乘用車白車身鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件及材料應(yīng)用研究進(jìn)展

史寶良 劉旭亮 孫震 姜發(fā)同 郭秋彥

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，寧波 315336）

1 前言

為了應(yīng)對(duì)全球氣候變暖和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，中國(guó)2020年提出了“2030 碳達(dá)峰、2060 碳中和”的“雙碳”目標(biāo)，汽車行業(yè)作為目前碳排放主要載體的行業(yè)之一，“雙碳”目標(biāo)的設(shè)定及相關(guān)配套政策的陸續(xù)出臺(tái)，必將進(jìn)一步促進(jìn)節(jié)能與新能源汽車的發(fā)展。輕量化技術(shù)作為汽車行業(yè)的關(guān)鍵共性技術(shù)之一，在保證汽車強(qiáng)度及安全性能的前提下，盡量降低汽車的整備質(zhì)量。研究表明燃油車質(zhì)量降低10%，油耗將降低5%～7%，減少9 g/km CO2排放；新能源車質(zhì)量降低100 kg，續(xù)航里程將提升10%～11%，同時(shí)會(huì)降低20%的電池成本和日常損耗成本[1-2]。可見，輕量化是汽車行業(yè)完成“雙碳”目標(biāo)的重要手段。

汽車白車身約占整車質(zhì)量的30%～40%，是整車質(zhì)量占比最高的部分，也是輕量化潛力最大的領(lǐng)域[3]。白車身金屬用材主要涉及軟鋼、普通高強(qiáng)鋼、先進(jìn)高強(qiáng)鋼、熱成型鋼、鋁合金、鎂合金等，相關(guān)零件的成型制造工藝主要有冷沖壓、熱成形、擠壓和壓鑄，其中鋁合金以冷沖壓、擠壓和壓鑄為主，同時(shí)也存在一定的熱成形零件。通常白車身高強(qiáng)度鋼代替普通鋼材能降低質(zhì)量15%～25%，而采用鋁合金能質(zhì)量降低30%～50%，鋁合金材料的輕量化效果顯著。由于集成化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，相比傳統(tǒng)鋼制零件，鋁合金應(yīng)用于鑄件可顯著減少零件的數(shù)量及生產(chǎn)工序，提高生產(chǎn)效率，且結(jié)合真空高壓壓鑄技術(shù)，產(chǎn)品內(nèi)部氣孔缺陷明顯降低，綜合性能較優(yōu)，越來越廣泛應(yīng)用于車身結(jié)構(gòu)件[4-5]。目前鋁合金真空高壓壓鑄結(jié)構(gòu)件已在中高端燃油車以及電動(dòng)車得到越來越廣泛的應(yīng)用，典型的應(yīng)用部位如減震塔、前縱梁、A 柱內(nèi)板、后縱梁、后輪罩等[6-7]。此外，特斯拉Model Y 車型成功開發(fā)出了免熱處理一體式真空高壓壓鑄后地板并順利量產(chǎn)，將鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用推向高潮，對(duì)傳統(tǒng)的車身制造產(chǎn)生了顛覆性的影響。目前國(guó)內(nèi)外企業(yè)已爭(zhēng)相布局和開發(fā)一體式壓鑄后地板、前機(jī)艙等大型一體化真空高壓壓鑄件。總體上，鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件正在向大型化、復(fù)雜化的方向發(fā)展。

鋁合金材料是鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件開發(fā)的基礎(chǔ)，通常壓鑄鋁合金結(jié)構(gòu)件的鋁合金材料主要分為熱處理和免熱處理2 類，但不同類型或不同牌號(hào)的鋁合金材料直接影響零件強(qiáng)度、產(chǎn)品可設(shè)計(jì)性、工藝性（壓鑄性能/連接性能等）、成本、質(zhì)量，因此深入研究汽車行業(yè)內(nèi)白車身鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件及其材料應(yīng)用狀況及進(jìn)展，對(duì)于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)具有重要的借鑒和指導(dǎo)意義。

2 行業(yè)內(nèi)乘用車白車身鋁壓鑄結(jié)構(gòu)件應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 奧迪

Audi Space Frame（ASF）技術(shù)為奧迪汽車典型的鋁合金白車身設(shè)計(jì)制造技術(shù)，基于該技術(shù)的白車身大量采用了鋁合金型材和鋁合金真空高壓壓鑄件，其中鋁合金型材作為車身骨架，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，高受力區(qū)域和節(jié)點(diǎn)大量采用薄壁的真空高壓壓鑄鋁合金結(jié)構(gòu)件，ASF 白車身架構(gòu)相比傳統(tǒng)鋼制車身質(zhì)量降低＞40%，同時(shí)整車的屬性得到大幅的改善。奧迪A8（D2）為ASF 技術(shù)首款落地車型，鋁合金車身總質(zhì)量為249 kg（含白車身和覆蓋件），相比鋼制車身質(zhì)量降低200 kg，整個(gè)車身由334 個(gè)零件構(gòu)成，其中47 個(gè)鋁合金擠壓件，50 個(gè)鋁壓鑄件和237 個(gè)鋁沖壓件，與鋼制車身相比，零件數(shù)減少約25%。隨后的D3、D4 和D5 車型均采用了大量的鋁合金真空高壓壓鑄結(jié)構(gòu)件，整個(gè)奧迪A8 系列車型應(yīng)用的典型真空高壓壓鑄鋁合金零件部位包括減震塔、后縱梁、A 柱內(nèi)板、后縱梁、B 柱以及中通道連接件等[8]，具體應(yīng)用部位如圖1所示。此外，奧迪A2 和Q7 也采用了大量的真空壓鑄鋁合金零件，具體見圖2。

圖1 奧迪A8各車型白車身壓鑄鋁合金應(yīng)用部位示意

圖2 奧迪A2和Q7白車身壓鑄鋁合金應(yīng)用部位

2.2 寶馬

寶馬公司相比于其它高端汽車品牌鋁壓鑄件應(yīng)用比例相對(duì)較小，2017 款寶馬6 系GT 車型白車身質(zhì)量457 kg，鋼質(zhì)量占比72%、鋁占比24%，其它材料占比4%，其中鋁型材、鋁板和鋁壓鑄件分別占比2%、11%和11%，減震塔、平衡梁和后縱梁均采用真空壓鑄鋁合金鑄件，尤其后縱梁的應(yīng)用相比于傳統(tǒng)鋼制總成零件，零件數(shù)量由25 個(gè)減少到1 個(gè)，質(zhì)量降低15 kg，同時(shí)大幅降低模具投入，提高了產(chǎn)品制造效率，提升了車身的剛度[9]。2018 款寶馬8 系車型也在減震塔和后縱梁部位采用了真空壓鑄鋁合金件，同時(shí)后縱梁集成了部分輪罩設(shè)計(jì)，壓鑄件的尺寸規(guī)格有所突破，鋁合金壓鑄件質(zhì)量占比達(dá)10%[10]。BMW 6 系GT 和BMW 8 壓鑄鋁合金應(yīng)用部位見圖3。

圖3 BMW6系GT和BMW 8系壓鑄鋁合金應(yīng)用部位

2.3 奔馳

Mercedes-Benz SLS AMG 車型采用鋁合金架構(gòu)，質(zhì)量?jī)H為241 kg，其中架構(gòu)大量采用鋁合金鑄件、鋁合金擠壓件以及鋁板材，鋁壓鑄件主要作為承受較大應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)或者需要集成化設(shè)計(jì)的區(qū)域，鋁擠壓件與鋁鑄件節(jié)點(diǎn)相連接構(gòu)成的車身架構(gòu)，具有很高的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。SLS 鋁合金空間架構(gòu)共包括16 個(gè)鋁鑄件、146 個(gè)鋁擠壓件和197 鋁沖壓件，整個(gè)架構(gòu)連接工藝涉及膠粘、SPR（自沖鉚）、FDS（熱熔自攻絲）以及CMT（冷金屬過渡）焊。鋁壓鑄件涉及A 柱內(nèi)板、前縱梁、后縱梁、后輪罩、中通道加強(qiáng)件及鷗翼門等零件，如圖4所示。

圖4 奔馳SLS AMG 鋁合金用材分布及鋁壓鑄件應(yīng)用部位

Mercedes-Benz SL(R231)進(jìn)一步擴(kuò)大了鋁合金及鋁壓鑄件的應(yīng)用比例，整個(gè)白車身由89%鋁合金、8%鋼和3%的SMC（片狀模塑料）（后背箱）和鎂合金（箱蓋）構(gòu)成，其中鋁合金壓鑄件數(shù)量更是高達(dá)33 件，占白車身結(jié)構(gòu)質(zhì)量比高達(dá)45%，其中防火墻上部為行業(yè)內(nèi)首次采用鋁合金壓鑄件。Mercedes-Benz SL 鋁壓鑄件應(yīng)用情況見圖5。

圖5 奔馳SL鋁壓鑄件應(yīng)用部位及防火墻上部鋁壓鑄件

2.4 凱迪拉克

2015 款凱迪拉克CT6 白車身架構(gòu)大比例采用鋁合金材料，整個(gè)白車身質(zhì)量375.4 kg，白車身鋁合金占比62.1%，其中鋁板占比33.4%，鋁型材占比11.7%，壓鑄鋁合金占比達(dá)17%，其中包括減震塔、A 柱內(nèi)/外板、前扭力盒、中通道、后縱梁等鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件。壓鑄件本身具有的集成性特點(diǎn)將原來227 個(gè)零件大幅減少到31 個(gè)零件[11]。鋁壓鑄件具體應(yīng)用情況及相比鋼質(zhì)鈑金件集成化替代情況如圖6所示。

圖6 CT6鋁壓鑄件應(yīng)用部位及相比鈑金件集成化替代情況

2.5 捷豹

2003年捷豹以XJ（X350）車型為開端將鋁合金材料大規(guī)模應(yīng)用于白車身，XJ 整個(gè)車身由273個(gè)鋁沖壓件、22 個(gè)鋁擠壓件和15 個(gè)鋁壓鑄件構(gòu)成，并且新一款XJ 車型盡管長(zhǎng)、寬、高比老款要高，但其車身質(zhì)量依然降低200 kg，同時(shí)車身剛度提升60%，且車身強(qiáng)度和操控性得到提升。2010年，基于XJ 車型底盤架構(gòu)的X351 車型量產(chǎn)，白車身中鋁沖壓件數(shù)量占比89%、鋁鑄件占比4%、鋁擠壓件占比6%，其它占比1%。后續(xù)XK 車型通過進(jìn)一步增加鋁壓鑄結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用來增加車身剛度，相比于XJ 其鋁壓鑄結(jié)構(gòu)件數(shù)量占比由4%增加到8%，顯著提升了壓鑄鋁合金結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用部位數(shù)量[8]。整體上來講，XJ 和XK 車型主要涉及減震塔、中通道加強(qiáng)件、后縱梁、A 柱內(nèi)板等部件，各車型具體壓鑄結(jié)構(gòu)件應(yīng)用部位見圖7。

圖7 XJ和XK車型壓鑄鋁合金應(yīng)用部位

Jaguar I-pace 是2018年捷豹路虎旗下首款純電動(dòng)車型，白車身總質(zhì)量為346.1 kg，其中鋁合金用量高達(dá)84%，塑料及復(fù)合材料用量為5.1%，軟鋼、高強(qiáng)度鋼、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼和熱成形鋼等用量為4.7%。鋁沖壓件占比54.3%，鋁擠壓件占比14.1%，而鋁合金壓鑄件質(zhì)量占比達(dá)15.6%，壓鑄件數(shù)量達(dá)16 個(gè)，整個(gè)車身扭轉(zhuǎn)剛度為36.2 kN·m/(°)，輕量化系數(shù)為1.44[12]。鋁合金壓鑄件主要涉及減震塔、后縱梁、后輪罩以及車門窗框，壓鑄件具體應(yīng)用部位見圖8。

圖8 JAGUAR-I-pace壓鑄鋁合金應(yīng)用部位

2.6 特斯拉

2020年9月特斯拉宣布Model Y 將采用一體式壓鑄后地板總成，原來通過零部件沖壓、焊接組裝的后地板總成將采用一體式壓鑄一次成型，相比原來形式可減少79 個(gè)部件，焊點(diǎn)由700～800 個(gè)減少到50 個(gè)，同時(shí)由于應(yīng)用了新型鋁合金材料，特斯拉一體壓鑄的后地板總成不需要進(jìn)行熱處理，整個(gè)制造時(shí)間由傳統(tǒng)工藝的1～2 h 縮減至3～5 min，并且能夠在廠內(nèi)直接供貨，整體制造成本下降40%。同時(shí)，特斯拉宣布下一步計(jì)劃將應(yīng)用2～3 個(gè)大型壓鑄件替換由370 個(gè)零件組成的整個(gè)下車體總成，質(zhì)量將進(jìn)一步降低10%，對(duì)應(yīng)續(xù)航里程可增加14%。此外，特斯拉已經(jīng)申請(qǐng)采用巨型壓鑄設(shè)備一次壓鑄整個(gè)白車身的專利技術(shù)[13]。特斯拉Model Y 及未來一體式壓鑄件規(guī)劃概念見圖9。

圖9 MODEL Y一體式壓鑄后地板及未來壓鑄下車身

目前蔚來、小鵬、理想等新能源車企和傳統(tǒng)車企均正在開發(fā)一體式壓鑄后地板和前機(jī)艙等大型一體式鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件，預(yù)計(jì)將在2022年陸續(xù)投產(chǎn)。

2.7 蔚來

蔚來作為國(guó)內(nèi)新能源汽車新勢(shì)力的典型代表，整車開發(fā)過程中大量采用鋁合金材料，而蔚來ES8 鋁材使用率高達(dá)91.5%，成為全球量產(chǎn)車中鋁材應(yīng)用量最高的車型。ES8 白車身總質(zhì)量439.5 kg，其中鋁合金質(zhì)量占比91.5%，鋁板占比48.37%，鋁型材21.21%，鋁壓鑄件占比21.92%，共采用14 個(gè)真空高壓壓鑄結(jié)構(gòu)件。ES6 白車身總質(zhì)量428 kg，其中鋁合金質(zhì)量占比達(dá)87.95%，鋁板占比44.77%，鋁型材19.3%，鋁壓鑄件占比23.87%，共采用21 個(gè)真空高壓壓鑄結(jié)構(gòu)件[14]。ES6 和ES8 白車身鋁合金壓鑄件主要涉及減震塔、A 柱內(nèi)板、前縱梁、后縱梁、后輪罩加強(qiáng)板和D 柱內(nèi)板等，如圖10所示。

圖10 ES6和ES8壓鑄鋁合金應(yīng)用部位

3 真空高壓壓鑄結(jié)構(gòu)件鋁合金材料應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 熱處理鋁合金

AlSi10MnMg(Silafont-36)是由德國(guó)萊茵鋁業(yè)公司開發(fā)的Al-Si-Mg 系亞共晶高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金，該合金于1994 首次應(yīng)用在Audi A8 全鋁車車身結(jié)構(gòu)件，其Si 質(zhì)量分?jǐn)?shù)9.5%～11.5%，接近Al-Si 合金的共晶點(diǎn)，具有良好的流動(dòng)性，合金中Fe 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.15%以下，減少形成Al-Fe-Si 針狀有害相，同時(shí)為了提高合金的抗粘模性能，Mn 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.5%～0.8%。此外，通過添加Mg 元素來形成Mg2Si 強(qiáng)化相，并可通過熱處理工藝來調(diào)節(jié)合金的力學(xué)性能。目前AlSi10MnMg 因其良好的鑄造性能及可通過熱處理獲得較為廣泛的機(jī)械性能而成為車身壓鑄結(jié)構(gòu)件中應(yīng)用最成熟的鋁合金材料，廣泛應(yīng)用于減震塔、A 柱、后縱梁、后輪罩[15-16]。此外，基于此合金其它一些公司改性研發(fā)了其它新型Al-Si-Mg 系鋁合金牌號(hào)，如Alcoa 的C448(352)、Alcan 的Aural?2 and 3 (A365)等，并在某些主機(jī)廠鋁壓鑄結(jié)構(gòu)件上得到應(yīng)用，進(jìn)一步豐富了Al-Si-Mg 系鋁合金的應(yīng)用[17]。

AlSi10MnMg、C448、Aural?2 and 3 等Al-Si-Mg系鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件通常要求熱處理狀態(tài)為T7態(tài)，零件本體屈服強(qiáng)度≥120 MPa，抗拉強(qiáng)度≥180 MPa，延伸率≥10%，這樣能夠保證零件本體獲得較優(yōu)秀的綜合力學(xué)性能，滿足整車的碰撞性能及與周邊搭接零件的可連接性能[18]。然而零件在熱處理過程中由于高溫和淬火處理易發(fā)生形變，后續(xù)需要進(jìn)行一定的整形以確保相應(yīng)的產(chǎn)品尺寸精度。AlSi9MnMgZn(Silafont- 38) 為萊茵鋁業(yè)基于Al-Si10MnMg 的合金，重點(diǎn)通過調(diào)整合金中的微合金強(qiáng)化元素Cu 和Zn 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來提升合金的強(qiáng)度指標(biāo)，同時(shí)能夠確保合金在空氣中淬火+人工時(shí)效的T6 處理?xiàng)l件下，合金屈服強(qiáng)度＞180 MPa，延伸率為10%左右，這有助于降低零件水淬的變形量，一定程度上可用于車身壓鑄結(jié)構(gòu)件[19]。如上Al-Si-Mg系鋁合金材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見表1和表2。

表1 典型車身結(jié)構(gòu)件用熱處理Al-Si-Mg系鋁合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表2 典型車身結(jié)構(gòu)件用熱處理Al-Si-Mg系鋁合金力學(xué)性能

3.2 免熱處理鋁合金

3.2.1 Al-Si 系

Castasil-37(AlSi9MnMoZr)為萊茵鋁業(yè)開發(fā)的成熟商用Al-Si 系免熱處理壓鑄鋁合金材料牌號(hào)，該合金具有優(yōu)異的鑄造性能，且鑄態(tài)下具有高強(qiáng)度和高韌性。合金中通過復(fù)合添加Mo 和Zr 元素，綜合利用其產(chǎn)生的固溶強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化來提高合金的強(qiáng)度，同時(shí)保證具有較高的延伸率。合金中Mg 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.06%以下來防止鑄件發(fā)生自然時(shí)效而降低零件本體的延伸率，從而有利于保證零件的性能穩(wěn)定性及可連接性[20]。相比于Al-Si10MnMg，盡管材料成本有所提升，但壓鑄件生產(chǎn)過程中無熱處理工序，同時(shí)也可避免熱處理過程中零件本身發(fā)生的變形及后續(xù)相關(guān)的整形工序，起到一定的綜合降本作用。Castasil-37 已成熟應(yīng)用于奧迪A8 后縱梁、Jaguar XJ A 柱和減震塔、VW Phaeton 車門內(nèi)板等部件。

EZCastTM370 為Alcoa 公司開發(fā)的成熟商用Al-Si 系免熱處理壓鑄鋁合金，其中C611 作為EZCastTM中的典型牌號(hào)已應(yīng)用于歐洲市場(chǎng)車型上的減震塔和橫梁等部件。該合金鑄態(tài)下具有優(yōu)異的力學(xué)性能，滿足白車身鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件的高強(qiáng)度、高韌性以及可連接的性能要求。與Castasil-37 不同之處，適當(dāng)降低Si 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的情況下，還保留一定的Mg 元素提升合金的強(qiáng)度，同時(shí)確保該合金具有一定的烘烤硬化能力。同時(shí)C611 并未采用較昂貴的Mo、Zr 合金元素，合金本身的成本相比Castasil-37有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。有媒體報(bào)道該合金也嘗試應(yīng)用于整車企業(yè)大型一體式壓鑄鋁合金結(jié)構(gòu)開發(fā)。此外，Magna 公司開發(fā)了新型先進(jìn)的Aural 5M Al-Si 系免熱處理壓鑄鋁合金，鑄態(tài)下該合金在不降低強(qiáng)度的條件下具有更好的塑性，同時(shí)合金的可制造性能（鑄造/連接）優(yōu)異，并且經(jīng)過涂裝車間烘烤后具有一定的烘烤硬化性能，該合金在大型車身壓鑄結(jié)構(gòu)件方面具有巨大潛在應(yīng)用價(jià)值[21]。如上Al-Si 系免熱處理壓鑄鋁合金材料的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表3和表4。

表3 典型車身結(jié)構(gòu)件用免熱處理Al-Si系鋁合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表4 典型車身結(jié)構(gòu)件用免熱處理Al-Si系鋁合金力學(xué)性能

此外，結(jié)合特斯拉申請(qǐng)的壓鑄結(jié)構(gòu)件用免熱處理鋁合金壓鑄件相關(guān)專利可知，其用于一體式壓鑄后地板鋁合金材料也為Al-Si 系，Si 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6.5%～7.5%，使合金保持一定的流動(dòng)性，Mn 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%～0.8%，合金具有較好的抗粘模性，同時(shí)控制一定的Cu/Mg 比，并添加一定的Ti、V 等合金元素綜合調(diào)控基體性能，來保證鑄態(tài)下兼具良好的強(qiáng)度和塑性，該合金已成功應(yīng)用如特斯拉大型一體式壓鑄架構(gòu)件[22]。除上述Al-Si 系免熱處理鋁合金外，也有報(bào)告立中集團(tuán)、上海交大等國(guó)內(nèi)單位也研制了相關(guān)述Al-Si 系免熱處理鋁合金用于大型一體式免熱處理壓鑄結(jié)構(gòu)件的鋁合金材料，并嘗試在相關(guān)主機(jī)廠推廣應(yīng)用。

3.2.2 Al-Mg 系

AlMg5Si2Mn(Magsimal-59)為典型的Al-Mg 系免熱處理壓鑄鋁合金，主要合金元素為Mg、Si 和Mn，合金具有良好的耐腐蝕性能，Mg 元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在5%～6%，Mg 固溶于基體，并在α-Al 基體中析出強(qiáng)化相，提升合金強(qiáng)度，同時(shí)通過控制Mg/Si 元素比例，將共晶合金比例控制在40%～50%，獲得一定的鑄造性能。Mn 元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5%～0.8%，合金具有很好的抗粘模性能。此外，合金中添加少量的鈹元素使熔體表面形成致密的氧化鈹，減少M(fèi)g 的燒損[23]。AlMg5Si2Mn 已成功應(yīng)用于Porsche Panamera 的減振塔、車門內(nèi)板以BMW 5 系(E60)減振塔。

AlMg4Fe2（Castaduct?-42）為萊茵鋁業(yè)開發(fā)的一款新型的Al-Mg 系免熱處理壓鑄結(jié)構(gòu)件用鋁合金。通常Fe 元素作為鋁合金中雜質(zhì)元素，易于與Si 形成Al-Fe-Si 針狀有害相，嚴(yán)重降低合金的機(jī)械性能，AlMg4Fe2 合金由質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.2%的Mg 和質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.6%的Fe 組成，F(xiàn)e 質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近Al-Fe共晶成分，合金中嚴(yán)格限制Si 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以免形成Al-Fe-Si 相，同時(shí)盡管合金中Mn 質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，但Fe 質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，合金同樣具有較優(yōu)的抗粘模性。同時(shí)該合金中Fe 元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，生產(chǎn)過程中更易于采用回收鋁合金材料，對(duì)于降低碳排放也有一定的優(yōu)勢(shì)[24]。如上Al-Mg 系免熱處理壓鑄鋁合金材料的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表5和表6。

表5 典型車身結(jié)構(gòu)件用免熱處理Al-Mg系鋁合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表6 典型車身結(jié)構(gòu)件用免熱處理Al-Mg系鋁合金力學(xué)性能

Al-Mg 系合金的強(qiáng)度整體高于Al-Si 系，但Al-Mg 系鑄造性能相對(duì)Al-Si 系要差，對(duì)模具、壓鑄工藝設(shè)計(jì)以及制造技術(shù)要求更高，同時(shí)Al-Mg 系材料熱裂傾向較大，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求更高，行業(yè)內(nèi)應(yīng)用成熟度及應(yīng)用占比較小，且行業(yè)內(nèi)相應(yīng)的高水平供應(yīng)商資源較少。Al-Mg 系鋁合金的推廣應(yīng)用較Al-Si 較為落后。

4 結(jié)論

本文概述了乘用車白車身鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件及相關(guān)鋁合金材料應(yīng)用進(jìn)展，結(jié)合前述研究分析可得出如下相關(guān)結(jié)論供相關(guān)技術(shù)及管理人員參考。

a.目前鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件的開發(fā)應(yīng)用主要以豪華品牌車企和新能源汽車應(yīng)用為主，其中減震塔、后縱梁、前縱梁、A 柱內(nèi)板、輪罩應(yīng)用最為廣泛，同時(shí)鷗翼門、中通道加強(qiáng)件、B 柱內(nèi)板、前圍板、D 柱內(nèi)板等也在個(gè)別車型得到典型應(yīng)用。

b.大型一體式壓鑄結(jié)構(gòu)件如后地板、前機(jī)艙由于集成度高，總體制造效率顯著提升，同時(shí)兼具輕量化和綜合成本優(yōu)勢(shì)，正成為行業(yè)主機(jī)廠開發(fā)的熱點(diǎn)并相繼投產(chǎn)落地。

c.中小型車身鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件目前多以Al-Si-Mg 系熱處理鋁合金為主，尤其以AlSi10MnMg應(yīng)用最為成熟廣泛，但Al-Si 系免熱處理鋁合金材料由于在綜合成本上具有一定的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)相比于Al-Mg 系免熱處理鋁合金在鑄造性能、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、壓鑄工藝及供應(yīng)商資源等方面更優(yōu)，已逐步在相關(guān)車型應(yīng)用推廣，同時(shí)隨著大型一體式壓鑄結(jié)構(gòu)件的興起，免熱處理Al-Si 系鋁合金材料是最佳的合金系選擇。此外，可制造性更優(yōu)且易于采用回收材料制備的高強(qiáng)高韌鋁合金材料是未來新型壓鑄鋁合金材料發(fā)展的重要方向。

d.主機(jī)廠在白車身鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件及大型一體式壓鑄件開發(fā)方面應(yīng)根據(jù)自身產(chǎn)品定位、技術(shù)開發(fā)能力、成本、銷量預(yù)測(cè)等多方面因素綜合考慮和慎重決策，制定適合自身企業(yè)發(fā)展需求的鋁合金壓鑄件開發(fā)技術(shù)策略及規(guī)劃。