特斯拉Model Y成功展现了一体压铸免热处理工艺所带来的生产效率提升、生产成本降低和生产周期缩短的显著优势(图1)。在特斯拉的引领下，以蔚小理为代表的造车新势力们积极布局一体化压铸免热处理工艺技术，有望引领汽车制造业新的工艺革命，而一体化压铸成型免热处理工艺首先要突破的技术壁垒就是新型铝合金材料的开发，这是一体化压铸成型免热处理工艺的基础。
图1 一体化大型压铸件
1 一体化压铸成型免热处理高韧性铝合金应用背景
1.1 一体化压铸工艺优点
大型零部件一体化压铸是对传统汽车制造工艺的颠覆，结束了传统汽车制造先冲压后焊接的方式，工艺复杂度大幅降低，生产周期大幅缩短，同时在轻量化和降本方面效果显著。具体来说一体化压铸工艺优点。
(1)轻量化：在大尺寸结构件上充分利用铝合金的低密度特性，有望大幅度减轻车身重量。
(2)提效降本：通过一次压铸成型，大大减少零部件的生产线数量，并减少焊接环节的工序，从而缩短生产周期。
(3)提高零件强度：一体化压铸避免了焊接造成的强度降低，同时在设计零件时可不考虑安装孔、安装位置等要素，从而使用更优化的工程学结构。
1.2 一体化压铸工艺难点
一体式大型结构件无法进行高温热处理，急需开发一款新型免热处理高韧性铝合金材料来替代AlSi10MnMg，降低热处理成本，同时保证材料成型后依然具有足够的强度和韧性。
2 免热处理高韧性铝合金的材料开发
2.1 免热处理高强韧性铝合金材料技术要求
该铝合金属于Al-Si系列铝合金，引入Mn元素，改善材料的脱模效果，抵消Fe元素带来的不利影响;引入其他几个微量元素，细化晶粒，提高强度。并且材料生产允许添加一定比例的铝废料，此举可降低铝合金生产的碳排放，有助于尽早达到碳中和目标。
2.2 免热处理高韧性铝合金材料压铸工艺
熔化温度：730 ℃±10 ℃、除气时间：10～15 min，与AlSi10MnMg相当;压铸温度：700～710 ℃，比AlSi10MnMg约高20 ℃;模具温度：120～180 ℃(根据产品实际情况);压铸参数：可参考AlSi10MnMg参数(根据产品实际情况)。
2.3 过程管控
熔体净化度(降低渣及气孔含量)、真空度保证(模具密封、抽真空排气)、预结晶控制(熔杯铝液温度、料筒加热、压铸工艺)。
2.4 材料验证
(1)试片及平板模：力学性能测试(不同自然时效时间、烘烤工艺)、焊接、铆接、胶结、喷涂等。
(2)小型铸件：减震塔等;不同位置力学性能(不同自然时效时间、烘烤工艺)；中型铸件：副车架、后纵梁等;不同位置力学性能(不同自然时效时间、烘烤工艺)。
(3)大型一体化铸件：前机舱、后地板等;不同位置力学性能(不同自然时效时间、烘烤工艺)。
2.5 工艺验证
(1)温度：压铸温度、模具温度等。
(2)速度：高速、中速等。
(3)压力：铸造压力。
(4)时间：压射时间、冷却时间、增压时间等。
3 免热处理高韧性铝合金材料性能
为了评估新型铝合金的材料性能，该铝合金原材料厂家针对材料进行拉伸试片，平板模本体取样试片和零件本体取样测试，以此检验材料的力学性能、金相组织、拉伸试片断口形貌和疲劳性能。
3.1 拉伸试片力学性能(稳态)(图2)
图2 拉伸试片力学性能
3.2 拉伸试片金相组织(图3)
图3 拉伸试片金相组织
3.3 平板模本体取样位置及平板模本体取样力学性能(图4～图6)
图4 平板模本体取样位置
图5 平板模本体力学性能
图6 平板模本体拉伸试片断口
4 免热处理高韧性铝合金应用案例
随着一体化压铸免热处理工艺技术的落地应用，由于大型产品相对小型铸件的结构更复杂，不同部位需要满足的力学性能和要求的工艺参数也可能差异巨大，所以在新产品生产前，压铸企业需要根据客户的需求深入参与一体化产品的开发设计流程，根据客户需求和原材料性能对压铸工艺参数进行针对性的优化。
4.1 减震塔-免热处理高韧性铝合金
减震塔压铸件实物如图7所示。
图7 减震塔实物
减震塔本体取样力学性能如图8所示。
(a)抗拉强度
(b)屈服强度
(c)伸长率
图8 减震塔不同位置本体力学性能
4.2 后纵梁-免热处理高韧性铝合金
后纵梁压铸件实物及拉伸试片取样位置如图9所示。
图9 后纵梁及取样位置
不同铸件的力学性能如图10所示。
(a)抗拉强度
(b)屈服强度
(c)伸长率
图10 RGA不同编号铸件力学性能
后纵梁本体取样，不同部位的力学性能如图11所示。
(a)抗拉强度
(b)屈服强度
(c)伸长率
图11 RGA不同部位铸件力学性能
后纵梁本体X光探伤结果如图12所示。
图12 X光探伤结果
5 结语
在“蓝天保卫战”和“双碳”政策驱动下，汽车节能减排、产业链低碳化发展形势非常紧迫，一体化压铸免热处理新型铝合金材料的开发为整车零部件一体压铸工艺的优化和拓展提供了坚实基础。
围绕一体化压铸免热处理新型铝合金的开发，检测，应用及其发展趋势展开深度交流和讨论，充分展现了其在铝合金原材料领域扎实的研发能力和深厚的技术积累，展示其原材料在多个行业的广泛应用，给读者带来启发。
后续整车、压铸及原材料企业一起推进一体化压铸免热处理工艺在整车零部件上的应用，为早日实现汽车产业的碳达峰和碳中和贡献自己的一份力量。
