2024年3月20日发(作者：广汽本田报价)
2020
年第
2
期
/
第
69
卷
压力铸造
FOUNDRY
压铸铝合金研究现状与未来发展趋势
樊振中
1
勺袁文全
3,
王端志
3,
董春雨
4,
杨欢
4,
陈军洲
1
,2
（
1
.中国航发北京航空材料研究院
，
北京
100095;
2
.北京市先进铝合金材料及应用工程技术研究中心
，
北京
100095;
3.
北京宇航系统工程硏究所
，
北京
100076;
4.
四川航天长征装备制造有限公司
，
四川成都
610100
）
摘要
：介绍了压铸铝合金的特点和分类
，
列举了压铸铝合金目前在汽车
、
电子器件等方面的
典型应用
，
阐述了压铸铝合金材料的组织性能与压铸技术方面的研究进展及当前压铸铝合金
技术研究与产品应用的现状
，
预测了压铸铝合金未来的发展方向
，
也指出了需要亟待解决的
问题
。
关键词
：
压铸铝合金
；
压铸技术
；
研究现状
；
微观组织
；
力学性能
铝是地球上蕴藏量最多的金属元素
，
制成铝合金后具有密度小
、
比强度高
、
耐
腐蚀佳
、
热稳定性好
、
机械加工性能好
、
回收再生性能稳定
、
回收效率高
、
成本低
等优点
。
1994
年
3
月
，
奥迪在日内瓦车展上推出了第一款拥有世界上独一无二的奥
迪全铝车身框架结构
（
Aluminum
Space
Frame,
ASF
）
的豪华轿车
Audi
A8
,
整车减
重
50%,
强度性能提升
60%
。
2013
年
，美国福特百年车型
Ford
GT
整车采用全铝质结
构
，
绝大部分车身外覆盖件制造均采用铝合金超塑性成形技术
，
实现了
64%
的全车减
重
。
目前就全球汽车行业制造而言
，
每辆汽车的铝合金平均用量均超出
120
kg,
约占
全车总重的
10%,
以铝代钢的趋势不断增显
。
目前的先进制造工艺主要有
：
激光焊
接
、
液压成形
、
挤压铸造和高真空压铸工艺等
，
广泛采用的轻量化材料包括高强度
钢
、
铝合金
、
镁合金
、
增强塑料和复合材料等
，结构优化设计包括拓扑优化
、
尺寸
优化
、
形状优化及多学科综合设计优化等
\"I
。
与其他制造工艺相比
，压铸成形工艺生产效率高
、
尺寸精度高
、力学性能优
良
、
材料利用率高、
批量化生产经济效益较佳
。
在汽车用铝合金中
，
压铸铝合金与
其他铸造铝合金约占
80%,
加工铝材
（
板
、
带
、
箔
、
管
、
棒
、
型
、
线
、
锻
、
粉
、膏
等
）
仅占
20%
左右
，
压铸件的用量占铸造产品总用量的
70%
左右
，
因此压铸铝合金制
作者简介
：
樊振中
（
1985-
）
，
男
，
博
±,高级工程师，
研究方
向为新型轻质合金材料研
发与大型整体复杂构件一
体化精确成形制造
。
电话
：
,
：
fanzhenzhong20
1
0@
163.
com
品在汽车用铝中约占
54%
~
70%
。
自
2009
以来
，
我国汽车销量已连续
10
年占据世界第一
，
从
2009
年的
1
300
万辆增
长至
2019
年超
2
700
万辆
W
随着汽车市场竞争愈加激烈
，
各制造厂商都在向高质
量
、
高可靠性
、
轻量化
、
节能环保
、低成本方向发展
，
且随着汽车排放标准和国际
环保政策的逐年加严
，
新能源汽车已成为未来汽车领域的重点发展方向
，高强韧
、
高质量新能源汽车结构部件（汽车车身
、
立柱\'
底盘
、
减震塔等
）
也越来越多需要
采用压铸成形工艺来进行制造
。
这些都说明
，
铝合金压铸在压铸行业内占有举足轻
重的地位
，
是压铸行业的主流
II
。
中图分类号：
TG244
文献标识码
：
A
文章编号:
1001-4977
（
2020
）
02-0159-08
1
压铸铝合金的工艺特点
压铸铝合金除了具有较好的压铸工艺性能及较佳的力学性能外
，
还需具备以下
几点工艺性能
：
1
良好的热塑性流变性能
，
在过热度不高及液
、
固相线温度附近应
具有良好的热塑性流变性能
，
以实现复杂型腔的填充
，
形成良好的铸造表面
，
避免
缩孔缺陷的产生
；
2
较小的线收缩率
，
避免压铸过程产生裂纹和变形
，
提高制品的
收稿日期
：
2019-06-30
收到初稿
，
2019-12-03
收到修订稿
。
FOUNORSH
压力铸造
Vol.69
No.2
2020
尺寸精度
；
3
较小的凝固温度区间
，
便于实现快速同
的工艺流动性
、
抗蠕变性能
、
耐疲劳强度与机械加工
性能
；
当
Cu
作为强化相固溶于铝基体或以颗粒状化合
时凝固
，
减少内部收缩孔洞等缺陷的数量
；
4
良好的
高温热强度
，避免开模时产生热裂或严重变形
；
5
较
物形式存在时
，
合金的强度
、
硬度可得到明显提高
，
但伸长率略有下降
；
当
Cu
形成网状化合物时
，
合金的
好的铸件
/
铸型界面性能
，与压铸模具不发生化学反
应
、
亲和力小，
避免粘型和铸件
/
铸型界面发生合金化
反应
；
6
良好的物化性能
，
在高温熔融状态下不易吸
气
、
氧化
，
能满足压铸过程长时间保温的需求
。
强度
、
伸长率均大幅下降。
Mg
元素可提高合金的耐蚀
性与机械强度
，
粘模倾向也会随之降低
，
改善合金的
机械加工性能
。
Al-Si-Cu
系压铸合金材料通常还会添加
0.5%
-
1
.0%
的
Sm
元素细化共晶硅相的尺寸
，
降低其二
2
压铸铝合金分类
按合金成分来分
，
压铸铝合金可分为
Al-Si
(
Al-Si-
Cu
、
Al-Si-Mg
)
s
Al-Cus
Al-Mg
与
Al-Zn
四个系列
。
次枝晶臂间距
，
提高合金的强度与塑性
；
添加适量的
Sr
元素
(
0.02%
~
0.08%)
可在改善共晶硅形貌的同时
，
实现晶粒细化
，
有效提咼压铸合金的综合力学性能
。
1%~
1.5%
含量
Ni
元素的添加可提高合金的强度
、硬度
Al-Si
压铸合金因结晶温度间隔小
、
硅相凝固结晶潜热
和比热容大
、
线收缩率小、
且具有良好的流动性能
、
充型性能和较小的热裂
、
疏松倾向
，
因此应用最为广
与耐蚀性
，
明显减轻合金对模具的损害何。
目前国内
最常用的压铸铝合金
A38O
通过提高
Si
、
Mn
与
Mg
含量
，
泛
。
Al-Cu
系压铸合金虽具有较高的力学性能
，
但
Cu
元
素的加入降低了材料的耐蚀性能
，
压铸制品使用寿命随
降低
Fe
、
Cu
含量
，
添加
0.04%Sr
与
0.05%Be
元素
，伸长
率可提咼至
5.0%
以上
。
之大幅下降
，
且压铸过程易产生偏析
、
开裂
，
因此应用
范围较小
。
与
Al-Si
系压铸合金相比
，
Al-Mg
系压铸合金
3
压铸铝合金典型应用
压铸行业的发展与汽车行业密切相关
，
近年来人
们对汽车的要求逐渐趋于高性能
、
低污染
、
低能耗等
铸造性能差、
力学性能波动和壁厚效应大、
压铸过程易
开裂
，
且应力腐蚀倾向较大
；
Al-Zn
系压铸合金虽经自
然时效可获得较佳的力学性能
，
但其耐蚀性差
、
易出
指标
，
汽车重量对燃料经济性起着决定性作用
，
车重
现热裂与应力腐蚀
，
使用较少
。
表
1
所示为目前常用压
每降低
100
kg,
油耗可减少
0.7
L/100
km,
轻量化设计
已成为当前燃油型与新能源车辆设计最关键的指标
。
20
世纪
40
年代
，
意大利菲亚特汽车公司研制出了铝
铸铝合金的牌号
、
化学成分与力学性能
，
其中尤以
A1-
Si-Cu
系合金应用最为广泛
，
诸如
AlSi9Cu3
(
A380
)
与
AlSi
11
Cu3
(
ADC
12
)
o
如表
1
所不
，
压铸铝合金
般
合金气缸盖并应用到部分车型上
；
50
年代德国一家汽
多添加
Si
、
Cu
、
Mg
、
Mn
、
Fe
、
Ni
与稀土元素
。
车公司对低压铸造技术进行改进
，
生产出了复杂结构
由于
Si
元素的凝固潜热远大于
Al
元素
，
添加适量
的铝合金压铸件，
并开始大量生产发动机后盖、
空冷
的
Si
可提高合金的工艺流动性能
，
降低热裂倾向
，提
缸盖等铝合金压铸件
；
自
60
年代后，
由于高压压铸技
术的发展
，
压铸铝合金在汽车中的应用大幅增加
，
逐
步取代铸铁
，
奠定了现代汽车工业广泛采用铝合金压
高材料的气密性
、
耐蚀性与热导率
，
当添加
25%
的
Si
元素时
，
压铸合金的凝固体收缩率可降至
0,
可用于
制造活塞等尺寸稳定性要求极高的压铸制品
1
旳
。
Fe
元
铸件的基础。
目前
，
国内外汽车行业铝合金压铸件应
用范围按使用功能分类
，
已用于结构件
、
受力件
、安
全件和装饰件等
，
主要包括以下几个方面
：
①动力系
素可改善脱模性能
，
一般添加量需
〉
0.6%,
过量
Fe
元素易形成针状或片状
0
-AlFeSi
相
，
降低合金的塑
性
，
可在提高
Fe
元素添加含量的同时添加适量
Mn
元素
(
W0.5%)
,
改善合金的脱模性能问
。
加入
Cu
元素可
统
：
缸体
、缸体盖、
缸盖罩
、
曲轴箱\'
气缸盖罩盖\'
油底壳
、
活塞
、
泵体
、
泵盖
、
进气管
、发电机壳体
、
增强合金的耐蚀性
、
机械强度与导热性能
，
提高合金
发动机齿轮室
、六座摇臂座、
发动机各类支架等(见
表
1
常见压铸铝合金的化学成分与力学性能
Table
1
Chemical
composition
and
mechanical
properties
of
conventional
die-casting
Al
alloys
合金系列
GB
YL101
ASTM
JIS
ADC3
ADC2
主要成分
力学性能
A360
AlSilOMg
(
Fe
)
bQ220MPa
；
<5
工
2.0%
Al-Si
YL102
A4I3
A380
A383
B390
AlSil2
(
Fe
)
AlSi9Cu3
(
Fe
)
”
Q279MPa
；
8
M2.7%
”
bM320MPa
；
8
M3.5%
b ^230MPa ； 8 M1.0% b ^220MPa ； 8 N1.0% YL112 ADC 10 ADC 12 Al-Si-Cu Al-Mg YL113 YL117 AIS 订 1C u 3 ADC 14 ADC5 AlSil7Cu5Mg AlMg5Sil YL302 518 ” bN220MPa ； <5 M2.0% 2020 年第 2 期 / 第 69 卷 压力铸造 foundry 图 1 ） ; 2\' 传动系统 ： 变速器壳体 、 变速器油路板 、离 至咼达 100 m/s, 因此充型时间很短 ， 一般在 0.01 ~0.2 s 合器壳体 、 换挡拔叉 、 变速箱支架等 （ 见图 2 ） ； 3 转向系统 ：链条盖、齿条壳体与涡轮壳体 。 4 底盘总 成 ： 悬置支架与横梁 （ 见图 3 ） ； 5 车身 ： 轮毂 、 骨架 之内 。 压铸与其他铸造工艺相比 ， 工艺特性主要体现 在\"高速充型与高压凝固 ” 。高速充型下熔体可以快 速填充模具型腔， 精确复制型腔的尺寸 、 形状以及表 面特征 。 但高速充型过程液态金属呈紊流状态 ， 易卷 与装饰制品 ； 6 其他： 减震器下端盖 、 压缩机支架 、 离合器踏板及刹车踏板等图 4 所示为汽车用铝合金 气形成孔洞缺陷， 且卷入的气体被覆盖有氧化膜 （ 厚 度约 1 ” m ） 的自由表面所包裹 ， 显著降低合金材料的 力学性能 3 。 高压下结合金属型腔的急速冷却 ，合金 压铸件汇总及占比示意图 。 由图 4 可知 ， 目前压铸铝合 金已在汽车行业得到了大范围的应用 3 。 熔体可在极短时间内迅速凝固 ， 获得组织均匀 、 晶粒 4 压铸铝合金组织与性能 压铸时常用的压射比压从几干至几万 kPa, 最高可 细小的凝固组织， 压铸制品近表面通常为无孔洞的表 层组织， 最外层是细小的树枝状 a-A1 基体组织 ， 自外 向内是体积分数不断增高的 Al-Si 共晶体组织 \" 4 -l5, o 达 2x10\' kPa, 压射充型速度约为 10-50 m/s, 有时甚 图 1 铝合金汽车发动机上、 下油壳体与发动机缸体 Fig. 1 Aluminum alloy engine cylinder block and upper/lower oil sump 图 2 铝合金汽车后驱动器和转向器 Fig. 2 The rear actuator and steering of automobile 图 3 压铸铝合金一体化副车架实物示意图 Fig. 3 Schematic diagram of integrated aluminum die cast sub-frame FOUNDRY 压力铸造 Vol.69 No.2 2020 玻璃边框仪衣盘 配电系统 悬挂副件 尾部面板 发动机盖 轮毂 保险杠 车身结构部件 热交换器 驾乍轴 空气爪缩机活塞 引擎副框架 刹车部件 图 4 汽车用铝合金压铸件汇总及占比 Fig. 4 Summary of automotive aluminum alloy die-casting parts and their proportion 对于压铸铝合金 ， 通常可通过添加稀土元素细化 铸制品的表面质量 。 通常在压铸铝硅合金中添加微量 ( 0.2 -0.45% ) 的 Ni 元素 , 压铸制品经抛光处理即可获 合金中的初生 a -Al 基体相与 Si 相， 同时实现共晶 Si 相 的硅相变质 ， 提高合金材料的强度与塑韧性。 稀土元 素在压铸铝合金中的存在形式主要为三种 ， 分别是固 溶在 a-Al 基体中 、 偏聚在相界 、 晶界和枝晶界处 ， 以及固溶在化合物中或以化合物形式存在 。 添加合适 得光洁的表面 ， 提高压铸产品的表面质量口 。 在含铜 和硅的压铸铝硅合金中加入 W3.0% 的 Zn 元素 ， 有助于 改善压铸铝硅合金材料的力学性能冋 。 Cr 元素可在合金中形成大量尺寸为 0.01 - 0.1 |x m 含量稀土元素后， 凝固时稀土元素易在固液界面前 沿富集而使前沿液相的浓度梯度增大 ， 从而产生成分 的弥散相 ， 抑制合金的再结晶和晶粒长大 ， 起到晶粒 细化的作用 ， 改善合金的韧性 。 当 Cr 元素添加量在 0-0.1 % 时随着添加量的增加 ， 合金材料的强度和伸长 过冷 ； 当过冷度大于形核所需的临界过冷度时 ， 就会 大大提高合金的液相形核率 ，减小合金的二次枝晶间 距 ， 细化熔体 ， 从而使得团簇增多变小 ， 延长晶粒生 长时间 ， 枝晶搭接时间也随之延迟 ， 改善合金材料的 率随之下降 ； 当 Cr 元素添加范围在 0.1%~ 0.2% 时随着 添加量的增加 ， 合金材料的强度和伸长率不断上升 ， 且在 0.2% 添加含量时取得最佳值的 o Mg 元素添加含量 流动性能 。 ADC 12 压铸铝合金添加 1 ,0%Sm 兀素后 ， 共晶 Si 相 — 般不超过 1.0%, 可在合金中生成适量的 Mg 2 Si 强化 相 ， 同时细化共晶 Si 相且不偏聚 ， 提高合金的强度 。 添 加微量的 Sc 元素可有效细化晶粒组织 ， 大幅延长材料 的低周疲劳寿命 。 通常在压铸铝合金中添加适量的 Cu 由粗大针状转变为短棒状与细小的球状组织 ， SDAS 由 51 “ m 减至 15 p.m, 平均晶粒尺寸由 90 |±m 降至 40 |x m, 图 5 所示为添加不同含量 Sm 元素时 A38O 压铸 元素 ，可使粗大树枝晶端部发生钝化且变为细小的花 铝合金的微观组织。 添加微量 La 元素经固溶时效热处 朵状晶粒 ，合金晶粒形态发生改变 ， 减轻合金的微观 偏析 。 a -AbCu 金属间化合物凝固前期弥散析出可阻碍 理后 ， 合金组织中的粗大块状多边形初晶硅消失 ， 共 晶硅形貌由长针状转变为短棒状且弥散分布 ， 有害化 晶界迁移降低晶粒的长大速度 ， 在快冷条件下细化枝 晶组织 ， 晶粒分布更加均匀 ， 合金致密性随之提高 ， 合物形态得到改善 ，且固溶温度越高 ， 有害的金属间 化合物溶解越多 ， 晶粒越细小 ， 见图 6 所示 。 当 La 元素 添加量在 0 ? 0.15% 时 ， 合金抗拉强度 、 硬度与冲击韧 且 Cu 元素可显著降低合金的液相线温度 ， 促使晶体分 枝形成细的缩颈 ， 易于产生晶体增殖 ， 显著细化晶粒 组织 ， 图 7 所示为不同 Cu 元素添加含量时 ADC12 压铸铝 度随添加量的增加而连续上升 ， 且在 0.15% 添加量时取 得力学性能峰值 ； 当 La 元素添加量超出 0.15% 时 ， 易 合金的微观组织网 。 压铸铝合金除可通过成分设计进行力学性能优化 外 ， 针对固溶强化型的压铸铝合金还可通过调整热处 形成针状的富稀土相 ， 恶化材料的力学性能时 。压铸 铝硅合金中添加适量的 Fe 元素 ( >0.6%) 可显著改善 压铸模具的粘膜现象 ， 但当 Fe 元素添加含量过高时 ， 易形成大量的 AhFe 、 Al 7 Fe 2 s Al-Si-Fe 片状组织相 ， 理工艺参数来调控压铸合金材料的强度与塑韧性 ， 同 时结合低压速 、 高压力的压铸工艺参数实现合金组织 的致密化 ， 有效提高压铸制品的力学性能 。 对于 Al-Mg 系压铸铝合金 ， 主要通过控制 Fe 元素含量， 调整 Si 、 Mg 元素添加比例改善合金的工艺流动性 、 线收缩率与 割裂 a-Al 基体组织 ， 恶化合金材料的塑韧性； 当 Fe 元 素添加量超出 1.0% 时 ， 过量的 Fe 元素易在: t 甘竭中产生 比重偏析 ， 压铸合金表面易形成大量硬质点 ， 降低压 2020 年第 2 期 / 第 69 卷 压力铸造 FOUNDRY 热裂敏感性 。 上海交通大学丁文江研究团队通过调控 Mg 、 Mn 元素含量 ， 添加少量 RE 元素 ， 解决了 Al-Mg- 人工时效选择 3 h 时合金强度可达 290 MPa ， 伸长率达 & 5% ； 当采用 T6 热处理人工时效 1 h 后 ， 合金抗拉强度 Si-Mn-Cu-Nd-La 压铸合金的粘模问题 ， 实现了合金材 与伸长率分别增至 310 MPa 、 16.5% ； 随着人工时效时 料的高韧性与自强化 。 西安理工大学张银帅研究指 间的延长 ， 当时效保温时间选择为 4.5 h 时， 抗拉强度 取得峰值 335 MPa, 伸长率降至 10.5% 口 〕 。 出 ， 添加 0.85% 的 Y 元素可明显改善 ADC12 压铸合金的 伸长率与冲击韧性 ， 经 520 七保温 8 h 的 T4 热处理后抗 拉强度可达到 225 MPa ， 冲击韧性可达 10.8 J/cm 2 ； 当 Ce 元素添加量为 1.07% 时 ， 可明显改善 ADC 12 压铸合金 5 压铸铝合金缺陷成因与应用评价 铝合金压铸制品存在的缺陷主要是气孔缺陷 ，产 的铸造流动性能呵。 压铸铝合金充型压射过程易卷入 气体 ， 高冷速压铸形成了较高的过饱和固溶度 ， 选用 常规热处理工艺易发生变形和鼓包 ， 因此一般多选用 生原因主要包括以下几类 ： ①合金熔体纯净度不够 ， 气体含量较高 ， 在压铸过程保留在铸件内部 ； 2 压铸 模具排气不畅产生气孔 ； 3 压铸工艺参数设置不当造 低温时效热处理工艺 。 压铸铝合金低温时效温度一般 多选择在 150-175 成卷气产生气孔 、 缩孔缺陷 ； 3\' 产品壁厚差异过大 随着时效时间的增加合金材料 引起气孔 3 。 为了解决压铸制件内部存在的气孔与缩 孔缺陷 ， 有效提高压铸制品的冶金质量与力学性能 ， 的强度连续上升 ， 塑性不断下降 ， 低温时效时间一般 不超出 12 h[2,) - 2l| o 北京科技大学罗文博研究了热处理对 流变压铸 A356 铝合金力学性能的影响 ， 采用 T51 热处理 国内外研究人员已提出真空压铸、 半固态压铸和挤压 压铸等先进技术 ， 以获得高强 、 高致密性 、可焊接 、 图 5 不同 Sm 含量压铸 A380 合金的微观组织 Fig. 5 Microstructure of A3 8() die-casting alloy with varying Sm content ( a ) 表面组织 ( b ) 心部组织 ( c ) 心部长针状组织 ( d ) 心部短棒状组织 图 6 La 元素对压铸合金表层与心部组织硅相变质效果对比 Fig. 6 Comparison of silicon phase modification effect in the microstructures of the surface and core of La metamorphism die-casting aluminum alloy (b) (d) (a) 无添加 (b) 1.51% (c) 1.98% ( d ) 2.52% 图 7 不同 Cu 元素含量的 ADC 12 合金材料微观组织 Fig. 7 Microstructure of ADC 12 die-casting alloy with varying Cu content FOUNDRY 压力铸造 热处理和扭曲的压铸制品 。 真空压铸是指将型腔内气 体抽空或部分抽空 ， 降低型腔内的气压， 便于充型和 排除熔体内的气体 ， 从而获得致密压铸件的方法 。相 对于普通压铸工艺 ， 真空压铸基体更致密 、内部气孔 小且分散 ， 在固溶处理过程不易合并长大 ， 同时氢气 孔的奥斯瓦尔德熟化效应表现较弱 ， 真空压铸工艺可 有效延迟压铸制品固溶处理过程表面起泡 ， 且起泡 核心距离表面越远 ， 核心尺寸越小及表面致密度 、 强度越高 ， 表面起泡所需时间越长 \"I 目前 ，典型的 高真空压铸工艺方法主要有德国的 Vacural 法 、 MFT ( Minimum Fill Time ) 法和日本的 Vaccum Golve Box 法 ， 近几十年来 ， 瑞士的方达瑞压铸 、 德国的索尼尔 和美国的哥德哈默是对该技术研究和应用比较成熟的 企业 z 2,1 o 目前使用高真空压铸工艺生产的铝合金汽 车零件已经得到了极大的发展 ， 比如 ： AM60B 镁合金 汽车轮毂就是运用真空压铸工艺进行生产的 ， AM60B 镁合金汽车方向盘就是运用真空压铸工艺在 2940 kN 热 压室压铸机上生产的 ， 伸长率是普通压铸镁合金方向 盘的 2 倍以上⑴ 。 采用真空压铸工艺后 ， 压铸件内部气孔率显著降 低 、 微观组织更细小 、 力学性能更高 ， 且可进行热处 理强化 ， 进一步提高压铸合金材料的强韧性 。 高真空 压铸技术的核心是控制型腔保持在真空状态 ， 现阶段 — 般采用的方法是将熔化炉与升液管和压射室连接 ， 将熔化炉中的空气抽空在熔化炉达到真空状态时再将 合金熔体填充至压射室中 ， 当压射室实现真空条件 时再进行压铸内 。 常规压铸铝合金伸长率一般不超过 4%, 而选用高真空压铸制造工艺 ， 压铸结构部件的伸 长率一般可达到 8% 左右 。 自 20 世纪 90 年代以来 ， 德 国 、 日本等硏究人员以 Vacural 法 、 MFT 法或独自开发 的高真空技术为基础 ， 展开了对高真空压铸铝合金材 料的研究和开发 ， 目前 ， 成熟应用于高真空压铸工艺 的铝合金成分见表 2 。 由表 2 可知 ： 目前国外开发的适 用于高真空压铸的合金材料主要为 Al-Si 系合金 ， 该系 合金铸造工艺性好 、 强度高 ， 可用于成形制造结构形 状复杂的一体化构件 ， 其中尤以 AlSilOMnMg 合金的用 量最为广泛 ， 通过增加 Si 含量提高工艺流动性 ， 降低 Cu 、 Fe 元素含量避免产生热裂和恶化材料力学性能 ， 添加 Ti 、 Sr 元素进行硅相变质与晶粒细化 。 Niklas 研 究表明当 AlSi 1 OMnMg 合金中的 Fe 含量在 0.47% ~ 0.6% 时 ， 合金强度与伸长率均随 Fe 含量增加而连续下降 ， 当合金中的 Mn/Fe 元素比控制在 2/3 时 ， 通过选用合理 的热处理工艺 ， 合金的伸长率可稳定控制在 8% 左右 。 采用高压射压力可提高充型阶段合金熔体的致密性 ， 减 少卷入性气孔的数量与尺寸 ， 减轻铸件内部的疏松缺陷 严重程度 ； 低压铸速度可以改善模具型腔的排气效果 ， 有效防止压室卷气 ， 同时又避免了压室温度下降过快 ， Vol.69 No.2 2020 人 38() 压铸合金在 66.7 MPa 压铸压力与 0.1 m/s 压铸速度下 抗拉强度可达 365 MPa, 伸长率保持 ?4.2% 124 ? 广东鸿 图科技有限公司周海军等人采用超点冷技术完成了压 铸模具的优化设计 ， 减少了压铸过程卷入铸件内部的 气体含量， 有效改善了疏松\' 缩孔等冶金缺陷\" 。 结 合计算机仿真计算手段 ， 采用数值模拟对充型过程合 金熔体的流速与压力分布进行预测 ， 可对模具设计进 行优化， 将型腔内卷入的气体进行合理的排除 ； 借助 温度场计算结果可对高速压射过程合金熔体的凝固收 缩进行精准预测 ， 优化浇注系统 ， 提高压铸产品的冶 金质量阳 。 陕西法士特汽车有限公司传海军研究了压 射速度对 A380 压铸铝合金性能的影响 ， 研究指出压铸 时设定适当的低压射速度对合金组织的细化有明显的 提高 ， 且能明显改变金属间化合物的形态 ， 压铸组织 更加致密 ， 非树枝晶组织呈球态分布 ， 可明显提高压 铸制品的力学性能 5 。 对于存在严重疏松缺陷的压铸 制品 ， 可通过真空加压浸渗加以改善 ， 即在一定条件 下将浸渗剂渗透至压铸制品微孔隙中 ， 经固化处理使 渗入微孔隙中的填料与铸件孔隙内壁连成一体 ， 堵住 微孔隙 ，以满足压铸产品使用要求踊 。 在高真空压铸合金材料体系选择上 ， 与 Al-Si 系合 金相比 ， 选用 Al-Mg 系合金无需经固溶处理即可获得优 良的抗拉强度与伸长率 ， 但 Mg 元素的添加给合金的熔 炼及压铸控制带来了一定的难度 ， 主要用于成形制造 — 些对力学性能要求不高的压铸件 。 德国 Rheinfelden Gm-bH 公司开发的 Magsimal-59 ( AlMg5Si2Mn ) 高强 韧高真空压铸合金铸态伸长率可达 15% 以上 ， 屈服强度 超出 120 MPa, 近年来大量应用于新能源汽车行业 。 为 避免压铸过程脱模剂高温气化油雾随液流卷入压铸产 品内部 ， 在电镀与其他表面处理过程产生铸巢气泡 ， 可在脱模剂中添加适量的细小 SiC 颗粒 ， 细化压铸制品 的表层晶粒 ， 降低晶粒间缝隙尺度 ，改善产品的表面 质量凸 。 国内胡祖麟等通过控制 Mg 含量 ， 结合时效热 处理工艺参数优化对 AlMg5Si2Mn 合金进行了优化改 进 ， 铸态强度与伸长率可达 324 MPa 与 8.31%, 经 250 %： 时效 1 h 处理抗拉强度与伸长率高达 369 MPa 与 8.47%, 已广泛应用于汽车副车架的批量化生产何。 重庆大学 贾从波研究了热处理对真空压铸 AI-9.0Si-3.0Cu-l.2Fe- 1.0Zn-().3Mg 汽车发动机缸体力学性能与微观组织的影 响 ， 指出经 500 t 固溶处理 ， 共晶硅形貌不断球化且在 4 h 达到最佳球化效果 ， 随着保温时间的持续增加 ， 共 晶硅形貌分布随之恶化 ； 经 500 t 保温 0.5 h 固溶处理与 150 t 保温 5 h 处理 ， 合金材料的抗拉强度均值 、 抗拉 强度稳定性 ， 伸长率稳定性最高冋。 半固态压铸是指在一定的冷速下获得约 50% 甚至 更高固相组分的浆料 ， 通过压铸使浆料成形的技术 ， 主要包括流变成形与触变成形两种工艺 ， 国内北京有 2020 年第 2 期/ 第 69 卷 压力铸造 foundry 表 2 高真空压铸铝合金化学成分 Table 2 Chemical composition of high vacuum die-casting aluminum alloys 厶仝 口證 ?v B /% 其他 Si Cu Mg 0 」? 0.5 Fe Mn Zn 0.1-0.5 Ti Sr 0.01 ? 0.015 0.006 ? 0.025 0.01 -0.16 A1 余量 Silafont-36 9.5 ~ 11.5 8.5 ~ 10.5 0 ? 0.03 0-0.15 0-0.15 0.5 ~ 0.8 0.35-0.6 0.04 ? 0 」 5 0-0.15 0 」 -0.25 Castasil-37 0-0.05 0 ? 0.03 0 ? 0.03 0 ? 0.25 0 ? 0.06 0-0.07 — — 0-0.1 0-0.03 0-0.03 0.05 ? 0.15 余量 余量 余量 余量 Aural-2 Aural-3 367.0 368.0 9.5~ 11.5 0.27-0.33 0.4 ~ 0.6 0-0.22 0 ? 0.22 0.45 ? 0.55 0.45 ~ 0.55 0.25-0.35 0.25-0.35 0-0.08 0 ? 0.08 0-0.2 0-0.2 9.5 ? 11.5 8.5-9.5 8.5-9.5 0.01 ~0 」 6 0.05 ~ 0.07 0.3 ~ 0.5 0.1 ~0.3 0-0.25 0-0.25 0 ? 0 」 0-0.25 0-0.1 0.05 ~ 0.07 0.05-0.15 余量 色研究总院 、 北京科技大学 、 清华大学等高校在坯料 构方向发展 ， 为压铸技术的发展提供了应用基础与源 制备 、 流变学等方面开展了一部分的研究工作 ， 目前 动力 。 近年来 ， 铝合金压铸技术的发展总体而言 ， 就 是通过对合金材料成分进行不断优化调整 ， 结合高真 尚未完全进入工程化生产研制叫旳 。 挤压压铸又称液态 金属模压 ， 该工艺铸件致密性好 、 力学性能高且无浇 冒口 ， 具有良好的工艺优势 ， 可替代传统的压铸和真 空压铸技术与热处理工艺参数调控 ， 充分发挥合金材料 的工艺特性 ， 借助高压注射与低速充型不断提高压铸合 金材料的综合力学性能 。 随着军民融合的不断深入 ， 大 空压铸工艺 ， 目前整体仍处于理论硏究阶段 “ 泅 O 量环筒类弹箭结构制品由于对疲劳性能要求不高 ， 根据 6 压铸铝合金未来发展趋势 电动新能源汽车行业近年来对动力性 、 安全性 、 舒适性 、 轻量化等技术指标要求的不断提高 ， 所需铝 结构集成一体化轻量设计 ， 可采用压铸工艺进行批量化 生产研制 ， 缩短产品的研制周期 、 降低其生产成本 ， 为 压铸铝合金的推广应用提供了发展基础 。 合金制品逐渐向薄壁 、 高强 、 低成本与一体化集成结 参考文献 ： ［ 1 ］ 雷衡兵.真空压铸铝合金副车架铸造工艺仿真与疲劳寿命研究 ［ D ］ . 长沙 ： 湖南大学. 2017. ［ 2］ 项文杰.佟志国.铝合金压铸件设计要点卩 ］ .工业技术. 2017 ( 27 ) ： 102-104. ⑶孙饪 ， 许善新 ， 汤杰.等.汽车铝合金副车架挤压铸造工艺设计和产品开发 ［ J ］ . 铸造 ， 2015. 64 ( 1 ) ： 17-21. ［4 ］ 王化喜 ， 郭丙征.汽车压铸及铸造铝合金 ［ J ］ . 建筑论坛. 2017 ( II ) ： 1944-1944. ［ 5 ］ 刘云志 ， 曹帅兵.浅析汽车压铸及铸造铝合金研究 ［ J ］ . 建筑机械. 2018 (7) ： 941-941. ⑹ 董显明 ， 塞超.铝合金压铸标准现状及展望 ［ J ］ . 铸造 ， 2017, 66 ( 10 ) : 1122 — 1124. ［ 7 ］ 张百在 ， 万里 ， 黄志垣 ， 等.大型复杂铝合金汽车动力部件的压铸技术开发 ［ J ］ ?特种铸造及有色合金 ， 2009, 29 ( 11 ) ： 1030- 1032. ［ 8 ］ 穆妍君.压铸铝合金中合金元素的作用及应用 ［ J ］ . 新材料 ， 2013 ( 163 ) ： 139-140. ［ 9 ］ 陈志超?高硅压铸铝合金拔叉断裂原因分析 ［ J ］ . 精密成形工程 ， 2019, 11(2) ： 96-100. ［10 ］ 梁涛?压铸铝合金中合金元素的作用及应用 ［ J ］ . 硅谷. 2012 (2) ： 150-151. ［11 ］ 文浩 ， 罗斌 ， 谢达明?压铸铝合金在汽车上的应用及发展 ［ J ］ ?世界有色金属 ， 2017 ( 7 ) : 269-271. ［12 ］ 黄正华.张银帅 ， 宋东福 ， 等.压铸铝合金的应用及研究进展 ［ J ］ ?材料研究与应用 ， 2017, 11 ( 1 ) ： 1-5. ［ 13 ］ 董普云 ， 赵海东.王芳 .ADC12 压铸件卷入氧化膜特征的研究 ［ J ］ . 铸造技术 ， 2011, 32 ( 8 ) : 1139-1142. ［14 ］ 梁鹏?真空压铸铝合金发动机缸体缺陷与热处理研究 ［ 叨?重庆 ：重庆大学， 2017. ［15 ］ 贾从波?热处理对真空压铸铝合金发动机缸体组织和性能的影响研究 ［ D ］ . 重庆 ： 重庆大学. 2016. ［16 ］ 任鑫.谷永旭 ， 马琳 ， 等 .La ? 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Research Status and Future Development Trend of Die Casting Aluminum Alloys FAN Zhen-zhong 1,2 , YUAN Wen-quan 3 , WANG Duan-zhi 3 , DONG Chun-yu 4 , YANG Huan 4 , CHEN Jun - zhou 1,2 ( 1 . Beijing In stitute of Aeron autical Materials, Beijing 100095 , China; 2. Beijing Advanced Engineering Tech no logy and Application Research Center of Aluminum Materials, Beijing 100095, China ； 3. Beijing Institute of Aerospace Systems Engineering, Beijing 100076, China ； 4. Sichuan Aerospace Changzheng Equipment Co., Ltd., Chengdu 610100, Sichuan, China ) Abstract: The article briefly presents die-casting aluminum alloys 5 characteristics and classification, expounds their microstructure, mecha nical properties and progress of die casting tech no logy as well as the present status of technology research and product application of die casting aluminum alloys. Typical applications of die casting aluminum alloys to automobile and electronic equipment are listed. In the end, the direction of the future development is predicted and the problems needing urgently to be solved are put forward. Key words: die casting aluminum alloy; die casting technology; research status; microstructure; mechanical properties (编辑:张允华, zyh@ )
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