压铸铝合金铸件在汽车中的应用现状与前景

铝是地球上含量更大的金属元素。铝合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性好、热稳定性好、加工性能好、回收性能稳定、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世界上**个独特的奥迪全铝车身框架结构（Aluminum Space Frame，ASF）的豪华轿车AudiA8.整车减重50%，强度性能提高60%。2013年，美国福特百年车型Ford GT整车采用全铝结构，大部分车身外覆盖件采用铝合金超塑性成型技术，全车减重64%。目前，就全球汽车工业制造而言，每辆车的铝合金平均用量超过120 kg，约占整车总重量的10%，铝代钢的趋势不断增加。

随着汽车市场竞争的日益激烈，制造商正在向高质量、高可靠性、轻、节能环保、低成本方向发展，随着汽车排放标准和国际环保政策的逐年加强，新能源汽车已成为未来汽车领域的关键发展方向，高强度、高质量的新能源汽车结构部件（车身、柱、底盘、减震塔等）也需要采用压铸成型工艺。这说明铝合金压铸在压铸行业中起着重要的作用，是压铸行业的主流。

1 压铸铝合金成型工艺的特点

除了具有良好的压铸工艺性能和良好的机械性能外，压铸铝合金还需要具备以下工艺性能：

（1）良好的热塑性流变性能应在过热度低、液体和固相线温度附近具有良好的热塑性流变性能，以实现复杂腔的填充，形成良好的铸造表面，避免收缩缺陷；

(2)线收缩率小，避免压铸过程中的裂纹和变形，提高产品的尺寸精度；

(3)凝固温度范围小，便于快速凝固，减少内部收缩孔等缺陷数量；

(4)高温热强度好，开模时避免热裂或严重变形；

(5)铸件/铸件界面性能好，与压铸模具无化学反应，亲和力小，避免粘度和铸件/铸件界面的合金反应；

(6)物化性能好，在高温熔化状态下不易吸气氧化，能满足压铸过程中长期保温的需要。

与其它制造工艺相比，压铸工艺具有生产效率高、尺寸精度高、机械性能好、材料利用率高、批量生产经济效益好等优点。

在汽车铝合金中，压铸铝合金和其他铸造铝合金约占80%，加工铝（板、带、箔、管、棒、型、线、锻、粉、膏等）仅占20%左右，压铸件的用量约占铸造产品总用量的70%。因此，压铸铝合金产品约占汽车铝的54%~70%。

2 提高压铸铝合金综合力学性能

除了通过成分设计优化压铸铝合金的力学性能外，固溶强化压铸铝合金还可以通过调整热处理

为了解决压铸件的气孔和缩孔缺陷，有效提高压铸产品的冶金质量和机械性能，国内外研究人员提出了先进的真空压铸、半固态压铸和挤压压铸技术，以获得高强度、高密度、焊接、热处理和扭曲的压铸产品。

常规压铸铝合金的伸长率一般不超过4%，而采用高真空压铸制造工艺，压铸结构件的伸长率一般可达8%左右。

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、低能耗等指标。汽车重量对燃料经济起着决定性的作用，汽车重量每次下降100 kg，油耗可减少0.7 L/100 km，轻量化设计已成为燃油型和新能源汽车设计更关键的指标。

20世纪40年代，意大利菲亚特汽车公司开发了铝合金气缸盖并应用于部分车型；20世纪50年代，德国汽车公司改进了低压铸造技术，生产了结构复杂的铝合金压铸件，开始生产发动机后盖、空冷缸盖等铝合金压铸件；自20世纪60年代以来，由于高压压铸技术的发展，压铸铝合金在汽车中的应用显著增加，逐渐取代铸铁，为现代汽车工业广泛使用铝合金压铸件奠定了基础。

目前，铝合金压铸件在国内外汽车工业的应用范围已用于结构件、应力件、安全件和装饰件，主要包括以下几个方面：

(1)动力系统:缸体、缸体盖、缸盖盖、曲轴箱、缸盖盖、油底壳、活塞、泵体、泵盖、进气管、发电机外壳、发动机齿轮室、六座摇臂座、各种发动机支架等。(见图1)；

(2)传动系统:变速器壳、变速器油路板、离合器壳、换档拔叉、变速箱支架等。(见图2)；

(3)转向系统:链盖、齿条壳和涡轮壳；

(4)底盘总成:悬架和横梁(见图3)；

(

(6)其他:减震器下端盖、压缩机支架、离合器踏板、制动踏板等。

图4显示了汽车铝合金压铸件的总结和比例。从图4可以看出，压铸铝合金已广泛应用于汽车工业。

图1 铝合金汽车发动机上下油壳和发动机缸体

图2

图3 压铸铝合金一体化副车架实物示意图

图4 汽车铝合金压铸件汇总及比例

4 压铸铝合金应用于汽车的未来发展趋势

近年来，电动新能源汽车行业对动力、安全、舒适、轻等技术指标的要求不断提高，所需的铝合金产品逐步向薄壁、高强度、低成本、集成结构方向发展，为压铸技术的发展提供了应用基础和源动力。近年来，铝合金压铸技术的发展是通过不断优化和调整合金材料成分，结合高真空压铸技术和热处理工艺参数控制，充分发挥合金材料的工艺特点，通过高压注射和低速充电不断提高压铸合金材料的综合力学性能。随着军民融合的深入，大量圆柱形弹箭结构产品由于疲劳性能要求低，根据结构集成轻设计，可采用压铸工艺进行批量生产开发，缩短产品开发周期，降低生产成本，为压铸铝合金的推广应用提供了开发基础。

资料来源020年(2)中国航发北京航空材料研究院范振中等《压铸铝合金研究现状及未来发展趋势》节选。

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