详解小米超级电机V8s的材料是如何炼成的

不知大家是否还记得，之前发布会不是说有种高强度960Mpa的材料么，就是这台电机的硅钢叠片，根据国标18388，转子要具备峰值转速1.1倍的超速要求，如果说小米V8s对外宣传的峰值转速是27000，那么它转子爆破临界转速就要做到30000以上，这台电机是2021年那会儿立项的，当时小米在预算之内能找到的所有材料都满足不了这个需求。这个铁芯的爆破测试瞬间大家可以看到，这个转速，真不是什么材料都能承受得了的。

那怎么办，小米找到了首钢一起进行了联合开发，因为硅钢应对的是超高转速，超高的离心力、转子应力有挑战，为了提高性能，还要尽可能让磁桥壁变薄去减少磁短路，那么就只能提升材料强度。

当时他们就在讨论，既然材料固溶和位错强化都能提升性能，为啥不能一起用在材料上？

位错，冷作硬化就是位错，把材料内部晶界破坏，形成一种微小晶界扭曲提升性能，固溶就是把其他元素溶解在铁晶格里面，也是提升性能的。那么能否结合两者的优势，于是，两家企业一拍即合，做出了预报模型提升了不少研发速度。

这是理论层面，实践层面，为了稳定量产，小米拿到高强度硅钢材料之后，还得考虑加工，要我说，电机工艺照着发动机机加工的复杂度来说，可能还有距离，但你要说加工难度，也是不小的，尤其是高强度硅钢叠片的冲压，在延伸率低，强度硬度却很高的情况下，材料冲口容易脆性开裂，模具切口的要求几乎达到了钛合金的强度，所以用到了CF- H40S的模具精度，HRC洛氏硬度达到了89-92，要知道这个参数70以上就算是工具钢的硬度了，而且这里面小米用到了一种钨钴合金，这种金属打造的顶级刀口，冲片边缘切口的参数可以从4微米/Ra0.2提升到1微米Ra0.1的表面粗糙度。模具的匹配精度也可以从20微米提升到5微米，这里面还有很多信息量本期没时间说全，大家随时发散补充。总之，在这种精密设备的加工下，硅钢冲片的良品率大幅提升，实现了稳定的冲压量产。

V8s因为转速要求高，功率扭矩大，小米还专门开发了电机壳体专用铝。这种材料理论上不需要做热处理，屈服强度还提升40%，有一个点需要纠偏，就是这个电机壳体和车身大压铸是两个方向，后者主要注重碰撞吸能以及特定铆接工艺的高韧性表现，电机则是强度第一、耐腐蚀第二。

我们知道，A380铝合金是行业用的比较多的，它集合了易铸模，便于机加工和优良的热传导这些优点，但小米的这个新铝合金和A380对比了一下，除了延展性能差不多，硬度、屈服和抗拉都大幅提升。耐腐蚀性更是提升了1倍。

用来做壳体、端盖、整个机体能减重一成左右。而且和之前行业里宣发的镁铝合金相比，小米对镁的运用很慎重，目前主流使用的镁合金材料，在耐腐蚀方面还需要优化，尤其是在解决电化学腐蚀方面。大家记得之前老王分析过SU7的前舱顶吧，就是俗称圣诞树的那个结构，因为距离地面比较远，对腐蚀性要求不高，可以用到镁铝合金。

但电机紧贴地面，轴端又是运动部件，腐蚀预防不允许小米的电机这么做，现在电机都讲究高转速和小型化，给壳体带来的另一个挑战，就是接触面积小，长度、外径尺寸都很紧凑，扭矩又很大，壳体受力自然也大，如果还使用常规铝合金，就需要设计得很厚。

所以小米在铝合金中加入多种强化元素把基体晶粒变细，这是第一阶段，第二阶段他们和多所大学合作，把筛选出的稀土元素加入合金，然后在铝合金Alpha相球化均匀分布这块下了不少功夫，可以让共晶结构，由片状和块状，变为点状球状。

在熔炼和压铸过程中小米还遇到过一个困难，由于大型熔炼炉的长时间保温及某些高温强化相的存在，会导致某些强化相容易在铝合金液体中沉降，如果说为了缓解沉降带来的影响，去进一步升高压铸时的铝液温度，而高温带来的铝液粘度降低，又会导致“模具跑水”说白了就是铝液从模具中渗出来，成型质量和安全都有风险，这不是根本解决方案，而小米这边的做法是以中间合金的形式，在精炼过程中再加入相应元素，这种不仅限于材料级的研发，而是涉及到全工艺范围的熔炼及压铸研究，也引起了一波行业友商及供应商们的及时跟进。

小米这一块还有个亮点，就是这个金相材料牵扯到重资产投入，如果在茫茫多的材料之中去瞎拼概率试错，肯定不划算，小米这里加入了AI开发，我知道的有三类方法可以用到AI：

▶  一个是分子动力学模拟，通过模拟金属的原子行为，预测在不同温度、压力下的相变、位错，这个是用的最多的；

▶  还有就是FEA有限元大家可能也听说过，模拟实际的应力和变形；

▶  最后就是密度泛函理论DFT，去做原子尺度上的预测电子结构和反应性，帮助筛选不同掺杂元素，这个可以在原子尺度上去预测导电率和强度。

总之，这三个都需要大型算力和AI团队搭建，至于研究的对象是什么，其实方法论接近，在纵向剖析供应商是垂直的，而横向解耦这个维度，小米是专业的。四年前去查小米的专利，那时候这类专利可能还没批量公开，我们能查到的都是什么手机支架之类的实用新型，现在，确实大有改观。

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