南昌航空大學航空制造工程學院教授龍文元（左二），上海交通大學教授彭立明（右二）以及江蘇大學材料科學與工程學院教授趙國平（右一）做客“熱點訪談：直播間”，《壓鑄周刊》的曾偉立先生擔綱主持。

2021年7月，“2021上海國際有色鑄造展暨2021上海國際有色鑄造展”在上海舉辦期間，主辦方中國機械工程學會壓鑄分會（下稱 “全國鑄造學會”或“學會”）和《壓鑄周刊》聯合推出了“對話行業專家：熱點訪談”節目，邀請兩組圓桌論壇專家走進直播間，就“壓鑄件大型化、一體化及超大型壓鑄機的趨勢”和“低壓/重力/擠壓鑄造、半固態成型、高真空壓鑄等鋁鑄造新工藝變革與推廣應用”兩個話題展開探討，本期針對第二個話題的對話內容進行節選刊登。

嘉賓簡介

龍文元，南昌航空大學航空制造工程學院，教授
彭立明，上海交通大學，教授
趙國平，江蘇大學材料科學與工程學院，教授；菲爾裝備技術（上海）有限公司技術部負責人。

對話內容

《壓鑄周刊》：談一談半固態成型的技術優勢，半固態壓鑄件在汽車領域的應用現狀與發展方向？

龍文元：高壓鑄造應用廣泛，但由于其壓射速度及充型速度較快，容易出現卷氣和夾雜問題，高溫熱處理容易鼓包，因而無法進行高溫熱處理，限制其在結構件上的應用，現在在結構件上應用較多的仍是一些殼體用件。

隨著輕量化的迅速發展，企業希望更多的產品能夠實現“以鋁代鋼”，因而對鑄件提出了更高的要求，并希望通過熱處理方式進一步提高鑄件的性能。基于此，半固態壓鑄技術應運而生。液態金屬的充型速度較快，容易出現卷氣，達到全固態時無法移動，而半固態金屬液約50％，甚至更高固相組分的漿料，呈分散的顆粒狀組織形態。半固態金屬粘度比液態金屬大，內澆口處流速低，因而充填時少噴濺，無湍流，卷入的空氣少。同時，半固態金屬收縮較小，因而鑄件不易出現縮松、縮孔的問題，鑄件質量高。目前，很多企業希望壓鑄件能夠進行熱處理，以便于進一步焊接，因而對半固態壓鑄的需求增加。例如，一些應用在電子領域的產品要求其具有高導熱性，因而需要提高鑄件的致密性。但半固態鑄造也存在一些問題，采用半固態成形技術生產的公司，其鑄件的合格率較低，效益較低，呈現虧損的狀態。半固態制漿成形是一系列的過程，對于采取的工藝、采用的模具均有較高的要求。為了拓寬半固態壓鑄件在汽車結構件等領域的應用，需要整體改進半固態成形的模具與相關技術。此外，我們也希望高效節能環保的意識可以推廣開來。

《壓鑄周刊》：談一談高真空壓鑄與擠壓鑄造工藝優勢及其在汽車結構件上的應用？

彭立明：高壓鑄造的生產效率和集成度較高，無論是在汽車還是工業上都是主流的生產方式。在鋼蓋、變速箱上應用較多，采用較傳統的材料生產。近年來，隨著新能源汽車的發展，行業對車身輕量化提出了更高的要求。一方面，對續航里程的要求越來越高，在相同電量下，整車質量越大，續駛里程越容易受影響，這就需要通過輕量化技術來平衡使用動力電池帶來的質量增加；另一方面，新能源汽車沒有發動系統，傳動和動力系統的部件減少，所以新增長的輕量化需求點主要在車身和底盤的零部件，要和鋼材競爭，實現“以鋁代鋼”。汽車底盤可以采用半固態成形技術，而車身零部件生產以高壓鑄造方式為主。車身零部件是大而薄的復雜結構件，需要高速充型的能力，非傳統鋁合金能滿足，這就對材料提出了更高的要求。從車身角度講，高溫壓鑄的發展趨勢主要朝兩方面發展，一是壓鑄件大型一體化成型，二是工藝與新材料緊密結合。傳統生產中，主機廠設計零件，供應商尋找合適的材料。從工藝角度出發，工廠要考慮如何進行生產并按時交付。而今，若將工藝與材料分開，大型壓鑄件則很難開發成功。

大型薄壁一體化壓鑄件涉及三個核心技術。首先，大型壓鑄件需要選用合適的材料。首選免熱處理的高強高韌鋁合金的延伸率最低要求為10%，在此基礎上追求高強度，以滿足碰撞鉚接的要求。第二，零部件的集成設計能力，利用材料屬性做結構設計。將幾十個鈑金件集成到一起，需要進行結構優化和強度分析，做到兼顧功能性與工藝性。第三，壓鑄件大型化發展，從制造工藝與制造模具的角度，做好結構設計，保證大的型腔內的熱平衡。

特斯拉的汽車后輪罩為1.5米到2米，金屬液在大的型腔中流動，因而需要先做好結構設計，保證后期生產中零件的合格率。高壓壓鑄具有生產效率高、成型薄壁零件的優點，但同時又具備一定的弱點，充型速度較快導致金屬液卷入氣體。擠壓鑄造，主要是對高壓鑄造的補充，更適合做厚壁零件。對屈服強度要求較高的材料，擠壓鑄造和半固態壓鑄具有一定的優勢，但對薄壁零件是一個挑戰，擠壓鑄造適合生產中小型零部件，但并不是最主流的生產方式，最主流的生產方式仍然是高壓鑄造。

《壓鑄周刊》：從低壓鑄造和重力鑄造工藝角度，如何看待技術革新，對壓鑄企業有什么建議？

趙國平：目前，國內最成功的企業生產的副車架合格率不足80%。將毛坯件、工藝系統進一步分析后，會發現澆注系統及充型原則存在較多問題。而談創新之前，企業首先需要理解創新。就鑄造工藝而言，無論是低壓鑄造、重力鑄造、差壓鑄造還是高壓鑄造，方法相似，相互之間存在一定的競爭，同時也面臨高壓鑄造一樣的問題：如何提高充型速度，如何避免產生卷氣，進而產生差壓鑄造。有部分企業嘗試在真空條件下進行低壓鑄造，通過提高冷卻速度減小冒口大小的方式來提高充型速度，目前仍在探索如何提高充型過程平穩的方法。同時，我們需要知道創新目的，通過合理的設計以及結構優化，實現集成零件的鑄造成形，有效地降低零件的重量且減少不必要的加工工藝過程。反之，為了達到這一目的，如何選取適合的材料也成為行業同仁需要進行思考的問題。我們應該建立微觀組織、成分及凝固過程的數據庫，從各個角度共同努力推動我國鑄造行業的進步。創新需要共同努力，企業要認清目的，加強基礎理解。

彭立明：“工業4.0”與人工智能對于提高產品品質的優勢沒有被挖掘出來。運行過程中產生了許多數據，但很多企業沒有很好地利用數據，因此數據對提高品質的益處并沒有被挖掘出來。而用戶往往關注性能而忽略了工藝過程，合金成分、熔煉溫度、澆鑄溫度、壓射速度、工藝參數以及模具的溫度均對合金的性能有較大的影響。將這些數據采集起來，并將之與性能進行對應，變成自適應的過程，反過來提升品質。最后是公司之間的競爭在1%的合格率上面，現在采集過程只是監測過程，各公司應該加緊后續數據的學習。

趙國平：國內許多用戶都具備完整的溫度場采集系統，但是許多工作人員對此不夠重視，認為工藝穩定并未進一步采集溫度，這都表明我們對于采集數據缺乏一個科學的認識。企業應該采集這些數據并進行后期的分析，德國許多企業始終投入大量精力進行研發，其投入程度甚至超過很多高校、研究機構。我們想要尋求突破，還需要腳踏實地，一步一步地往前走。

《壓鑄周刊》：半固態壓鑄技術普及與推廣需要突破哪些瓶頸？在這過程中又應當解決哪些難題？

龍文元：半固態壓鑄的普及與推廣受到三個方面的限制。首先，人才匱乏，在半固態領域，我們國家的研究人員人數居世界首位，但科班出身的研究人員很少。許多壓鑄廠、模具廠的工作人員實力不足，仍然存在仿照舊圖紙和舊設計的局面。第二，半固態成形技術的工業化推廣應用亟待加強，一方面與人才不敢采用新技術有關，另一方面與生產設備有關。我們在技術上雖然發展較快，但半固態生產設備依靠進口，在產業化上仍然存在一定的差距；第三，半固態加工制漿技術仍存在一定問題，攪拌、流動過程中存在二次污染或者卷氣等問題，限制其推廣。若想突破這一瓶頸，需要從三個方面著手，第一，解決高素質人才缺乏的問題，提高鑄造從業人員的專業性；第二，鑄造從制漿開始到成形是全流程的，不能局限于某一個模塊某一個環節。壓鑄件成品率不高與整個工藝流程有關，未來汽車零部件企業應該產學研合作起來，依托高校以及研究機構深入研究；第三，注重工藝性同時注重過程的數據采集，建立相應的數據庫。

彭立明：我們團隊的研究方向主要圍繞三方面，對于壓鑄企業而言也同樣面臨著這些問題。第一，材料開發，開發了一系列鎂合金與鋁合金等免熱處理材料；第二，產品設計，結構設計，一體化零部件與結構化設計密不可分；第三，做好零部件工程樣件開發到交付的過程，教會用戶如何使用。當前存在“要用五好材，材料不敢用”的局面，而新材料推廣過程中的阻礙，歸根到底在于用戶的創新精神，企業中還是缺乏既懂材料又懂工藝的人才，企業應該突破這一桎梏。

趙國平：大飛機項目的鎳基合金仍然受制于人，企業需要加強對材料規范的理解。若企業購買的材料不達標，既需要追溯源頭研究合金成分設計，也需要考慮工藝過程中是否存在問題，這就需要企業保持持續的學習。

《壓鑄周刊》：簡要概括工藝技術在各個研究領域中的應用前景？

龍文元：半固態技術，減少制漿環節進而減少工藝，從汽車輕量化以及高導致密要求高的產品上，半固態技術在推廣應用上更具優勢。

彭立明：“以鋁代鋼，以鑄代鍛”是一個必然的趨勢，鋁合金的壓鑄從材料、工藝、模具及裝備都是一個需要進行持續改進的過程。

趙國平：低壓鑄造和重力鑄造，無論是金屬型還是砂型組芯，潛力都很大，值得進行不斷探索。