车身结构件(例如减震塔,A/B柱,横梁,门内板等)是车体的框架,作为支撑车体的骨骼,它是汽车安全的第一保障。这类零件通常是尺寸很大,且结构复杂,因此传统设计的结构件大都采用钢板冲压焊接工艺将多个零件组装而成。
随着汽车轻量化技术的不断进步,特别是超高真空高压铸造技术的不断完善以及超高吨位巨型压铸机的出现,高压铸造铝合金车身结构件正愈来愈多地被用来代替钢板冲焊结构件。典型的高压铸造铝合金零件如下图:
图一 典型结构件:减震塔
图二 红色零件为典型的铝合金车身结构件
采用超高真空高压铸造铝合金结构件必须首先解决以下几个问题:
1. 通常的车身结构件尺寸大,结构复杂,且壁厚通常只有2~3mm,因此铝合金材料需要有优异的铸造性能;
2.铝合金车身结构件要求铝合金材料具有高延伸率及较高强度,以满足安全性能(碰撞测试)要求和零件连接要求。
用超高真空的压铸技术生产的常规零件,通常采用AlSi10MnMg铝合金材料并需要经过T7热处理才能达到所需性能,而且热处理会导致零件变形进而需要矫正。复杂的热处理及矫正工艺,导致这类高压压铸造铝合金零件成本很高,因此它们目前仅在中高端车型上有较多的应用,比如蔚来汽车ES8,凯迪拉克CT6,宝马的5系和7系,奔驰的C级。
电动汽车的快速发展正迅速拉动着高压铸造铝合金车身结构件的大规模的应用,使得超高真空高压铸造生产技术在国内得到更多的应用。当特斯拉公开其一体式后地板的巨型超高真空高压铸造铝合金件,业界为之震惊!要实现如此大尺寸的零件铸造,只有使用非热处理的铝合金铸造材料才能避免热处理带来的零件变形和气泡问题。许多国内压铸厂虽然已经全面掌握该超高真空高压铸造生产工艺,尚无非热处理合金的技术和经验,无法进行一体化大型车身结构件的生产。
帅翼驰新材料公司作为国内率先布局非热处理车身结构件铝合金企业,近年来在非热处理车身结构件铝合金应用方面积累了大量经验,其拳头产品是以EZCASTTM系列命名的高强韧铸造铝合金。
EZCASTTM系列合金由美国铝业公司在上世纪90年代开发成功,并成功应用于奥迪A8的全铝车身的结构件上;经过10多年的市场应用和不断的优化改进,逐步形成可以按客户对零件机械性能要求进行定制生产的合金系列。
EZCASTTM系列的典型合金C611的性能如下:
1. 铸造性能:
C611 是专门开发用于汽车轻量化薄壁结构件的高性能 Al-Si 系压铸铝合金。C611 合金的硅含量与最 为广泛使用的铸造铝合金 A356的硅含量相当,具有非常好的流动性, 已经被欧美许多压铸厂家广泛地应用于薄壁结构件(例如减震塔)的生产许多年。
一般认为,合金的凝固温度范围越大,其热率倾向及凝固收缩倾向就越大。和传统的压铸铝合金相比,C611 合金中由于不含铜和锌等易形成低熔点共晶的合金元素,所以凝固温度范围只有60℃ 左右。作为比较,常规非处理合金的凝固温度范围要大于 100℃,而 A380合金的则高达150℃以上。因此,C611合金具有非常小的热率倾向及凝固收缩倾向。
压铸合金的粘模倾向取决于铝合金在液态及固液两相区时与压铸模具材料,通常是 H13 模具钢,发生化学反应的倾向。铁和锰的含量对这种倾向有很大的影响。
美国铝业公司运用先进的材料设计手段进行了 C611 合金成分的最优化设计,使其在获得最佳机械性能的同时又具备卓越的防粘模能力。
2. 机械性能:
C611 合金能够在铸态下达到非常高的延伸率,满足目前国内外市场上汽车结构件经过热处理才能达到的某些特殊性能要求,例如良好的弯曲性能和自动铆接性能。下表给出了C611 和C611M在铸态及经过烘漆处理后能够达到的机械性能。
C611合金已在国内主要铝合金车身结构件压铸厂进行应用,都取得良好的结果。随着各大主机厂对车身结构件成本降低的要求越来越强烈,采用非热处理铸造铝合金生产车身结构件设计和材料替换是必然趋势;并且随着巨型一体车身结构件应用日趋成熟,采用非热处理铸造铝合金更是必然趋势。
帅翼驰新材料集团将不断优化现有合金系列以为客户提供更具性能和成本优势的合金,并推动行业的应用。