汽車(chē)鋁合金材料的應(yīng)用與發(fā)展

焦登寧 王旭飛 譚飛等

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)汽車(chē)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，汽車(chē)輕量化已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，鋁合金因其優(yōu)良的性能越來(lái)越多的被應(yīng)用于汽車(chē)上，本文通過(guò)分析鋁合金材料的特點(diǎn)與性能優(yōu)勢(shì)，闡述了車(chē)用鋁合金材料發(fā)展歷程與應(yīng)用，進(jìn)而總結(jié)出我國(guó)汽車(chē)輕量化進(jìn)程中所面臨的主要難題，推動(dòng)汽車(chē)輕量化的良好發(fā)展。

關(guān)鍵詞：輕量化技術(shù);鋁合金;汽車(chē)行業(yè)

0 引言

隨著中國(guó)汽車(chē)制造由大到強(qiáng)的轉(zhuǎn)變，汽車(chē)產(chǎn)品低碳化、智能化及信息化發(fā)展趨勢(shì)已被行業(yè)所認(rèn)可，為了更好的兼顧產(chǎn)品性能和成本的前提下，輕量化技術(shù)是汽車(chē)工業(yè)節(jié)能減排重要手段。其旨在保證汽車(chē)性能同時(shí)不增加或少增加成本的前提下、顯著降低汽車(chē)油耗。輕量化的實(shí)現(xiàn)主要有三種手段：一是制造上采用輕質(zhì)材料，二是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，三是進(jìn)行工藝的革新。采用新型材料是汽車(chē)輕量化最直接的手段。研究表明：汽車(chē)整車(chē)重量降低10%，其燃油經(jīng)濟(jì)性可提高6%-10%，汽車(chē)重量降低1%，油耗可降低7%。汽車(chē)為了更好地朝著高效能、低能耗、低排放方面發(fā)展，輕量化技術(shù)已成為提高汽車(chē)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的有效措施。而鋁合金的發(fā)展在其中扮演著越來(lái)越關(guān)鍵的作用。

1 鋁合金材料的特點(diǎn)與性能分析

鋁密度小，比強(qiáng)度高，經(jīng)久耐用，耐腐蝕性好、導(dǎo)熱性好、良好的成形性能及工藝性能且表面美觀，最適合汽車(chē)零部件的壓鑄件，且回收利用率高，根據(jù)美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)報(bào)告指出，汽車(chē)每使用0.45kg鋁就可減輕車(chē)重1kg，理論上鋁制汽車(chē)可以比鋼制汽車(chē)減重40%左右。據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)1kg鋁能代替2.25kg鑄鐵，所以用鋁材制造汽車(chē)零部件對(duì)汽車(chē)將有顯著的瘦身效果，故鋁合金已成為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化不可或缺的材料。

2 鋁合金的發(fā)展及在汽車(chē)上的應(yīng)用

汽車(chē)用鋁的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一階段主要是“四門(mén)兩蓋”的車(chē)身階段，車(chē)企通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋、汽車(chē)擋泥板、車(chē)門(mén)等部件采用鋁合金材料以求降低油耗。第二階段主要是“殼式支撐結(jié)構(gòu)”車(chē)身階段，其代表是1990年生產(chǎn)的豐田NSX。第三階段是“空間框架結(jié)構(gòu)”車(chē)身階段，其代表是奧迪A8、捷豹XFL、特斯拉均采用全鋁車(chē)身。

目前鋁合金在汽車(chē)上應(yīng)用的形式：有鑄造鋁合金和變形鋁合金。其主要特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合如圖表1所示：

3 鋁合金發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

雖然鋁合金作為輕量化材料方面有很大的優(yōu)勢(shì)，汽車(chē)零部件鋁合金的滲透率也在逐漸加大，但是鋁合金發(fā)展同樣面臨挑戰(zhàn)，主要原因如下：

（1）高昂的成本，以前鋁的加工方式是將厚的鋁合金板沖壓成薄板再進(jìn)行加工，目前采用的是和鋼板沖壓類(lèi)似的熱沖壓成形技術(shù)。這對(duì)工藝要求比較嚴(yán)格，在加工過(guò)程中由于摩擦力作用，截面各處材料流動(dòng)不均，容易在應(yīng)力集中地方產(chǎn)生急劇減薄而發(fā)生破裂，使工藝變的復(fù)雜，努力協(xié)調(diào)好壓邊力與沖壓力的關(guān)系，加上良好的潤(rùn)滑，是實(shí)現(xiàn)鋁合金熱沖壓再次降低材料成本的關(guān)鍵。因此這使得全鋁車(chē)身的應(yīng)用只能局限于高端車(chē)型而無(wú)法向數(shù)量龐大的經(jīng)濟(jì)車(chē)型拓展，高昂的成本也是導(dǎo)致奧迪A8豪華車(chē)型放棄全鋁車(chē)身的原因，據(jù)奧迪官網(wǎng)聲稱，奧迪計(jì)劃于2018年發(fā)布的新款A(yù)8車(chē)型的車(chē)身選擇回歸鋼鐵材料，決定40%的車(chē)身結(jié)構(gòu)件將使用鋼鐵，這是自?shī)W迪1994年研制A8使用全鋁制白車(chē)身后的重大轉(zhuǎn)變。

（2）鋁合金的性能因素也是制約其發(fā)展的重要因素，在某些部件上他仍無(wú)法取代鋼材，同時(shí)鋁合金的連接技術(shù)也制約其發(fā)展。

（3）碰撞后的維修問(wèn)題，鋁合金形變能力差（成塑性差）敲打只會(huì)打壞部件，加溫的話又無(wú)法保證降溫后的強(qiáng)度，所以基本上說(shuō)，碰撞變形后，鋁合金部件需要整件替換，十分麻煩，且費(fèi)用昂貴。

4 結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)節(jié)能減排永遠(yuǎn)是汽車(chē)發(fā)展的永恒話題，圍繞實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)，國(guó)家在《中國(guó)制造2025》中指出繼續(xù)支持汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，努力提升輕量化材料核心技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化能力，建立從關(guān)鍵零部件到整車(chē)的完整工業(yè)體系和創(chuàng)新體系，推動(dòng)自主品牌節(jié)能與新能源汽車(chē)同國(guó)際先進(jìn)水平接軌。相信隨著成本高和連接困難等一系列技術(shù)難題的攻克，鋁合金材料會(huì)成熟的應(yīng)用到汽車(chē)中去，為輕量化發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：焦登寧（1992-），男，陜西咸陽(yáng)人，研究生，研究方向：汽車(chē)節(jié)能技術(shù)。