铝的密度只有铁、铜、锌和其他合金的 1/3 左右。它是目前符合轻量化要求的压铸合金材料之一。此外，铝还具有较高的比强度和比刚度，并具有良好的塑性流变特性。铝合金具有结晶温度范围窄、线收缩率低、易成形和切削、机械性能高和耐腐蚀等优点，基于以上优点，铝合金已成为高强度、高韧性的压铸合金材料之一。铝合金压铸件在汽车、航空航天等行业中具有优异的减重效果。20 世纪 80 年代以来，汽车工业的快速发展带动了相关产业的发展。汽车工业的发展主要围绕智能化、轻量化、模块化等方面展开。

合金成分对铝合金性能的影响 压铸铝合金的成分和含量对铸件的机械性能有重要影响。针对不同铸件的性能要求，应选择不同的压铸工艺和相应的铝合金成分。目前，压铸铝合金已广泛应用于工业领域。铝硅二元合金、铝镁二元合金、铝硅镁合金、铝硅铜合金等在中国、美国和日本得到了普遍应用。铝合金的型号和成分如表 1 所示。一般来说，传统压铸铝合金中添加的主要合金元素有 Si、Fe、Cu 等。其中，Si 元素的添加可以增强铝合金的流动性，Fe 元素的添加有利于压铸件的脱模，Cu 元素的添加可以增强铸件的强度，各种合金元素的添加使得铝合金具有不同的性能和优缺点。

铝硅系列合金

压铸铝合金中加入硅元素后，结晶温度范围会缩小，共晶含量会增加，而且由于硅元素的结晶潜热大，合金的流动性也会增加。此外，硅元素的体积收缩率近似为零，线膨胀系数远小于铝元素。随着硅元素含量的增加，成型合金的收缩率降低，从而减少了孔隙收缩和热裂纹的倾向，并抑制了高温脆性。由于压铸铝合金中添加了 Si 元素，使其具有良好的铸造性能、导热性、耐腐蚀性等优点，因此 Al-Si 系列合金在铸造领域得到广泛应用。传统的 Al-Si 二元合金系列虽然强度好，但塑性较差，难以满足汽车工业快速发展对更高性能铝合金的要求。

铝硅系列合金的主要缺陷是在铸造过程中容易产生铸件尺寸不合格和气孔等缺陷。传统铸造铝合金的微观结构晶粒呈树枝状，影响合金的机械性能。业内将铝硅合金分为三类：低共晶铝硅合金、共晶铝硅合金和高共晶铝硅合金，如图 1 所示。合金中较高的硅含量可促进形成坚硬粗糙的原生硅颗粒，提高过共晶硅铝合金的耐磨性。同时，原生 Si 粒子的存在也不利于合金的机械性能。影响，如降低切削性能。

铝镁系列合金

铝镁合金具有优异的塑性和耐腐蚀性。成型铸件的表面质量高。主要用于汽车耐腐蚀零件和表面质量要求高的压铸件。压铸铝合金中添加了镁元素。由于镁原子的半径比铝原子的半径大 13%，因此经过固溶处理后，镁溶解在铝的α相中，使铝合金产生更大的变形，提高了铝合金的强度。Al-Mg 合金液表面可形成耐腐蚀性强的尖晶石膜，可提高合金的耐腐蚀性，合金形成粘液膜的倾向性低，铸件表面质量高。但是，铝镁合金可能会产生 Mg 2 Si 和 Al 3 Mg 2 硬脆相，从而降低合金的延伸率，增加热裂纹倾向。在熔炼过程中容易氧化或形成熔渣，导致铸造性能不佳。

铝硅镁系列合金

铝硅镁系列合金属于铝硅系列合金中的一种特殊合金。在铝硅系列合金中，硅元素在铝中的溶解度很小，很难在铝合金中添加更多的硅元素。因此，向铝合金中添加 Si 元素所产生的冲击强度较小。由于无法通过热处理工艺进行强化，可以考虑在 Al-Si 系列合金中添加 Mg 元素。经过热处理后，合金会析出分散强化相，从而提高合金的强度。例如，ZL114A 铝合金是一种 Al-Si-Mg 合金，少量的 Mg 可以提高合金的抗拉强度和屈服强度，具有更好的机械性能，而且合金具有更好的填充能力、耐腐蚀性和更低的热裂倾向。Al-Si-Mg 系列合金是新型压铸铝合金的发展目标，可用于形状复杂、综合力学性能要求高的汽车车身零件，但对成型零件的后续加工要求较高，会增加制造成本。1.1.4 Al-Si-Cu 系列合金 Al-Si-Cu 系列合金中加入了 Cu 元素。常温下，Cu 元素在 α-Al 固溶体中的溶解度很小，但在高温下溶解度较大，因此 Cu 元素可以溶解在合金中的铝基体中或形成颗粒状的复合强化相（主要是 AlCu 和 Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 相），提高合金的抗蠕变性和合金的强硬度。在 Al-Si-Cu 系列合金中添加 Cu 元素可以提高铝合金的机械性能、铸造性能和切削性能，但 Al 元素与 Cu 元素之间的化学势差较大，容易导致合金的耐腐蚀性能变差，热裂纹倾向较高。在铝硅铜压铸合金中，铜含量一般控制在 1%~5%。A383 合金是在美国传统的 A380 合金基础上改进的压铸铝合金。其 Si 含量比 A380 更接近共晶，从而提高了合金的流动性。其 Cu 元素含量较少，在压铸过程中会产生一定程度的热裂纹。倾向于形成热裂纹路径。

其他元素在铝合金中的作用

铁元素是对压铸铝合金有重大影响的杂质元素。铁元素容易与铝合金中的铝、硅、镁等元素发生反应，形成 Al 3 Fe、Al 9 Fe 2 Si 2、Al 8 Mg 3 FeSi 6 等相。这些相都是硬脆相，容易产生裂纹，而且在相的位置容易积聚杂质气体，降低合金的机械性能。压铸工艺的使用在一定程度上减少了针状富铁相的析出，从而降低了对基体的不利影响。此外，高含量的铁元素会降低铝合金的耐腐蚀性和流动性，增加热裂倾向和缩孔倾向。

Zn 元素在 α-Al 基体中的溶解度较好，可形成固溶体，增强合金的机械性能，提高其流动性，改善合金的机械加工性能。但与铜元素类似，由于合金中 Zn 元素与 Al 的化学势相差较大，压铸铝合金的耐腐蚀性较差，而且合金中 Zn 元素的体积收缩率高达 4.7%，这使得压铸铝合金具有较高的收缩倾向。压铸铝合金中常添加稀土元素。稀土元素的原子半径大于铝元素。铝元素的晶体结构是面心立方晶格，而稀土元素是紧密堆积的六方晶格。因此，铝合金中含有稀土元素。溶解度小，不易形成固溶体。在铝合金中添加稀土元素，会使稀土元素集中在固液界面前，造成成分过度冷却，从而改善铝合金的机械性能。稀土元素在铝合金熔炼时较为活泼，易于填充。

合金相产生的缺陷会降低两相之间的表面张力，并在合金晶粒表面形成活性层，阻止晶粒生长。对于合金中的铁等杂质，稀土元素可以与之发生反应，净化铝液，改善富含铁的杂质相。