程汉明-免热处理高韧性铸造铝合金研发突破及应用进展.pdf

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1、免热处理高韧性铸造铝合金研发突破及应用进展鸿劲新材料研究(南通)有限公司程汉明2023.9.13 目录CONTENTS研发背景产品应用成分设计及优化微观组织与力学性能Part1研发背景自 强 不 息厚 德 载 物知 行 合 一、世 致 用C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y轻量化新能源汽车采用电池作为动力来驱动汽车运转，受动力电池重量、动力电池续航里程的限制，在严苛的节能降耗法规下，车身轻量化成为新能源车企首先考虑的问题。先进车身制造工艺轻量化合金材料优化车身结构 轻量化合金首选材料：铝合金，比钢制汽车减重可达30%-40%，平均每辆汽车可降低

2、质量300kg；优化车身结构：一体化、薄壁化，复杂化车身用铝示意图研发背景自 强 不 息厚 德 载 物汽车用铝合金中铸造铝合金占据主导地位，其中高压压铸件占比达55.1%；高压压铸普通铸造挤压轧制锻造汽车用铝合金成型方式车身中的压铸结构件车身结构件特点：尺寸大；结构复杂；壁厚仅23mm 性能难以达到结构件要求；铸态下伸长率通常仅有5%-7%；不做热处理？受压铸工艺影响，易起泡、卷气、变形，增加成本，降低生产效率；固溶时效处理？开发应用于新能源汽车车身结构件的免热处理高韧性压铸铝合金材料迫在眉睫，也是必然趋势！车身结构件的热处理成为一项难题!研发背景汽车结构件作为承载受力件与汽车安全性密切相关，

3、对其力学性能要求较高，尤其是伸长率。普通压铸铝合金无法满足要求，对高强韧压铸铝硅合金的开发主要集中于国外。A柱，6kg815575190 mm车身连接件，4.8kg210550340 mm车架，10.3kg1020690280 mm减震塔，4.1kg532365299 mm压铸Al-Si系合金在轻量化车身结构件中的应用高强韧压铸铝硅合金抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率/%AlSi10MnMg280-310140-1705-7Silafont-36（德国莱茵公司）Fe含量控制在0.15%以下250-280110-1305-7Aural-2/3系列（加拿大铝业）Fe含量不超过0.2%260-

4、300120-1405-7EZCASTTM系列（美国铝业）国外技术垄断250-270110-15010-14研发背景Part2成分设计及优化自 强 不 息厚 德 载 物为获得更高韧性的压铸件，从合金设计的角度出发，主要途径有以下几种：细化晶粒及各种显微组织细化细化 尽量降低材料中有害杂质的含量纯化纯化 引入塑性较好的组元，降低脆性相的不利影响复化复化高压压铸，快速充型，极速冷却凝固，获得细化晶粒组织添加V、Cr等微量元素，改善第二相的形态和分布，提高合金塑性纯化合金成分，降低Fe、Mg，Cu等元素含量，减少粗大针状第二相割裂基体的有害影响；调控Si元素含量，改变共晶区域面积占比，间接调控-Al

5、 晶粒大小；添加晶粒细化剂合金成分设计及优化自 强 不 息厚 德 载 物免热处理压铸Al-Si合金成分设计方案按照上述思路，在AlSi10MnMg合金基础上调控元素含量：Si：7%-10%；Al-Si 合金的共晶点为12.5%，在此成分点左侧，随着 Si 含量的上升，合金的结晶温度区间变窄，熔体粘度和表面张力降低，合金流动性提高，热裂倾向降低。Mg：0-0.4%；Cu 比 Mg 对合金塑性的不利影响更大，添加少量的 Mg可使合金性能发生较为明显的变化；Fe：0.1%-0.35%；Ti、V、Cr细化处理从四个层次步步推进、逐步优化，设计开发出适用于汽车结构件的免热处理高韧性铸造合金。合金成分设计

6、及优化提高塑性指标权重，优化强韧化指数K表达式：Al-xSi压铸合金实测成分Si含量及放置时间对Al-xSi合金力学性能的影响Al-xSi合金共晶Si面积占比及-Al晶粒尺寸统计Al-xSi合金的金相显微组织Si含量对亚共晶压铸Al-xSi合金组织与性能的影响Si含量增加，Al-xSi合金抗拉强度与屈服强度分别提升10.8%和16.2%，断后伸长率下降至10.48%；随着Si含量的提高，Al-xSi合金熔点降低，合金在更低的温度析出-Al初晶相，共晶Si面积分数从30.79%增加至46.17%，形态由以颗粒状+短棒状为主转变为以短棒状+长条状为主，结合K值选择Si含量范围为8.5%-9.0%做