1 Antecedents i importància
Amb l'estratègia de "doble-carboni" i el ràpid creixement de la indústria dels vehicles d'energia nova (NEV), el disseny lleuger s'ha convertit en una tendència bàsica de desenvolupament en el sector de l'automoció. Els materials tradicionals d'acer, a causa del seu alt pes i cost de processament, ja no poden complir els requisits d'autonomia de conducció ampliada i eficiència energètica. Els aliatges d'alumini, amb baixa densitat, alta resistència específica i excel·lent resistència a la corrosió, s'han convertit en una alternativa ideal.
La tecnologia de fosa-integrada redueix significativament el nombre de peces, minimitza els punts de soldadura, millora la resistència estructural i escurça els cicles de producció. No obstant això, les peces de fosa-d'aliatge d'alumini convencional sovint requereixen un tractament tèrmic post-col·locació per aconseguir les propietats mecàniques desitjades, la qual cosa comporta una deformació dimensional, un alt consum d'energia i un augment dels costos de producció. Per tant, la recerca i l'aplicació d'aliatges d'alumini lliures de-tractaments-tèrmics són de gran importància per millorar la competitivitat de la indústria NEV i promoure la fabricació sostenible.
2-Tractament tèrmic-Disseny d'aliatge d'alumini lliure
2.1 Principis de disseny
El disseny dels aliatges d'alumini lliures de-tractament- tèrmic hauria de garantir:
estabilitat dimensional i resistència a la corrosió;
Bona fluïdesa i capacitat d'ompliment de motlles;
Composició química uniforme i microestructura estable;
Cost-efectivitat i aplicabilitat industrial.
2.2 Aliatges d'Al-Si
Els aliatges d'Al-Si són el sistema més aplicat a causa de la seva excel·lent colabilitat i estabilitat dimensional. La investigació indica:
Si millora la duresa i la resistència al desgast, però l'excés de Si augmenta la fragilitat;
Fe tendeix a formar intermetàl·lics-en forma d'agulla, que es poden neutralitzar amb Mn;
El magnesi contribueix a l'enfortiment de la-solució sòlida, tot i que el contingut excessiu redueix la resistència a la corrosió;
Sr i Ti/B refinen els grans i milloren les propietats mecàniques.
Els aliatges representatius inclouen Castasil 37 i C611 a Europa, la sèrie Aural al Canadà, Tesla Alloy als EUA i JDA1 i LDHM-02 a la Xina. Aquests aliatges solen presentar una gran resistència i un bon allargament, cosa que els fa adequats per a peces estructurals de vehicles.
2.3 Aliatges d'Al-Mg
Els aliatges d'Al-Mg són coneguts per la seva resistència a la corrosió i la seva gran resistència potencial, però la seva fluïdesa és relativament pobre. Els enfocaments clau del disseny inclouen:
Afegir Si per millorar la castabilitat;
Introducció de petites quantitats de Zn per millorar l'enfortiment de la-solució sòlida;
Utilitzeu Be per reduir la formació de pel·lícules d'òxid i l'esquerdament calent.
Els aliatges representatius inclouen la sèrie 560 (Canadà), A152/A153 (EUA), Magsimal 59 (Japó) i la sèrie SJTU (Xina). Aquests aliatges equilibren la força i la ductilitat, fent-los adequats per a components de xassís i carrosseria.
2.4 Altres sistemes d'aliatge
Aliatges d'Al-Ce-Mg-Si: Ce-de terra rara millora l'estabilitat tèrmica i la resistència a la corrosió;
Aliatges GDAS: dissenyats per a una estabilitat dimensional superior;
Concepte d'aliatge d'alta-entropia: el disseny de múltiples-elements garanteix l'estabilitat estructural i un alt rendiment.
3 Desenvolupament i procés de fosa-a pressió integrada
3.1 Evolució tecnològica
Integració d'una-part: substitució del conjunt de components petits;
Integració d'un-lateral: integració parcial del bastidor de la carrosseria del vehicle;
Integració doble-lateral: formació simultània de parts simètriques-dretes;
Integració a gran-escala: fosa a pressió-de sota de la carrosseria sencer, creat per Tesla.
3.2 Paràmetres clau del procés
Control de temperatura: la temperatura estable de fusió i motlle garanteix un ompliment i un refredament uniformes;
Velocitat d'injecció: la injecció lenta garanteix un ompliment uniforme del motlle, mentre que la injecció ràpida redueix la porositat i els tancaments en fred;
Pressió i buit: l'alta pressió millora la densitat i el buit minimitza la porositat i els defectes de colada.
3.3 Avantatges i limitacions
Avantatges: producció simplificada, pes reduït, integritat estructural millorada;
Limitacions: exigències d'equips elevades, vida útil limitada del motlle, finestra de procés estreta.
4 Optimització d'equips i motlles
S'han desenvolupat màquines de fosa a pressió ultra{-grans- amb forces de subjecció que oscil·len entre les 6.000 i les 9.000 tones per satisfer els requisits dels components de la carrosseria de vehicles grans. No obstant això, queden reptes:
Precisió i estabilitat dels sistemes d'injecció;
Balanç tèrmic del motlle i disseny de refrigeració;
Vida curta del motlle i alts costos de manteniment.
El desenvolupament futur es basarà en el control intel·ligent de les màquines de fosa-a pressió, el disseny optimitzat del canal de refrigeració del motlle i el desenvolupament d'acers de motlle avançats.
5 reptes i perspectives de futur
Materials: es requereix un desenvolupament addicional d'aliatges amb resistència, ductilitat i resistència a la corrosió equilibrades;
Procés: la simulació numèrica i el control intel·ligent seran clau per a una producció estable;
Equipament: les millores en la precisió i la vida útil del motlle són essencials;
Aplicacions: s'espera una expansió més enllà de l'automoció al transport ferroviari i aeroespacial.
En resum, la tecnologia de fosa a pressió integrada-tractament-tèrmic-d'aliatge d'alumini integrat-està impulsant un disseny lleuger i una fabricació sostenible al sector NEV. Amb els futurs avenços en desenvolupament d'aliatges, control de processos i actualitzacions d'equips, s'espera que aquesta tecnologia trobi aplicacions més àmplies a les indústries de l'automoció, el trànsit ferroviari i l'aeroespacial.
