裂敏感性。


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