汽车轻量化趋势明显，一体化压铸变革催生免热处理合金。在国家降低燃油车油耗排放、增加电动车续航政策的不断催动下，汽车轻量化大势所趋。铝的密度仅为钢的1/3，成为车身压铸件用材的首选。在特斯拉一体化压铸浪潮的引领下，铝合金压铸件趋向大型化、薄壁化，这也带来热处理后铸件变形、后续整形难度以及报废率提升的问题。免热合金材料一方面可以直接在铸态下就能获得要求的合金组织和力学性能；另一方面因省去热处理工序，具备降低零件制造成本节能减排等优点。为一体压铸最佳材料。
　　一体压铸大势所趋，免热合金长坡厚雪。我们预计国内22-25年市场规模CAGR将超过200%，根据对一体化压铸渗透率的预测和对单车压铸零部件的估算，国内免热合金一体化压铸结构件市场空间约达280亿。一体压铸有望加速渗透带动免热合金需求快速释放。
　　一体化压铸初期免热合金行业多壁垒并举，先发优势特征显著。在免热处理合金开发过程中，合金主要成分配比和微量特殊元素引入是核心技术壁垒，此外净化处理、温度控制、浇铸工艺亦会影响合金性质。国内免热处理铝合金已实现自主研发，铝硅系列为绝对主流。专利壁垒对合金材料配方成分进行锁定，为下游客户合作的前置条件。一体化压铸产业高度协同，免热合金起到“穿针引线”的作用，目前一体压铸处于发展初期，基于安全性考虑，主机厂严格选定材料厂商并限制数目。材料认证流程复杂叠加需优化匹配客户零件特性，客户粘性壁垒高企。免热合金行业需要依次经历研发转换周期、配方专利保护周期、产品验证及客户导入周期，行业先发优势特征显著。此外，先发者材料体系不断迭代丰富，有望拉大竞争优势。行业前期竞争核心在于材料厂商基于产品优势建立客户资源壁垒，占据先发优势。
　　投资建议：特斯拉引领一体化压铸变革，国内多车企纷纷跟进，一体化压铸优势显著趋势明确，目前正处于从0到1到快速变革期，免热处理铝合金作为一体化压铸的最佳材料与关键环节，将持续充分受益于一体化压铸产业未来放量红利。基于产业发展初期阶段，在上游免热合金领域，我们认为应该优选具备技术、专利、客户资源等维度先发优势的行业玩家，建议关注：立中集团、永茂泰、广东鸿图。
　　风险提示：由于疫情或其他因素，导致汽车产销不及预期；新能源汽车渗透率低于预期，导致行业需求增速偏低；一体化压铸产业化进程不及预期

研究报告全文：TableMain证券研究报告行业深度铝2023年03月12日铝免热铝合金行业深度系列报告优于大市维持一多壁垒并举构筑一体化压证券分析师何思源铸基石资格编号S0120522100004投资要点TableSummary邮箱hesyteboncomcn汽车轻量化趋势明显一体化压铸变革催生免热处理合金在国家降低燃油车油市场表现耗排放增加电动车续航政策的不断催动下汽车轻量化大势所趋铝的密度仅为沪深300钢的13成为车身压铸件用材的首选在特斯拉一体化压铸浪潮的引领下铝合105金压铸件趋向大型化薄壁化这也带来热处理后铸件变形后续整形难度以及报0废率提升的问题免热合金材料一方面可以直接在铸态下就能获得要求的合金组织-5-10和力学性能另一方面因省去热处理工序具备降低零件制造成本节能减排等优点-15为一体压铸最佳材料-20-242022-032022-072022-11一体压铸大势所趋免热合金长坡厚雪我们预计国内22-25年市场规模CAGR将超过200根据对一体化压铸渗透率的预测和对单车压铸零部件的估算国内免热合金一体化压铸结构件市场空间约达亿一体压铸有望加速渗透带动免相关研究280热合金需求快速释放1永茂泰605208SH业绩低于预期基本面不变行业逐渐回暖一体化压铸初期免热合金行业多壁垒并举先发优势特征显著在免热处理合金2023131开发过程中合金主要成分配比和微量特殊元素引入是核心技术壁垒此外净化处2永茂泰公司取得上交与爱尔思理温度控制浇铸工艺亦会影响合金性质国内免热处理铝合金已实现自主研发免热合金材料专利授权加速布局一铝硅系列为绝对主流专利壁垒对合金材料配方成分进行锁定为下游客户合作的体化压铸蓝海20221010前置条件一体化压铸产业高度协同免热合金起到穿针引线的作用目前一322中报点评-永茂泰体压铸处于发展初期基于安全性考虑主机厂严格选定材料厂商并限制数目材605208SH多重因素扰动下业料认证流程复杂叠加需优化匹配客户零件特性客户粘性壁垒高企免热合金行业绩短期承压基本面长期向好趋势不需要依次经历研发转换周期配方专利保护周期产品验证及客户导入周期行业变2022831先发优势特征显著此外先发者材料体系不断迭代丰富有望拉大竞争优势行一体化压铸材料龙头永茂泰4-业前期竞争核心在于材料厂商基于产品优势建立客户资源壁垒占据先发优势605208SH潜龙在渊2022810明泰铝业再生5601677SH投资建议特斯拉引领一体化压铸变革国内多车企纷纷跟进一体化压铸优势显铝坚实筑底高端转型厚积薄发著趋势明确目前正处于从0到1到快速变革期免热处理铝合金作为一体化压2022518铸的最佳材料与关键环节将持续充分受益于一体化压铸产业未来放量红利基于产业发展初期阶段在上游免热合金领域我们认为应该优选具备技术专利客户资源等维度先发优势的行业玩家建议关注立中集团永茂泰广东鸿图风险提示由于疫情或其他因素导致汽车产销不及预期新能源汽车渗透率低于预期导致行业需求增速偏低一体化压铸产业化进程不及预期请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝行业相关股票股票股票EPSPE投资评级代码名称20212022E2023E20212022E2023E上期本期002101SZ广东鸿图2674073096182372815--300428SZ立中集团2674073096182372815--605208SH1497永茂泰121043099226227增持买入资料来源德邦研究所注股价对应日期2022年3月10日立中集团与广东鸿图为wind一致预测未覆盖暂无投资评级229请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝内容目录1汽车轻量化趋势明确一体压铸变革催生免热合金611双碳背景下汽车轻量化趋势明确612铝合金车身结构件性能要求高压铸件占据主导地位613高压铸造是铝合金材料最高效的成型方法714AlSi10MnMg合金广泛应用于车身压铸结构件通过热处理提高机械性能715特斯拉引领一体压铸变革优势显著势在必行816传统压铸件需热处理矫形一体化压铸下尺寸精度与成本难以兼顾817免热铝合金为一体压铸最佳材料并有其独特要求92空间测算一体压铸大势所趋免热合金长坡厚雪103竞争格局一体化压铸初期免热合金多壁垒并举先发优势特征显著1031成分设计为核心工艺过程保障构筑免热合金技术壁垒1032国外美铝莱茵为主流高品质免热处理铝合金材料开发者12321国外铝硅系列主要免热合金介绍12322国外铝镁系列主要免热处理合金介绍1433国内免热处理铝合金已实现自主研发铝硅系列为绝对主流1534专利壁垒有先发优势后来者专利突破难度较大1635一体化压铸产业链高度协同免热合金起到穿针引线的作用17351材料端免热合金在一体化压铸整体技术中起到穿针引线的作用1736一体化压铸发展初期客户资源壁垒高且为下一阶段抢占市场关键1837先发者材料体系不断迭代丰富有望拉大竞争优势204相关标的2141立中集团免热合金先行者携手文灿剑指一体压铸广阔蓝海2142永茂泰潜龙在渊一体化压铸材料龙头2343广东鸿图业务聚焦为铝压铸龙头赋能265风险提示28329请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝图表目录图1汽车轻量化系数仍存在较大下降空间6图22035年我国单车用铝量超过350kg6图3车身典型结构件6图4汽车车身铝合金满足的性能要求6图5高压压铸在汽车用铝合金中的应用比例最大7图6不同车身结构件对应不同铝合金成型工艺7图7需热处理压铸铝合金的工艺特点8图8特斯拉一体化压铸由后底板到前底板再到一体车身的趋势8图9热处理后铸件变形9图10免热处理合金的独特性能要求9图11免热处理合金生产工序12图12蔚来汽车研发团队与帅翼驰团队合影13图13特斯拉专利材料与其他热处理合金材料性能对比14图14美国铝业公司560合金用于日产GT-R车门板15图15Si含量对Al-36Mg-12Mn-012Fe合金热裂倾向指数的影响15图16一体化压铸产业链17图17免热合金在一体化压铸中起到穿针引线的作用18图18主机厂选择材料供应商流程19图19上海交大JDA1b超大一体化铸件应用验证流程19图20免热合金材料厂商需依次通过技术专利与客户壁垒周期较长20图21立中集团2017-2022H1营收变化亿元21图22立中集团2017-2022H1净利润变化亿元21图23立中集团免热处理合金材料特点22图24立中文灿独家合作的排除条款立中集团未来仍存与整车厂商合作可能23图25永茂泰2017-2022H1营收变化亿元24图26永茂泰2017-2022H1归母净利润变化亿元24图27永茂泰布局免热铝合金历年进程25图28广东鸿图2017-2022Q3营收变化亿元26图29广东鸿图2017-2022Q3归母净利润变化亿元26图30广东鸿图生产基地分布27图31广东鸿图12000T超大型智能压铸单元发布仪式27图32广东鸿图一体化压铸件获得优质铸件金奖特别奖27429请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝表1各类铸造工艺及典型应用对比7表2AlSi10MnMg合金化学成分质量分数8表3国内免热合金一体化压铸结构市场测算单位亿元10表4不同合金元素对压铸铝合金性能的影响11表5Al-Si系国外免热合金性能参数及元素含量12表6目前欧洲结构件压铸常用的3种铝合金性质13表7Al-Mg系国外免热合金性能参数及元素含量14表8国内免热合金性能参数及元素含量15表9免热处理合金具体分类情况16表10国内免热处理合金材料相关专利一览16表11上海交大JDA体系合金力学性能与铸造性能情况可满足车身多场景材料应用需求20表12立中集团各产品产能情况21表13立中集团发行可转债募集资金用途及信息23表14公司铝合金业务产能及下游客户情况24表15铝合金业务产能规划预测24表16公司汽车零部件下游客户25表17永茂泰与爱尔斯合作协议条款主要内容26529请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝1汽车轻量化趋势明确一体压铸变革催生免热合金11双碳背景下汽车轻量化趋势明确顶层政策与车企需求共振汽车轻量化趋势明确据统计汽车重量每下降10油耗下降6-8每使用1kg铝可使轿车寿命期减少20kg尾气排放双碳背景下2020年节能与新能源汽车技术路线图20顶层政策出台要求2035年燃油乘用车纯电动乘用车轻量化系数分别下降2535具体材料方面根据节能与新能源技术路线图规划2025年铝合金单车用量将达到250kg而2020年用量约为129kg辆5年车均用量增长接近1倍此外从车企角度来看汽车轻量化是降低传统能源车油耗和提高新能源车续航里程的关键车企亦纷纷加码轻量化布局不断推出含有轻量化设计的车型图1汽车轻量化系数仍存在较大下降空间图22035年我国单车用铝量超过350kg404003535035030300252525025020182001512915010101005000202520302035202020252030燃油车轻量化系数下降比例纯电动乘用车轻量化系数下降比例单车用铝量kg资料来源永茂泰招股说明书前瞻网中国有色金属加工工业协会德邦研资料来源节能与新能源汽车技术路线图20德邦研究所究所12铝合金车身结构件性能要求高压铸件占据主导地位汽车关键结构件尺寸大壁薄结构复杂对合金材料性能要求高汽车结构件是指在车身上起到主要支撑及承载作用的构件作为车身关键部件通常具有尺寸大壁薄结构复杂等特征大型关键结构件在服役过程中往往承受持续交变的载荷且与汽车安全性密切相关因此在保证较高抗拉和屈服强度的同时还需要具备良好的韧性图3车身典型结构件图4汽车车身铝合金满足的性能要求资料来源卢宏远汽车行业的变革对我国压铸业的影响德邦研究所资料来源爱尔思公司官网德邦研究所铝合金压铸件在汽车用铝合金中占据主导地位汽车用铝合金包括变形铝合金铸造铝合金其中铸造铝合金占据主导占汽车用铝量的80左右细分来629请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝看目前汽车用铝合金材料中551的使用高压压铸生产257的为普通铸造89的为轧制86为挤压17为锻造图5高压压铸在汽车用铝合金中的应用比例最大图6不同车身结构件对应不同铝合金成型工艺锻造17挤压86轧制89普通铸造高压压铸257551资料来源陈龙高真空压铸汽车减震塔的热处理工艺研究德邦研究所资料来源中国锻压网德邦研究所13高压铸造是铝合金材料最高效的成型方法真空高压铸造是铝合金车身结构件生产最优选压铸是一种近净成型的特种铸造方法具有自动化程度高生产效率高能近净成型复杂薄壁件的工艺特性成为制作铝合金汽车结构件最为常用的一种铸造工艺车身结构件通常属于碰撞安全件采用铆钉连接需要压铸件在保持良好的强度的同时具备良好的韧性因此相比传统压铸件此类压铸件一方面采用高真空的压铸工艺来减少压铸件的气孔缺陷另一方面则采用高强韧的压铸铝合金来获得优异的综合力学性能真空压铸技术扩展了压铸件的使用范围使其能够运用在对力学性能要求更高的汽车结构件上成为制作汽车用铝合金压铸件常用的一种快速成型工艺表1各类铸造工艺及典型应用对比重力铸造高压铸造真空高压铸造低压铸造差压铸造挤压铸造锻造机械性能一般低较高一般一般高高表面质量差良好良好中等中等良好良好靠自重填充成内部组织致密001-005MPa左右压力06MPa左右压力下成140MPa左右下成高速喷水无补缩内锻打下晶粒细内部质量型晶粒极为粗后续加工后基本下成型晶粒较大组织型晶粒较为粗大组型晶粒细小组织部较多气孔疏松小组织致密大组织松散不会气孔外露松散织相对松散致密表面粗糙度Ra63-32Ra32-16-Ra63-32Ra63-32Ra32-16Ra32-16热处理T6T5T6T7T6T6T6T6铸件效率低高高中中高低设备成本低中高低中高中一次成型率低一次成型程度高加工一次成型程度一次成型程度高加成型精度加工余量较大加工余量较大加工余量较大工艺繁杂加工余量少高加工余量少工余量少复杂资料来源陆大兴等汽车底盘铝合金化轻量化的成型工艺及趋势康沃真空网李四娣等高真空压铸汽车底盘结构件的热处理王海斌高真空压铸技术及高强韧压铸铝合金开发和应用的现状及前景陈木荣高真空压铸技术的开发与应用研究德邦研究所14AlSi10MnMg合金广泛应用于车身压铸结构件通过热处理提高机械性能AlSi10MnMg合金为广泛应用的车身真空压铸结构件用压铸铝合金工业应用的压铸铝合金按成分差异主要可分为Al-SiAl-Si-MgAl-Si-CuAl-Mg等几个系列普通压铸铝合金通常易形成粗大的针状富铁相并诱发缩孔导致压铸件的力学性能不高AlSi10MnMg因其良好的铸造性能及可通过热处理获得较为广泛的机械性能而成为汽车结构件领域运用最多的高强韧压铸合金该合金的特点是控制低的Fe含量同时提升Mn含量以改善粘模问题低的FeMn比例通过析出形成汉字状星状或多面体状的AlFeMnSi相避免析出薄片状的-AlFeSi相从而获得良好的韧性通过调整Mg元素含量和热处理可以获得不同强韧性匹配的压铸件材料力学性能729请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝表2AlSi10MnMg合金化学成分质量分数合金代号SiCuMnMgFeTiZn其他单个其他总量ENAC-AlSi10MnM91150050408010602502007005015g资料来源段宏强等汽车结构件用非热处理压铸铝合金研究进展德邦研究所图7需热处理压铸铝合金的工艺特点资料来源樊振中等压铸铝合金研究现状与未来发展趋势德邦研究所15特斯拉引领一体压铸变革优势显著势在必行特斯拉引领一体压铸变革优势明显势在必行2019年特斯拉采用一体成形压铸的方式生产ModelY的整个后部车体将原先由多工序所需的70多个零件集成为1个减少了组装焊接等程序减重约30降低制造成本约40ModelY的一体压铸后车身仅重66kg比尺寸更小的Model3同样部位轻了1020kg一体化成型压铸工艺具有成本低效率高轻量化等优势替代传统冲压焊装工艺大势所趋并且特斯拉宣布下一步计划将应用2-3个大型压铸件替换由370个零件组成的整个下车体总成重量将进一步降低10对应续航里程可增加14图8特斯拉一体化压铸由后底板到前底板再到一体车身的趋势资料来源Tesla搜狐德邦研究所16传统压铸件需热处理矫形一体化压铸下尺寸精度与成本难以兼顾传统压铸结构件需热处理矫形一体化压铸下部件形变大难以应用对于汽车真空压铸结构件AlSi10MnMg合金的热处理过程会导致压铸件出现变形与表面起泡的问题特别是随着压铸件的不断大型化后续整形难度以及报废率将大幅提升一体压铸下部件形变误差风险进一步放大难以满足后续需与车体其他部位安装匹配精度要求若强行通过矫正工艺可以改善一定的尺寸精度但部件损失大良品率很低而且高真空压铸与热处理工艺导致整个工艺流程较长829请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝进一步推高成本部件最终成本无法接受因此传统需热处理合金材料在一体压铸应用中难当大任图9热处理后铸件变形资料来源MAGMA官网德邦研究所17免热铝合金为一体压铸最佳材料并有其独特要求免热铝合金为一体压铸最佳材料兼顾性能与成本优势免热铝合金材料一方面可以直接在铸态下就能获得要求的合金组织和力学性能通过特殊的合金配方在完成压铸成型后无需热处理即可获得理想的机械性能可避免在热处理高温固溶时效处理过程中造成的工件变形另一方面因省去热处理工序具备降低零件制造成本提高产品的良品率节能减排等优点随着双碳目标逐步被企业提上日程免热处理强韧化压铸铝合金将会是汽车行业的新宠另外随着轻量化设计需求和铝合金一体压铸结构件的集成化程度不断提升新型压铸合金的开发将朝着提升强度和韧性同时具有良好的流动性和铸造性能的方向发展一体化压铸零件通常具有尺寸大壁厚薄结构复杂等特点这对铝合金材料性能提出了更高的要求综合考虑使用性能工艺特点和生产条件等因素据上海有色金属行业协会介绍一体化压铸铝合金材料不仅在常规性能图7上比普通压铸高还有铸态下具有高强韧性具备优异铸造性能高连接包容性具备更高的微量元素与杂质元素容忍度和需要长效且高效变质剂五点独特的要求图10免热处理合金的独特性能要求资料来源上海有色金属行业协会德邦研究所1在不进行热处理的条件下需保证材料成型后依然具有良好的机械性能且车身结构件来讲还需兼顾碰撞疲劳等性能要求因此一体化压铸结构件要求材料在铸态下具有高的强度和塑性929请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝2对于一体化压铸结构件来说材料的充型能力很关键目前最远的流程可以达到2米7左右如果充型能力不足将导致欠铸等问题3大型一体化压铸车身结构件在零件的不同部位无法做到性能统一焊接SPR胶接等连接方式可能在零件不同部位使用而不同的连接方式对于材料的性能要求也不一致例如SPR就需要材料具有高的韧性而焊接则要求材料不应存在气孔等因此高连接包容性是必要的4目前一体化铸件大概有40的件需要回炉重新使用因此难免会引入杂质元素在低碳背景下未来再生料将融入免热处理锭生产的过程中因此材料能够对元素及杂质拥有高的容忍度才能确保经济性和铸件性能5免热处理材料通过控制凝固过程中形成的组织来实现材料的强度和塑性其关键点在于共晶组织的控制目前依靠现有的LaGd或者稀土元素作为变质剂进行组织调控在实际生产过程中工艺上需要熔体有很长的时间的保温如果变质剂效力下降乃至失效将对于生产的连续性存在极大的挑战2空间测算一体压铸大势所趋免热合金长坡厚雪国内免热合金一体化压铸结构件市场规模有望在2025年超280亿元新能源车销量增长迅猛免热铝合金材料一体化压铸市场广阔2015年至2021年期间中国新能源汽车销量由329万辆增长至近351万辆年复合增长率48新能源汽车渗透率由13达到了近134根据中国汽车工业用铝量评估报告20162030中国新能源汽车的铝消费量从2017年的75万吨增至2018年的146万吨增加95在政府制定的节能减排目标的支持下中国新能源汽车行业的前景广阔预计到2030年中国新能源汽车行业使用铝的比例将从目前占铝消费总量的38升至294免热铝合金一体化压铸市场前景广阔根据对一体化压铸渗透率的预测和对单车压铸零部件的估算预计到2025年国内免热合金一体化压铸结构件市场空间将约达280亿预计22-25年市场规模CAGR将超过200表3国内免热合金一体化压铸结构市场测算单位亿元2022A2023E2024E2025E新能源车一体化压铸市场空间亿元103333381142427944燃油车一体化压铸市场空间亿元000005050819一体化压铸整体市场空间亿元103333431147628782YoY224243151资料来源国际铝协会北京日报汽车之家蔚来公司官网东方财富网特斯拉官网拓普集团官网证券时报德邦研究所测算注免热合金一体化压铸结构市场规模与免热合金材料研发及验证进度高度相关以上仅为示意性测算3竞争格局一体化压铸初期免热合金多壁垒并举先发优势特征显著31成分设计为核心工艺过程保障构筑免热合金技术壁垒在免热处理合金开发过程中合金主要成分配比和微量特殊元素引入是核心技术壁垒此外净化处理温度控制浇铸工艺也会影响合金性质合金材料成分设计是免热处理合金开发的核心技术壁垒其中又以微量元素配比为核心免热合金设计思路为以合金组织控制为出发点引入微量元素对组织进行变质细化确保合金组织细小弥散保证合金强度与塑性其中成分设计的难点在于微量元素种类选取与较窄的引入比例范围需考虑不同微量元素对合金性能影响具体来看免热处理铝合金以Al为基础金属元素为调节并1029请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝改善金属性能以达到工程适用的条件主要方法是添加并控制硅镁铁铜锰锌等元素的含量及相互关系配比原则为既保证合金中能形成足够的强化相又保证具有一定的流动性且杂质的含量不产生热裂倾向各种不同合金元素的加入使铝合金具有不同的性质铝硅系合金中硅的主要作用是改善压铸铝合金的流动性其硅含量在45135硅的加入可以显著降低铝的熔点当硅含量达到125时熔点降为共晶温度因此共晶成分附件的铝硅合金具有优异的流动性铝镁系合金含镁量多在36最高可达96其结晶温度范围较铝硅合金高其逐层和糊状兼有的混合凝固模式带来了一定的缩松倾向但其收缩系数较小不易开裂适于液锻成型在铝合金中还可以存在其他金属元素以进一步提高延伸率和延展性实现期望的强度和韧性添加铈可以进一步提高延展性可铸性强度和韧性添加铜和锌中的至少一种可以提高机械性能表4不同合金元素对压铸铝合金性能的影响添加元素优点缺点改善流动性抗拉强度硬度切削性但结晶析出硅易形成硬点硅以及高温时强度一般不超过共晶点铜机械性能提高增加切削加工性耐蚀性降低容易发生热间裂痕凝固收缩比大易有热脆性镁少量加入可抑制晶粒间的腐蚀使铸件产生裂纹含量低于07则不易脱模能明显提高锌Zn的再结晶温度减缓再铁过量可能降低合金流动性损害铸件的结晶的过程品质缩短压铸设备中金属组件的寿命改善含铜含硅合金的高温强度抑制超过一定限度容易形成硬点以及降低锰铁元素变化减少铁的有害影响导热性镍增加抗拉强度和硬度耐蚀性及导热性降低锌与镁结合时可提升机械加工性能耐蚀性及导热性降低微量钛有细化功能钛导电性弱提高机械性能强度增加铈提高延展性可铸性强度和韧性锶镐铋锑硼实现其他特定性质或冶金效果钼钪铼资料来源中国有色金属加工工业协会德邦研究所工艺控制需合金化除渣除气预热和铸造等多环节协同把握保证制件最终性能体现从熔炼的环节来看需要从合金的成分合金的纯净度合金生产过程中的温度控制三个关键维度来保证材料性能首先免热合金的元素控制范围更窄控制难度更高需保证杂质元素尽可能少的带入特别是回炉料的添加使用会带来杂质元素超标问题需要企业做好合金成分控制在净化处理方面采用将铝液中非金属夹杂物氧化物及含气量的杂质高效去除的技术保证铝液具有较高的纯净度从而避免因铝液中含气量影响提高产品良率免热合金生产过程中温度变化的控制较为严格以避免产生预结晶组织影响产品质量从铸造的环节来看免热合金材料还需与后道铸造工艺参数相匹配保证合金材料具有均匀致密的晶粒组织及较好的力学性能1129请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝图11免热处理合金生产工序资料来源立中专利一种铝合金结构件材料及其制备方法德邦研究所32国外美铝莱茵为主流高品质免热处理铝合金材料开发者国外具有代表性的免热合金材料企业为美国铝业麦格纳和德国莱茵菲尔德近些年特斯拉也加入开发新型免热合金的行列免热处理合金采用的技术路线主要为铝硅及铝镁两大系列铝硅系列为主流Al-Mg系免热处理压铸铝合金压铸控制难度要比Al-Si系合金大主要用于有特殊外观和防腐要求对力学性能要求不高的压铸件常通过添加Mn代替Fe以利于脱模高强韧Al-Si系免热处理压铸铝合金含Mg量较低具备高强韧性压铸合金的共性特征低Fe高Mn添加Sr元素对共晶硅进行变质处理等为目前主流的免热合金材料体系1321国外铝硅系列主要免热合金介绍目前国外的用于免热处理压铸结构件的Al-Si系合金主要有Castasil37合金莱茵菲尔德公司开发Aural6合金Aural5S合金麦格纳公司开发C611合金美铝公司开发以及TeslaAlloy系列合金表5Al-Si系国外免热合金性能参数及元素含量力学性能各组成金属质量分数公司牌号屈服强度抗拉强度延伸率SiFeCuMnMgZnTiSr其他MPaMPa美国铝C611117132228268101416090015040801503001001003业005德国莱Castasil37107150261300871485105015005035060060070010015MoZrAl-Si茵系免Aural6951150102500203070150030040150010015麦格纳热合Aural5S1301502402759136080016025-03060106-0050150015003金Tesla13065750404080350701040150015003VCrAlloy1Tesla特斯拉13061105030803508015040150015005VCrAlloy2Tesla1306110503080350801040150015005VCrAlloy3资料来源各公司专利压铸周刊美国铝业官网德邦研究所德国莱茵的Castasil-37为高强韧Al-Si系免热处理合金典型代表材料根据上海有色金属行业协会轻量化联盟介绍Castasil-37合金不添加具有时效强化作用的Mg元素主要通过添加MoZr等元素在压铸过程中形成细小弥散相来提高合金的强度不必进行固溶处理以提高合金性能压铸件的壁厚越薄冷却速度越快晶粒尺寸越小最终压铸件的合金强度越高同时铸件不会发生自然强1据段宏强等汽车结构件用非热处理压铸铝合金研究进展1229请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝化性能稳定性也较好此合金适用于车身轻量化的薄壁化高强度高韧性需求可应用汽车车门减震塔等零部件表6目前欧洲结构件压铸常用的3种铝合金性质性能成型性热处理力学性能脱模焊接性用途伸长率可达714可进行气体保护电良好适合薄壁复杂热处理显著改善力不粘模脱模疲劳强度高可用于承受动载Silafront铸态壁厚对力学性弧焊MIG激光件学性能斜度1荷零件能影响轻微无热裂焊接伸长率可达可进行气体保护电可用于对力学性能要求高且稍差对压铸厂要求铸态性能高可省去1218T6壁脱模斜度Magsimal-59弧焊MIG技术不需要热处理的结构件和悬高热处理厚对力学性能影响敏2和经验要求高挂件感无热裂合金价格比高高温性能稳铸态伸长率在良好可用于薄壁复Mn低于03定可用于耐长期时效的场Castasil-37可退火提高伸长率1014通过退火处焊接性良好杂结构件时易粘模合用于节点结构件不用热理还可提高处理避免变形资料来源刘学明汽车轻量化压铸结构件技术解说德邦研究所C611为一体压铸而生稳定性与认可度高C611合金是美铝公司为大型压铸件开发的一款非热处理压铸合金固溶热处理改善共晶硅的形貌使得其不需较高的Si含量合金内含一定的Mg元素导致其并非严格意义上的非热处理材料其屈服强度可通过进行T5热处理或T85涂装烘烤处理提升2C611系列具有极佳的流动性可制造形状复杂且要求高性能的结构部件如减震塔横梁电池托盘框架电动机外壳等已经被欧美许多压铸厂家广泛地应用于薄壁结构件例如减震塔的生产许多年国内蔚来汽车宣布成功将C611EZCast合金运用于一体化压铸件帅翼驰国内独家代理美国铝业的C611合金为该项目的联合合作伙伴图12蔚来汽车研发团队与帅翼驰团队合影资料来源帅翼驰微信公众号德邦研究所麦格纳公司开发两款非热处理压铸合金Aural6合金即375类似Castasil37与Aural5合金即374类似C611Aural6合金与Castasil37相比以少量的Mg替代Mo和Zr从而获得一定的强化效果Aural5合金与C611基本一致在铸造后和涂装烘烤前良好的塑性与自然时效稳定性可以满足车身结构件的SPR连接要求涂装烘烤后强度会进一步提升此外还可以满足205下1h的短周期热稳定性以及150下1000h的长周期热稳定性要求3特斯拉在其ModelY车型上首次使用6000t大型压铸单元制造铝合金一体化压铸后部下车身目标合金在铸造态的屈服强度和极限尖冷弯角应分别大于2据段宏强等汽车结构件用非热处理压铸铝合金研究进展3据段宏强等汽车结构件用非热处理压铸铝合金研究进展1329请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝135MPa和24由于铸件的巨大尺寸还要求合金具有极好的流动性能TeslaAlloy合金通过控制CuMg比例以利于析出AlCuMgSi相取代Mg2Si和Al2Cu相来实现强度提升的同时不会引起塑韧性的明显下降此外该合金中添加了Sr元素对Si相进行变质处理添加V元素析出球状的AlFeSiMnV相减少了片状的富铁相有利于材料韧性的提升也能够容忍更高的Fe杂质含量4图13特斯拉专利材料与其他热处理合金材料性能对比资料来源DieCastAluminumAlloysforStructuralComponents德邦研究所322国外铝镁系列主要免热处理合金介绍关于Al-Mg系免热处理新型压铸合金主要可以细分为Al-Mg-MnAl-Mg-Si-MnAl-Mg-FeAl-Mg-Mn-Cu等几种类型表7Al-Mg系国外免热合金性能参数及元素含量力学性能各组成金属质量分数公司牌号屈服强度抗拉强度延伸率SiFeCuMnMgZnTiSr其他MPaMPaAl-Mg560153326862030250211142836005015系免美国铝业A1521421502672831417121630A153121640热合Magsimal591202202203408181826020030508506000702Be金德国莱茵Castaduct4212013524526511160215170201541450302Be资料来源各公司专利段宏强等汽车结构件用非热处理压铸铝合金研究进展德邦研究所注Magsimal59力学性能数据为壁厚为212mm范围的拉伸力学性能Castaduct42力学性能数据为壁厚为24mm范围的拉伸力学性能美铝560免热合金开发时间早不适用于复杂零件560是美铝公司2008年开发的一种非热处理Al-Mg系压铸合金该合金曾用于日产GT-R的车门内板零件壁厚约23mm实现单个车门减重55kg虽然该合金的力学性能优异但其过宽的凝固温度范围导致压铸过程中的热裂倾向非常高因此难以作为料厚变化明显的复杂零部件原料为改善热裂性能美铝在560合金基础上开发出A152低MgA153高Mg合金添加了适当比例Si元素以显著缩短合金的凝固温度范围从而明显降低热裂敏感性54据段宏强等汽车结构件用非热处理压铸铝合金研究进展5据段宏强等汽车结构件用非热处理压铸铝合金研究进展1429请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝图15Si含量对Al-36Mg-12Mn-012Fe合金热裂倾向指数的图14美国铝业公司560合金用于日产GT-R车门板影响0706热裂倾向指数050403020100751215188237Si含量质量分数资料来源段宏强等汽车结构件用非热处理压铸铝合金研究进展德邦研资料来源美国铝业公司官网德邦研究所究所33国内免热处理铝合金已实现自主研发铝硅系列为绝对主流国内免热处理铝合金材料已实现自主研发性能指标能满足汽车结构件要求代表公司如立中集团其研发的LDHM-02免热处理合金取得专利证书拓普集团与华人运通及上海交通大学合作全球首家成功应用了其联合发布的TechCast高强韧性免热处理铝合金材料该材料流动性高于同级别材料15以上强塑积高出30以上保证了整车碰撞等性能达到更高维度此外永茂泰广东鸿图等公司均取得免热处理合金专利目前国内主要厂家所研发生产及应用的免热合金主要为铝硅系列上交Al-Mg系免热处理合金开发走在国内前列一体化压铸应用前景可期上海交通大学开发的SJTU-Al-Mg-Si-Mn免热处理合金该合金在增加MgSi元素含量并调控相对比例的同时添加了TiZrV合金改善组织并引入ReCa复合变质对共晶硅进行细化获得了屈服强度180MPa伸长率10的力学性能类似地SJTU-Al-Mg-Cu-Mn合金则引入Cu元素进行强化同时引入YErCe稀土元素来细化Al2CuMg相获得屈服强度180MPa抗拉强度320MPa伸长率8的高强高韧的综合力学性能该体系合金JDA2体系存在典型的薄壁效应在大型薄壁车身结构件领域应用前景广泛6表8国内免热合金性能参数及元素含量力学性能各组成金属质量分数公司牌号屈服强度抗拉强度延伸率SiFeCuMnMgZnTiSr其他MPaMPa立中集立中集团1102201291100150030350600600500601500150025MoZr团广东鸿广东鸿图15016452302705677675850150050304020300100201Al-Si图系免1602706PFe热合JDA1F851150530010802505015035金上海交JDA1bF120160260320101581002005050508010500502001005VRe大JDA1cF22025030035046JDA1cT633036024永茂泰永茂泰160270791101605080105130005004ReAl-MgJDA2aF1802003003206100515060945750102BeRe系免上海交BeCa热合大JDA2bF180220360400101520360609608001502金VZrRe资料来源各公司专利段宏强等汽车结构件用非热处理压铸铝合金研究进展压铸周刊德邦研究所6据段宏强等汽车结构件用非热处理压铸铝合金研究进展1529请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝Al-Si体系免热合金细分为Al-7SiAl-9Si两大类各有优劣Al-Si系从Si含量来看可以分为高硅含量和低硅含量两大类分别为Al-7SiAl-9Si两大类Al-7Si偏向于延伸率Al-9Si偏向于强度和塑造性两种方案根据不同主机厂提出的零部件设计要求适配使用目前已经经过量产验证的是特斯拉的Al-7Si体系免热合金国内免热合金材料厂商主要以Al-9Si为主相较于Al-7SiAl-9Si免热合金含有较高的Si含量使得材料具有较高的屈服强度和铸造性能但延伸率较低因特斯拉率先利用Al-7Si系列免热合金大规模批量生产目前国内各大车厂基于其生产经验生产线基本遵循Al-Si体系布置搭配材料体系的切换会导致后端处理相应发生变化因此我们认为Al-Si体系免热合金在未来一段时间内仍将占据主流在既有产线成熟批量稳定应用一段时间之后预计才可能发生Al-Mg体系合金的切换表9免热处理合金具体分类情况免热合金类型优点缺点代表型号塑性好延伸率高屈服强度低铸件结构减重不美铝C611自冲铆接SPR连接工艺容忍度高明显特斯拉免热合金AlSi7和Al-Si屈服强度高铸造性能差立中集团LDHM-02AlSi9等铸造性能流动性好使后续生产工艺延伸率低连接工艺容忍度较上海交通大学JDA1x连贯性达到保证低德国莱茵Castasil37美铝A152A153C446F合金Al-MgAl-Mg-Si等外观与防腐蚀性较好压铸难度大德国莱茵Magsimal59上海交通大学JDA2x资料来源压铸技术网段宏强等汽车结构件用非热处理压铸铝合金研究进展特斯拉免热合金专利德邦研究所整理34专利壁垒有先发优势后来者专利突破难度较大专利壁垒对合金材料配方成分进行锁定多为下游客户合作前置条件免热铝合金材料的主成分核心成分微量元素种类及含量含量对材料的抗拉强度屈服强度延伸率流动性等性能会产生重大影响而合金材料专利的核心即为重要元素的种类与含量因此已授权专利对后来者突破专利形成较大阻碍而且专利保护范围较为宽泛后发者在现有材料专利基础上进行元素微调研发免热合金此方法仍属于专利侵权同时随着存量专利的增多新专利申请的边际难度持续加大整车厂为避免专利纠纷对材料的资格审查也较为严格倾向于选择获得专利保护的厂商材料新玩家则需开发新的铝合金配方并获得专利此为进行整车前期试验和认证的门槛具备显著的先进性表10国内免热处理合金材料相关专利一览公司名称公开号发明名称法律状态申请年月CN115029588A一种非热处理高强韧压铸铝合金及其制备方法发明专利申请公布202206CN114717450A一种高导热多元共晶铸造铝合金及其制备方法实质审查的生效202204CN114411020A一种非热处理强化高强高韧压铸铝硅实质审查的生效202201CN109868397A一种高强韧高模量铝合金材料及其压铸工艺发明专利权授予201903一种非热处理强化高强高韧压铸铝镁铜合金及上海交通大学CN110079714A发明专利权授予201905其制备方法非热处理强化高强高韧压铸铝镁硅合金及其制CN108754256A发明专利权授予201807备方法CN104831129A非热处理自强化铝硅合金及其制备工艺发明专利权授予201504CN104805322A非热处理自强化铝镁合金及其制备工艺发明专利权授予201504立中集团CN113755722A一种高强韧免热处理铝合金材料及制备实质审查的生效202109CN113373351A一种可免热处理的铝合金铸造件压力实质审查的生效202106广东鸿图科技股份有限公司CN112301260A一种高强高韧压铸铝合金及其制备方实质审查的生效202010上海永茂泰汽车零部件有限公司CN109881056A一种高强韧压铸铝合金及其制备方法发明专利权授予201903上海交通大学麦格纳国际公司CN113710826A用于汽车结构应用的非热处理型的铸造合金实质审查的生效202004科曼车辆部件系统苏州有限公司CN111500903A一种非热处理型高强高韧铸造铝合金实质审查的生效202003苏州大学日本轻金属株式会社CN113518833A铝合金和铝合金压铸材料发明专利权授予2020031629请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝日轻商菱铝业株式会社CN112930410A压铸用铝合金及铝合金压铸材料实质审查的生效201910山西瑞格金属新材料有限公司CN114150191A一种非热处理高韧性压铸铝合金及其制实质审查的生效202112资料来源国家知识产权专利局德邦研究所35一体化压铸产业链高度协同免热合金起到穿针引线的作用一体化压铸产业链清晰材料端格局尚未稳固整体来看一体压铸产业链上游主要为材料端免热合金生产厂家压铸机制造厂商与模具设计制造商产业链中游为压铸厂商产业链下游为整机厂目前国内一体压铸模式主要有车企自供第三方压铸厂合作两种模式目前除特斯拉采取自供外其他主机厂大多采取与压铸厂合作供应方案如蔚来汽车亦有主机厂采取外购与自供两条腿走路方式如小鹏汽车材料端免热合金厂商不受一体压铸合作模式影响可充分享受一体压铸持续渗透的高景气红利格局维度来看免热合金市场格局尚未稳固目前一体化压铸行业在国内还处在早期发展阶段业务体量上没有出现明显的龙头公司图16一体化压铸产业链资料来源各公司官网各公司年报德邦研究所351材料端免热合金在一体化压铸整体技术中起到穿针引线的作用免热处理合金作为一体压铸成型技术的基础起到穿针引线的作用在一体化铸件设计与制备过程中需要综合考虑零件特性免热处理材料特性零件模具结构压铸工艺及机台能力等根据压铸周刊介绍免热处理高强高韧压铸铝合金材料作为一体化铸件的关键一环必须融入零件设计大铸件区域化性能差异模具设计材料流动性与零件局部特征精细化设计以及后续工艺优化仿真模拟与工艺过程控制系统等环节才能实现高品质一体化铸件的连续稳定生产1729请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝图17免热合金在一体化压铸中起到穿针引线的作用资料来源中华压铸网微信公众号永茂泰公司公告德邦研究所绘制免热处理合金服役性能数据库为零件设计提供安全保障大铸件无法做到所有位置性能一致不同位置由于结构或充型的差异会产生不同的力学性能零件设计时在进浇口远浇口合流或者填充流向改变的位置等这些本体性能较差的区域赋予对应的服役性能数据库旨在仿真中得到零件真实受力区分出大铸件不同区域的性能差异零件设计时使某些成型之后性能偏弱的区域承受较小载荷性能较好区域作为关键的受力位置进行布置为零件设计在仿真方面提供安全保证材料性能品质影响铸件产品良率铸件工艺成熟优化提高材料容忍度前期铸造过程模拟与工艺过程控制系统并举护航铸件连续稳定生产在前期的零件设计阶段需要把准确的材料物性参数带入到高精度的铸造模拟过程中可以识别出哪些区域是薄弱点在进行铸造工艺的浇口布置模流分析时重点对薄弱且关键的区域进行加强提高铸件的质量控制水平和良率其次需要有适合于免热处理合金特性的工艺控制系统免热合金工艺敏感性较高需要材料厂商充分了解免热合金材料特性包括熔点固相限等并将特性充分反馈压铸工艺环节通过工艺的配合实现铸件的连续稳定生产如免热合金液相线较高需较高浇筑温度或使用加热料桶适当降低浇筑温度解决合金生产过程中熔体进入到料桶之后由于温降带来的冷料预结晶缺陷问题避免铸件力学性能下降此外还需认识到后端铸件生产工艺的持续成熟可以提高免热合金材料的性能及品质容忍度模具设计与免热合金特性充分结合保障铸件质量因免热处理液相线比较高更容易形成预结晶缺陷在模具设计时需有对应免热处理合金特性的控制系统在流道附近及通过模拟找到在充型过程中的薄弱位置去设置集渣包收集冷料减少预结晶组织也可以改变浇道的形状以及内浇口的厚度等尽可能阻挡冷料进入铸件从而保证铸件的质量提高产品良率同时一体化大型压铸模具制作成本高试模费用高利用模具设计控制系统可以降低模具厂商开发风险与成本36一体化压铸发展初期客户资源壁垒高且为下一阶段抢占市场关键一体压铸处于发展初期基于安全性考虑主机厂严格选定材料厂商并限制数目一体化压铸行业刚刚兴起除特斯拉外国内厂商处于摸索阶段均没有量产经验汽车结构件对整车的安全性能等优重大影响出于对汽车安全性与生产经济性考虑新能源主机厂对一体化压铸技术应用的成功要求较高对于材料种类的选用较为谨慎倾向于选择具备应用与生产经验的材料厂商为保证质量一致性与稳定性对于最终材料供应商的数目限制亦较为严格主机厂试验初期可能选择几款材料需依次通过本体测试台架测试碰撞测试等一系列的验证但到验证后期只锁定有限的几款材料进行装车碰撞试验因此对于材料厂商来说初期能够成为主机厂材料供应商成为后续可以充分分享搭载车型放量红利的关键要素1829请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝图18主机厂选择材料供应商流程资料来源永茂泰公告广东鸿图公告德邦研究所绘制一体压铸材料认证流程复杂叠加需优化匹配客户零件特性客户粘性壁垒高企对于超大一体化压铸件对应免热合金材料应用验证流程长过程复杂同时合金的特性需不断优化与主机厂的零件特点相匹配据中华压铸网的介绍TechCastTM正是结合JDA1b合金特性与华人运通一体化超大铸件特点优化获得的免热处理压铸铝合金上海交大与合作方经过多轮研发攻关和零件验证在材料开发性能优化制造工艺和系统集成验证等方面实现了100全流程正向开发保证材料压铸力学等性能指标表现优异材料供应商转换成本高即使不涉及设计变更也需先确认产品材质力学性能再到系统供应商进行多种系统台架的试验验证最终由主机厂进行多轮路试才能实施面临较大时间与费用成本因此一体压铸前期主机厂一旦选定材料供应商不会轻易更换利好技术强合作多的龙头企业图19上海交大JDA1b超大一体化铸件应用验证流程资料来源中华压铸网微信公众号德邦研究所多壁垒依次突破周期较长行业先发优势特征显著免热合金行业需要依次经历研发转换周期配方专利保护周期产品验证及客户导入周期以立中集团为例从2016年开始研发免热处理合金材料并于2020年获得发明专利授权此外材料开发之后到最终零件的使用依然是较长的过程材料厂商免热合金产品需要通过主机厂试制验证合格等流程客户验证周期较长时间为免热合金行业的天然壁垒先发优势特征显著1929请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明行业深度铝图20免热合金材料厂商需依次通过技术专利与客户壁垒周期较长资料来源立中集团公司公告德邦研究所37先发者材料体系不断迭代丰富有望拉大竞争优势材料体系需不断迭代丰富以满足未来汽车不同应用场景需求材料为一体压铸技术基础随着未来一体压铸覆盖中地板电池箱体电机壳体等部件应用场景不断延展技术上铸件大型化演绎结构趋于复杂化需要材料不断迭代更新以适应汽车不同部件的性能需求而且材料迭代与客户需求高度关联客户定制化属性强免热合金材料的迭代升级趋势顺应客户需求产品开发环节是客户与材料厂商共同参与的过程以满足主机厂定制化需求进一步强化客户粘性据中华压铸网介绍上海交大轻合金团队材料体系不断迭代丰富目前已成功开发2种合金体系5个亚型的免热处理压铸铝合金材料其中JDA1x是Al-Si-X系JDA2x是Al-Mg-X体系满足不同应用场景下零部件的性能要求1JDA1体系合金已成功应用于乘用车商用车领域十几款支架类受力结构件其中JDA1b合金由于其优异的铸态强塑性主要批量应用于一体化车身结构件同时大量覆盖原有材料热处理型压铸铝合金生产的车身结构件JDA1c合金由于其较高的铸态强度特别是屈服强度主要应用于电机壳体等高强要求铸件从而增加零件设计过程中的结构优化可能性改善零件在实际生产过程中出现尺寸变形合格率低等问题2JDA2体系合金由于高强高韧特性主要应用于底盘类零件满足铸件较高冲击疲劳耐久要求另外JDA2体系合金存在典型的薄壁效应合金在大型薄壁车身结构件领域应用前景广泛表11上海交大JDA体系合金力学性能与铸造性能情况可满足车身多场景材料应用需求物理特性流收抗热抗拉强度屈服强度断后伸长率合金体系液相温度固相温度熔体温度动缩撕裂适合的合金工艺MPaMPa性率性JDA1Al-9Si3003301802006860255052优优优高压压铸挤压压铸JDA1bAl-9Si260300130150121560655056优良优高压压铸挤压压铸高压压铸挤压压铸半固态压铸JDA1cAl-8Si-Cu-Mg3003502202504660651096中良优等也适用于T6热处理工艺JDA2Al-5Mg3003201601801520637530107良中中高压压铸挤压压铸半固态压铸JDA2bAl-7Mg-3Si360400200240101561359023优良良高压压铸挤压压铸半固态压铸资料来源中华压铸网微信公众号德邦研究所行业前期竞争核心在于材料厂商基于产品优势建立客户资源壁垒占据先2029请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明