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    轻量化铝合金在汽车上有哪些应用?
    点击次数:3492 发布时间:2017-02-20

    轻量化铝合金在汽车上有哪些应用?

    20 年来,世界性能源问题变得越来越严重,这使得减轻汽车自重、降低

    油耗成了各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。据有关数据介绍,汽车重量每减

    50kg,每升燃油行驶的距离可增加 2km;汽车重量每减轻 1%,燃油消耗下降

    0.6%1%。铝具有密度小、耐蚀性好等特点,且铝合金的塑性优良,铸、锻、冲

    压工艺均适用,zui适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材

    料利用等几个方面比较,铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。目前,美

    国、日本、德国是汽车采用铝合金zui多的国家,如德国大众 AudiA8A2,日本

    NXS 等车身用铝合金量达 80%。我国汽车除上海桑塔纳、一汽奥迪和捷达(均

    为引进生产线)用铝合金外,国产以红旗较多,约 80100kg。有资料表明,用

    铝合金结构代替传统钢结构,可使汽车质量减轻 30%40%,制造发动机可减轻

    30%,制造车轮可减轻 50%。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运

    输的重要途径之一。因此,研究开发铝合金汽车目前显得十分必要。

     

    轻量化铝合金在汽车上有哪些应用?

    铝合金在汽车工业中的应用背景

    zui早把铝材运用到汽车上的是印度人,据记载,1896 年印度人用铝制

    做了汽车曲轴箱。进入 20 世纪早期,铝在制造豪华汽车和赛车上有一定的应用,

    铝制车身的汽车开始出现,如亨利²福特的 Model T 型汽车和二、三十年代欧洲

    赛车场上法拉利 360 赛车都是铝制车身。

    汽车用铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金在汽车上的使用

    量zui多,占 80%以上,其中又分为重力铸造件,低压铸造件和其它特种铸造零件。

    变形铝合金包括板材、箔材、挤压材、锻件等。世界各国工业用铝合金材料的品

    种构成虽然有一定的差异,但大体是相同的。其品种构成:铸件占 80%左右,锻

    件占 1%3%,其余为加工材。美国汽车工业中变形铝合金占较大比例,达 36%

    1 1.1  铸造铝合金的应用

    铸造铝合金具有优良的铸造性能。可根据使用目的、零件形状、尺寸精度、

    数量、质量标准、机械性能等各方面的要求和经济效益选择适宜的合金和合适的

    铸造方法。铸造铝合金主要用于铸造发动机气缸体、离合器壳体、后桥壳、转向

    器壳体、变速器、配气机构、机油泵、水泵、摇臂盖、车轮、发动机框架、制动

    钳、油缸及制动盘等非发动机构件。

    1.1.1 发动机用铝合金

    汽车发动机用铝合金制造轻量化zui为明显,一般可减重 30%以上,另外,发

    动机的气缸体和缸盖均要求材料的导热性能好、抗腐蚀能力强,而铝合金在这些

    方面具有非常突出的优势,因此各汽车制造厂纷纷进行发动机铝材化的研制和开

    发。目前国外很多汽车公司均已采用了全铝制的发动机气缸体和气缸盖。如美国

    通用汽车公司已采用了全铝气缸套;法国汽车公司铝气缸套已达 100%,铝气缸

    体达 45%;日本日产公司 VQ 和丰田公司的凌志 IMZ-FEV6 均采用了铸铝发动机油

    底壳;克莱斯勒公司新 V6 发动机气缸体和缸盖都使用了铝合金材料。

    1.1.2 轮毂用铝合金

    铝轮毂因为质轻、散热性好,并具有良好的外观,而逐渐取代了钢轮毂。在

    过去的 10 年,全球铝合金汽车轮毂以 7.6%的年增长率增长,根据分析,到 2010

    年时,汽车轮毂铝化率可达 72%78%[4]A365 是一种铸造铝合金,它具有良好

    的铸造性能又具有高的综合力学性能,世界各国的铸造铝合金轮毂都是此类合金

    生产的。我国西南铝加工厂与日本轻金属株式会合作开发了 A6061 铝合金轮毂。

    1.2  变形铝合金的应用

    变形铝合金在汽车上主要用于制造车门、行李箱等车身面板、保险杠、发动

    机罩、车轮的轮辐、轮毂罩、轮外饰罩、制动器总成的保护罩、消声罩、防抱死

    制动系统、热交换器、车身构架、座位、车箱底板等结构件以及仪表板等装饰件。

    1.2.1 车身板件用铝合金

    板材在轿车上的应用比重不断上升,如经热处理(如:T4T6T8)的 6000

    系(AI-Mg-Si 系)铝合金板材,能够很好的满足汽车对壳体的要求,可用做车

    身框架材料。Audi A8 的车身钣金件,即采用了本系合金铝材。另外,2000

    AI-Cu-Mg 系)、5000 系(AI-Mg 系)和 7000 系(AI-Mg-Zn-Cu 系)铝合金也

    可应用于车身材料。近几年,采用6000系和7000系高强度铝合金开发了“口”、

    “日”、“目”、“田”字形状的薄板和中空型材,不仅质量轻、强度高、抗裂

    性能好,而且成型性能好,在汽车上得到了广泛的应用。

    1.2.2 其它铝合金结构件

    铝合金也被广泛应用于汽车的其他部位,如:美国通用汽车公司用 7021

    板制造 Smure 轿车保险杠增强支架,福特公司用 7021 铝板制造 Lincoln Town

    轿车保险杠增强支架[7]。汽车悬挂件也应用了铝合金材料,有效减轻了相应零

    部件的质量,提高了汽车行驶的平顺性、稳定性,如用 6061 锻件生产的盘式制

    动器卡爪、动力传动框架等。此外,铝合金也广泛用于汽车空调系统,如日本用

    6595 铝合金做汽车散热器和冰箱散热器。

     

    轻量化铝合金在汽车上有哪些应用?

    新型铝合金在汽车上的应用

    2.1  快速凝固铝合金

    快速凝固条件下(冷速达 104109/S,材料将引起一些组织结构上的新

    特征:超细化的微观组织;提高合金的固溶度极限;成分的高度均匀、少偏析或

    无偏析;形成新的亚稳相等。基于这些特征,快速凝固铝合金必然会在汽车行业

    得到应用。Sumitomo 电器公司利用快速凝固 PM AI-Si-X 高硅铝合金代替烧结钢,

    大批量制造汽车空调压缩机转子和叶片,使转子重量减轻 60%,整个压缩机重量

    减轻 40%;雅马哈汽车制造公司生产的快速凝固高硅铝合金活塞也投入市场,这

    种活塞与普通铸铁相比,重量减轻了 20%,寿命提高了 30%,而且显著降低了噪

    音,减少污染;马自达汽车公司利用喷射沉积 Al-Si-Fe-Cu-Mg 合金制造了一种

    新型发动机转子,提高了发动机效率,能节油 20%

    2.2  铝基复合材料

    以陶瓷纤维、晶须、微粒等为增强材料,生产铝基复合材料,其比强度、比

    弹性模量、耐热性、耐磨性等大幅度提高,可用做发动机零件,如用粉末冶金法

    研制成功的 Al2O3 SiC 颗粒(晶须)增强的 Al-Si 系合金活塞,在保留 Al-Si

    合金活塞优点的同时,可进一步改善活塞的强度、耐磨性、耐热性和抗疲劳性能,

    用于汽车发动机上;此外,颗粒增强铝基复合材料还可用于制造车辆发动机的汽

    缸体、活塞和连杆等部件。

    2.3  泡沫铝合金

    泡沫铝合金是一种在金属基体中分布有无数气泡的多孔材料,这种材料的质

    量更轻、强重比更高,并具有高的吸能特性、高的阻尼特性和吸振特性。将泡沫

    铝填充于两个高强度外板之间制成的三明治板材,在用于车身顶盖板时,可提高

    刚度、轻量化并改善保温性能,用在保险杠、纵梁和一些支柱零件上时,可以增

    加撞击吸能的能力,在轻量化的同时,提高了撞击安全性。

    铝合金在汽车上的发展前景

    在轻量化金属中,镁合金密度虽比铝合金小,但镁锭成本较高,且零件制造

    过程中还有许多技术障碍,如缺少高温压铸合金和设计数据,表面处理技术粗劣,

    结合水平低等,所以目前在汽车上的使用量相当有限;而航空航天用的钛合金虽

    有高的机械强度,但制造工艺困难和制造成本昂贵,导致钛合金无法大批量的应

    用于汽车生产。铝合金在成本、制造技术、机械性能、可持续发展(地壳中铝含

    量zui多,占 8.1%)等方面综合性能好,因此铝合金是现在及将来汽车工业中的

    轻金属材料。

    目前,我国汽车生产量继美国、日本、德国之后,居世界第四位。而在汽车

    铝化率方面,我国的技术还相对比较落后。当前发达国家汽车上铝材的使用已达

    138kg,铝化率达 12%,而我国汽车上铝材的使用与国外差距很大,平均用铝量

    仅为 60kg,铝化率不到 5%[9]。因此,我国汽车用铝合金市场的发展前景非常广

    阔。(来源:程力专用汽车)

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