1 Hintergrund und Bedeutung
Im Rahmen der „Dual{0}}Carbon“-Strategie und dem schnellen Wachstum der New Energy Vehicle (NEV)-Industrie ist Leichtbau zu einem zentralen Entwicklungstrend im Automobilsektor geworden. Herkömmliche Stahlwerkstoffe können aufgrund ihres hohen Gewichts und der hohen Verarbeitungskosten die Anforderungen an eine größere Reichweite und Energieeffizienz nicht mehr erfüllen. Aluminiumlegierungen mit geringer Dichte, hoher spezifischer Festigkeit und ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit haben sich zu einer idealen Alternative entwickelt.
Die integrierte Druckgusstechnologie reduziert die Anzahl der Teile erheblich, minimiert Schweißpunkte, erhöht die strukturelle Festigkeit und verkürzt die Produktionszyklen. Herkömmliche Druckgussteile aus Aluminiumlegierungen erfordern jedoch oft eine Wärmebehandlung nach dem Gießen, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen, was zu Dimensionsverformungen, hohem Energieverbrauch und erhöhten Produktionskosten führt. Daher sind die Forschung und Anwendung wärme{5}}behandlungsfreier-Aluminiumlegierungen von großer Bedeutung für die Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit der NEV-Industrie und die Förderung einer nachhaltigen Fertigung.
2 Wärme-Behandlung-Freies Aluminiumlegierungsdesign
2.1 Designprinzipien
Das Design wärme{0}}behandlungsfreier-Aluminiumlegierungen sollte Folgendes gewährleisten:
Dimensionsstabilität und Korrosionsbeständigkeit;
Gute Fließfähigkeit und Formfüllfähigkeit;
Einheitliche chemische Zusammensetzung und stabile Mikrostruktur;
Kosteneffizienz und industrielle Anwendbarkeit.
2.2 Al-Si-Legierungen
Al-Si-Legierungen sind aufgrund ihrer hervorragenden Gießbarkeit und Dimensionsstabilität das am weitesten verbreitete System. Untersuchungen zeigen:
Si verbessert die Härte und Verschleißfestigkeit, aber zu viel Si erhöht die Sprödigkeit;
Fe neigt dazu, nadelförmige intermetallische Verbindungen zu bilden, die durch Mn neutralisiert werden können;
Mg trägt zur Festigung der festen -Lösung bei, obwohl ein übermäßiger Gehalt die Korrosionsbeständigkeit verringert;
Sr und Ti/B verfeinern die Körner und verbessern die mechanischen Eigenschaften.
Zu den repräsentativen Legierungen gehören Castasil 37 und C611 in Europa, die Aural-Serie in Kanada, Tesla Alloy in den USA sowie JDA1 und LDHM-02 in China. Diese Legierungen weisen typischerweise eine hohe Festigkeit und gute Dehnung auf, wodurch sie für Fahrzeugstrukturteile geeignet sind.
2,3 Al-Mg-Legierungen
Al-Mg-Legierungen sind für ihre Korrosionsbeständigkeit und ihr hohes Festigkeitspotenzial bekannt, ihre Fließfähigkeit ist jedoch relativ schlecht. Zu den wichtigsten Designansätzen gehören:
Zugabe von Si zur Verbesserung der Gießbarkeit;
Einführung kleiner Mengen Zn zur Verbesserung der Festigung der festen Lösung;
Verwendung von Be, um die Bildung von Oxidfilmen und Heißrissbildung zu reduzieren.
Zu den repräsentativen Legierungen gehören die Serien 560 (Kanada), A152/A153 (USA), Magsimal 59 (Japan) und die SJTU-Serie (China). Diese Legierungen vereinen Festigkeit und Duktilität und eignen sich daher für Fahrwerks- und Karosseriekomponenten.
2.4 Andere Legierungssysteme
Al-Ce-Mg-Si-Legierungen: Seltenerd-Ce verbessert die thermische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit;
GDAS-Legierungen: Entwickelt für überragende Dimensionsstabilität;
Hoch-Entropie-Legierungskonzept: Das Design mit mehreren-Elementen sorgt für strukturelle Stabilität und hohe Leistung.
3 Entwicklung und Prozess des integrierten Druckgusses
3.1 Technologische Entwicklung
Einzelteilintegration: Austausch kleiner Baugruppen;
Einseitige-Integration: Teilweise Integration des Fahrzeugkarosserierahmens;
Doppel-Seitenintegration: Gleichzeitige Bildung links-rechts symmetrischer Teile;
Groß-Integration: Druckguss des gesamten hinteren Unterbodens, Pionierarbeit bei Tesla.
3.2 Wichtige Prozessparameter
Temperaturkontrolle: Stabile Schmelze- und Formtemperatur sorgen für gleichmäßiges Füllen und Abkühlen;
Einspritzgeschwindigkeit: Langsames Einspritzen gewährleistet eine gleichmäßige Formfüllung, während schnelles Einspritzen Porosität und Kaltverschlüsse reduziert;
Druck und Vakuum: Hoher Druck erhöht die Dichte und Vakuum minimiert Porosität und Gussfehler.
3.3 Vorteile und Einschränkungen
Vorteile: Rationalisierung der Produktion, reduziertes Gewicht, verbesserte strukturelle Integrität;
Einschränkungen: Hohe Anforderungen an die Ausrüstung, begrenzte Lebensdauer der Form, enges Prozessfenster.
4 Ausrüstungs- und Formenoptimierung
Um den Anforderungen großer Fahrzeugkarosseriekomponenten gerecht zu werden, wurden ultragroße Druckgussmaschinen mit Schließkräften von 6.000 bis 9.000 Tonnen entwickelt. Dennoch bleiben Herausforderungen bestehen:
Präzision und Stabilität von Einspritzsystemen;
Wärmehaushalt und Kühldesign der Form;
Kurze Werkzeuglebensdauer und hohe Wartungskosten.
Zukünftige Entwicklungen werden auf einer intelligenten Steuerung von Druckgussmaschinen, einem optimierten Design der Formkühlkanäle und der Entwicklung fortschrittlicher Formstähle basieren.
5 Herausforderungen und Zukunftsaussichten
Materialien: Die Weiterentwicklung von Legierungen mit ausgewogener Festigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit ist erforderlich;
Prozess: Numerische Simulation und intelligente Steuerung werden der Schlüssel zu einer stabilen Produktion sein;
Ausrüstung: Verbesserungen der Präzision und der Formlebensdauer sind unerlässlich.
Anwendungen: Eine Ausweitung über den Automobilbereich hinaus auf den Schienenverkehr und die Luft- und Raumfahrt wird erwartet.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die wärme{0}}behandlungsfreie-integrierte Druckgusstechnologie aus Aluminiumlegierung- das Leichtbaudesign und die nachhaltige Fertigung im NEV-Sektor vorantreibt. Mit zukünftigen Durchbrüchen in der Legierungsentwicklung, Prozesssteuerung und Anlagenmodernisierung wird erwartet, dass diese Technologie breitere Anwendungen in der Automobil-, Schienenverkehrs- und Luft- und Raumfahrtindustrie finden wird.
