关于压铸铝合金的技术讨论和前途分析

　　通过多年的开拓，我国压铸产业蓬勃发展，特别是以上海为中心的长江三角洲和以广州为中心的珠江三角洲以及重庆为核心的西南地区，它们形成了全国三足鼎立的发展态势，以汽车为中心的支柱产业形成了一定的规模效应，并成为全球乘用车产能的领跑者，看到这一切的同时，有识之士不妨冷静思考一下：中国的汽车产业怎样才能由大至强?以此相应的中国压铸产业怎样又能形成自己的核心竞争力?压铸产业涉及颇多领域，现仅从压铸铝合金方面谈笔者的体会。

　　一、压铸铝合金共性问题的解读：

　　1、概述：在全球范围内，美国、欧洲和日本是传统的压铸强国，尤其体现在以汽车为代表的支柱产业，它们发展历史久远，市场覆盖面大，多方面积累了丰富经验，特别是市场竞争力形成了一时难以撼动的地位，其核心竞争力是强大支撑，在我国乘用车销量全球领跑中，外国具有知识产权的名牌车占有很大优势和份额，这对我国是一种压力也是一种以外促内的动力;想当年中国的航空航天工业，由于国外的严密封锁，举步艰难，在自力更和独立自主的感忍下，而今却如日中天的发展!笔者从事航空工业近四十余年，从主编多项航空航天及国家军用的材料和工艺标准，到多年参与国家航空科技成果专家评审，都亲身经历了这一历史进程，退休之后通过参与对国内多家企业的欧美订货的攻关实践，深切体会到改革开放以后，我国的轻合金铸造技术和产业得到了长足发展，产能、规模和质量水平都有较大提升，其中由于航空铝合金铸造技术起步早、起点高，国家对其的发展又重点倾斜，所以在军转民的有利形势下，对我国期它领域的拓展起到了一定支撑作用。

　　2、压铸铝合金规范的共性：

　　就压铸铝合金化学成份组成规范而言，由于压铸成型和凝固的工艺特点，至今有关国家的标准规范其统计表明，主要合金系列基本相同。

　　3、关于压铸铝合金压铸件质量水平提升的讨论：

　　选择AI-Si系合金作为压铸铝合金的主体，是基于压铸工艺和成型凝固特点所决定的，至今它们也是压铸铝合金中应用最广，生产量最大的合金品种，也正由于这样暴露的问题比较集中，对许多共性问题必须引起关注。

　　其一，关于压铸件孔洞类缺陷的剖析：

　　铝合金在液态下，其与空气中水分发生反应，生成Al2O3和H2，这种Al2O3组织疏松，且比重与铝相似，容易悬浮在铝液中并与H2有很强的吸附作用，即可形成吸附核心。在压铸铝合金的O熔制中大量采用的再生铝，若预处理不规范必然造成隐患，这一点在笔者考察日企广州本田熔铸生产时，其在再生铝的预处理非常严格和规范，笔者印象深刻!Al-Si系合金中Si元素是主元素，它不仅比铝熔点高二倍以上，而且比铝还轻，是故熔制中为使其均匀化，在高温下强烈搅拌是必须的，卷入气体和造成氧化也是必然的，加之，Si元素的加入降低了H2在铝液中的溶解度，而且粘度和表面张力亦增加，阻碍了铝液中气泡的形成和上浮，这些都是Al-Si系压铸合金铸件形成孔洞缺陷的原因所在，为此铝合金熔炼中队合金精炼工序特别重视，以往概念是除气，许多对缺陷的失效分析表明，现今对精炼工序均以净化处理，即精炼处理过程，既对合金除气又要除渣，否则事倍功半，对合金的净化处理装置也进一步优化。

　　它是通过旋转的端头石墨制转子上的分配孔将纯氩气导入，并以氩氧为载体将精炼熔剂导入进行精炼的合金液旋转的涡流中从而起到既除气又除渣的作用和效果。

　　其二，压铸件中金属间化合物及硬质点的解读：

　　Al-Si系二元系为主的压铸合金车压铸件机械加工过程常发现的是硬质点，特别是Al-Si-Cu系合金，经显微分析表明，多为金属间化合物，以三元的为多，也有初晶硅质点。

　　这些缺陷的形成在铝合金压铸条件中时有发生，一则是压铸的预处理不规范，烙炼中精炼和净化过程不彻底，这些隐患在压铸的生产过程中暴露的特别敏感而同样的类似合金在重力铸造中却不易显现，再者，压铸的生产过程中对浇口截面积的大小、比例关系其涉及流速和紊乱在喷射的形成，若排渣和排气系统设计不到位也将导致缺陷的产生，在此需强调指出在所有铝合金系列中Al-si系中对气体遗性也敏感，因此对压铸合金锭的熔制，原材料的预处理都需引起关注，压铸中生产对压铸合金锭的入厂验收也需引起重视。

　　其三，承受压力的压铸件气密性问题缺陷的解读：

　　压铸件中承受气压和水压、油压等耐压件由于气密性不足发生渗漏时有发生，特别形状复杂、壁厚不均匀的压铸件产生类似的缺陷也屡见不鲜，我们的体会是：首先要把好压铸件的试制关，模具设计和制造是否能满足压铸件的质量是否能达标和稳定，更主要看试件的冶金质量，其压铸件表面质量以及透视的内部质量结果，而且必须有3~5批的生产试制的稳定结果(少量)最后尚需通过压铸件加工考核，其中对模具的合格验收是重中之重，它涉及在模具调试中的浇道设计、型腔的热平衡的分析，排渣排气道的设计，以及循环、水冷、涂料喷涂，局部冷却等措施的采取，如果对压铸件的要求气密性是至关重要的技术要求，各种措施的采取仍有不确定性，为确保压制件的质量最后尚需采用浸润处理解决压力渗漏件是行之有效的措施。

　　二、关于压铸铝合金延伸和发展途径的讨论

　　1.概述：

　　近年来对压铸铝合金延伸和发展的讨论颇多，许多研究单位和学校做了许多有成效的工作和尝试，并取得了可喜的成果，就整个压铸铝合金的发展而言，提高其材料的性能和工艺水平是扩大铝合金压铸应用的关键，就支柱产业的汽车的发动机遇如缸体及齿轮箱壳体等关键件都已成功的大量生产，轮毂的批量成熟生产并大批出口欧美国家，这些为汽车的轻量化开拓了前景，但如何将压铸件从汽车发动机向整车方面延伸将原有的变形铝合金制作的焊接件，铆接件和冲压件用压铸铝合金取代，从而发挥压铸件整体性增强，刚性好及进一步减轻重量，提高生产效能等的优势，欧美国家特别是德国这方面的发展经验表明这一切，为此压铸铝合金塑性必须大幅度提高至延伸率大于10%而且要求其强度以其匹配。

　　2.高塑性压铸铝合金的试制和研发:

　　压铸铝合金的高塑性的要求是压铸件深入发展的必然要求，也是扩大铝合金压铸应用的必经之路，多年来的实践表明，它也是压铸发展道路上的瓶颈。我们与美国通用汽车GM公司技术沟通，了解了他们对高塑性压铸铝合金的基本要求，制定了以Al-si-mn-mg为基础的合金系研制方案，并通过严格限制Fe含量并以Sr变质处理和通过熔制时的净化处理以及真空压铸的实施方案，得到的多炉测试压铸件和试棒并进行T7的固溶处理和高温时效处理，并通过大数据的处理，对测试数据的分析表明，最高峰值为18%，这炉的平均数值为9%~12%这一结果与GM公司已基本要求相吻，更进一步的深入工作有待继续。

　　我们也试制了AI-Mg-Si-Mn的非热处理型的高塑性压铸铝合金的方案，由于熔炼时高温下镁的氧化燃烧和造渣的影响，而且在工厂条件下难于控制，试验数据分散难于找到规律，故暂停了，原设想若不热处理，得到压铸合金的高塑性，不仅减少工序，缩生产周期，更重要的是高温的固溶处理是压铸合金的一个难以通过的一道坎!但以AI-Mg为基的高塑性压铸铝合金德国做了不少卓有成效工作，其中涉及多工序的密切配合。综上所述从我们已做的实践表现，确定了GM公司的基本合金系列方案是:熔炼中 采用净化处理加上真空压铸以及T7的固溶处理和高温时效是实现压铸铝合金高塑性的有效途径之一。

　　3.讨论

　　压铸铝合金是有色合金压铸的主体，而AI-Si系列合金又是压铸铝合金的主体，压铸产业的发展是任重而道远，它涉及高性能合金的研发及工艺途径的开发，实践表明，以企业为中心结合有关高校和研究单位的结合是明智选择，我们已取得的相关成果已得到证实。

　　要实现压铸整体产业的振兴，压铸机性能的提升，压铸模具设计和制造水平相应提高也非常重要，特别是许多国外技术软件引进和应用，其用什么方法验证?值得斟酌。

　　现有的铝合金国家标准已经失效，多年来已失去引用价值，这是一个悲哀!所以组织有关部门和有关力量编制符合我国压铸发展现状和与国际接轨的新国家压铸标准是刻不容缓的当务之急!

　　(中航工业南京金城集团 熊仪)