压铸铝合金材料的发展趋势

一.前言

汽车提高油耗，减少地球加热气体CO2的排放量仍然是一个需要解决的问题，其中一种方

近年来，为了满足汽车行业对车身或悬挂部件的需求，从建立高真空压铸方法、压缩室绝缘、分析技术等方面使压铸技术更加进步，现在无气孔缺陷和破裂冷层高质量铝合金压铸制造技术已经实用。在压铸技术进化的同时，也迫切需要高延性压铸铝合金，可应用于汽车需要碰撞安全部件，因此也开发了符合这一特点要求的新合金材料。这种高质量的铝压铸新合金是在德国开发的Rheinfelden以公司为主角，到目前为止，该公司已开发出三种具有特色的高延性压铸合金，并且已经实用，而且在新合金的使用上，Rheinfelden该公司还与欧洲汽车制造商合作，开发铝合金压铸件的新用途。

二. 新材料用于优质压铸件

1.低Fe-Al-Si-Mg系压铸合金（Silafont-36TM）

90%以上的铝合金压铸件使用Al-Si-Cu系合金制造（ADC12)，属于一般压铸合金ADC12.非纯物

因此，为了解决上述传统合金的问题，开发了低成本合金Fe-Al-Si-Mg系压铸合金Silafont-36（已纳入AA365规范，以下仅以商品名称表示以便与其它公司的合金有所区别）。Silafont-36当初系为了Audi公司的汽车空间桁架接头部件是为压铸件开发的，所以主要要求特点是伸长率15%以上和焊接性，表1是Silafont-36合金组成。

表1 Silafont-36的合金组成（mass %）

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Zn

Ti

Sr

其它

Min.

9.5

－

－

0.5

0.1

－

0.04

0.01

－

Max.

11.5

0.15

0.03

0.8

0.5

0.07

0.15

0.02

0.10

Silafont-36是以纯度99.为了稳定压铸件的质量，85%以上的原铝锭被熔化，各合金元素的组成范围被窄而严格地设置和管理。为了保证高延性，特别限制Fe低含量，防止粗大AlFeSi化合物沉淀Mn添加是为了防止合金粘附到压铸模具中，因为根据经验，如果要防止粘附Mn含量更好是0.4%以上。另外，虽然Mg含量范围规格较宽，但仍必须根据所需的机械性能进行调整，有0.13～0.19%、0.18～0.28%、0.24～0.可分别使用分别使用35%。Sr是为了共晶Si添加改进处理，对耐腐蚀性有不良影响Cu、Zn严格限制不纯物元素。

表2是Silafont-36F材料的机械性能，显示基础Mg其机械性质会随着含量的不同而变化，例如Mg随着含量的增加，降伏强度会增加，伸长率会下降，所以机械性能可以通过Mg调整含量和热处理条件的选择，图1为Silafont-36机械性能与热处理的关系，其数据是从各种压铸件实体的试片中取样的。经过适当的选择Mg含量和热处理条件，Silafont-降伏强度100~280MPa，伸长率为5~22%的广泛机械特性。也就是说，在需要延性和高强度的同时，可以选择Mg含量0.24～0.35%合金的T5或T6材料；在要求高延性的情况下，可以选择Mg含量0.13～0.19%合金的T7材料。

表2 Silafont-36F材料的机械性能

Mg含量

（mass %）

0.2%降伏强度

（MPa）

抗拉强度

（MPa）

伸长率

（%）

0.15

117

250

11.2

0.28

121

264

10.2

0.30

133

279

8.1

0.33

141

261

6.3

0.42

146

286

5.8

与未添加Sr的AlSi9MnMg添加合金Sr的Silafont-36其共晶Si形状会从层状变成细球状。也因为这种共晶Si因此，即使是形状的变化，F材料的伸长率也可达到10%的高延性。通过实施固溶处理，虽然共晶Si它会长大，但也会球形化，这种共晶Si球状化，就是让它T7材产生高延性的原因所在。

2.非热处理型高强度高延性Al-Mg-Si系压铸合金（Magsimal-59TM）

Al-Si-Mg如果系统合金想要获得高强度和高延性，则必须进行热处理，包括固溶性处理。对于薄肉和大型压铸件，它们经常变形，导致尺寸变化，因此必须在热处理后进行矫正。因此，随着高强度和高延性压铸铝合金的发展，为了满足这一需求，开发了低延性压铸铝合金Fe-AlMg5Si2Mn合金（Magsimal-59）。

Magsimal-59也是以纯度99.以8%以上的原生铝锭为基础熔制而成，Fe含量限制在0.2%以下，表3是Magsimal-59合金组成。本合金的主要成分是Mg、Si、Mn，组织则是由α相和Mg2Si共晶构成，其中Mg、Si调整含量Mg2Si共晶率为40~50%(面积率)，具有良好的铸造性和熔汤供应性Mg/Si比为2.保证5以上的耐腐蚀性和耐腐蚀性α相的强度Mn则和Silafont-36的情况是一样的，以取代它Fe添加金属模具以防止粘附。另外，由于Al-Mg合金熔化时容易产生氧化浮渣，因此需要添加微量Be防止浮渣产生。

表3 Magsimal-59的合金组成（mass %）

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Zn

Ti

Be

其它

Min.

1.8

0.5

5.0

Max.

2.6

0.2

0.05

0.8

6.0

0.07

0.20

0.004

0.2

表4是Magsimal-59压铸件的机械性能及其与压铸件肉厚的关系。表明肉厚越大，冷却速度越慢，强度越低，但压铸件的一般肉厚为4mm以下可获得高强度高延性。Al-Mg系合金一般会担心应力腐蚀破裂问题，在依据ASTM G耐应力腐蚀试验结果为47-90，Magsimal-59F无论是黑皮还是表面铣削，材料都没有应力腐蚀破裂。

表4 Magsimal-59的机械性质

肉厚

（mm）

0.2%降伏强度

（MPa）

抗拉强度

（MPa）

伸长率

（%）

＜2

＞220

＞300

10～15

2～4

160～220

310～340

12～18

4～6

140～170

250～320

9～14

6～12

120～145

220～260

8～12

Magsimal-59和Al-Si与合金相比，其凝固收缩率大，因此必须特别注意模具设计，并采用脱模坡度1.5°以上等适合Magsimal-59铸造条件，表5为Magsimal-与其它合金相比，59压铸的相关特性及其比较。

表5 Magsimal-59压铸相关特性

Silafont-36

Magsimal-59

AlMg3Mn

ADC12

凝固温度范围（℃）

590～550

618～580

580～515

热破裂倾向

无破裂

小

大

无破裂

粘附金属模具

小

小

大

小

线收缩率(%)

0.4～0.6

0.6～1.1

0.9～1.3

0.4～0.6

模具寿命

90%

70%

120%

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