汽车板用铝合金板材.doc

汽车板用铝合金板材 由于燃油消耗和废气污染在日益加剧，必须努力使汽车轻量化。可热处理强化的6000系列合金可用于汽车车身板。在欧洲，常用含Cu低的AA6016合金，在北美，制造商更注重强度，用含Cu量高的AA6111合金（Si1.15,Mg0.75,Cu0.70,Mn0.27,Fe0.26,Zn0.16,Cr0.11,Ti0.15）。虽然强度低、成形性差，但已在Ford Crow Victoria,Crand Marques和Taurus/Sable等车型上应用。它在冲压成型时强度并不高，但在涂装烘烤时（低于180C，小于30分钟，不能充分强化，必须开发时效强度快的合金，本文研究Mg和Mn成分对时效速度的影响）获得时效强化。99.9%高纯铝、电解铜、工业纯镁、工业纯锌、Al-9.5%Si、Al-9%Mn、Al-4%Cr、Al-3%Ti中间合金。540C/16h均匀化退火，430加热温度轧制，4.5mm厚板材时410C/1h中间退火，再轧到1.2mm厚薄板。540C/0.5h水淬（也有说550C保温1小时），室温停留0.5h，170C/0.5h时效，Mg和Mn含量增加，时效强度增大，但延伸率下降。增加Mg对淬火时效的晶粒度和形状影响不大，而增加Mn，晶粒明显细化并阻碍再结晶。2009年汽车产销量已达1300辆，汽车保有量7000万辆。乘用车重量每减少10%，可节油6%-8%，减排4%。铝的密度是钢的1/3，铝代钢可减重30%-40%。2006年欧、美、日等国的轿车用铝量已达127kg/辆，欧洲铝协（EAA）预测，在2015年前，欧洲轿车用铝量将增至300 kg/辆，采用铝材减少的耗能是原铝生产耗能的6-12倍。1、良好的成形性：为提高铝材的成形性，希望铝材有较低的屈强比、较高的加工硬化速率和均匀延伸率；2、有一定的抗时效稳定性（铝合金板材在室温下存放时不发生时效的特性，因为时效会使合金在拉伸变形时出现屈服点伸长，即吕德丝（luders）带，从而在冲压时造成表面变形不均和起皱，影响冲压件的外观，要求6个月不发生时效），有良好的烘烤硬化性（汽车冲压件在冲压后经油漆烘烤处理后也会产生时效，从而使其屈服强度上升的特性）；3、高的烘烤硬化特性会赋予零件高的抗凹痕性，目前大部分汽车企业的油漆烘烤工艺是针对钢板设计的，而铝合金的烘烤硬化性和钢的明显不同，因此希望铝合金板的烘烤硬化特性最好和钢板的油漆工艺兼容；4、高的抗凹痕性（板材和构件抵抗外力作用而不发生凹陷或永久变形的能力），材料的抗凹痕性与其流变应力有关，也与材料厚度有关，作为零部件的抗凹痕性还与零件的刚度和结构有关；5、良好的翻边延性（汽车外覆盖件在冲压翻边时，板材抵抗开裂的特性），它与板材总伸长率有关，也与材料的内部组织有关；6、较好的表面光鲜性，铝合金板材和钢板不同，其晶粒度远大于钢的，如果晶粒度不均匀则会导致冲压件的表面沿轧制方向出现象绳索圈（Roping）样的变形不均匀，这种表面缺陷又叫罗平线（Roping line）,导致油漆后表面光鲜不一致，这种缺陷也与变形各向异性有关，另一种表面缺陷是在表面形成桔皮状的起皱和不平，这与组织均匀性有关；7、表面处理和涂装性能：钢铁材料在油漆之前，其表面要进行酸洗磷化处理，以改善冲压件表面与油漆的结合力，提高其耐蚀性，而铝合金表面有一层结合紧密的氧化膜，油漆前的表面处理方法就与钢铁材料不同，要采用铬化处理，考虑到六价铬对人体的毒性，近年来采用了无铬或低铬处理技术，其中典型的方法是Arodine方法，并已有成熟的生产线，另一种方法是在含氟离子的特殊磷化液中进行表面处理。以上7种性能相互关联又相互矛盾，必须合理匹配。满足汽车冲压件的性能要求是铝合金板材研发的主要目标。主要是两类合金：5000、6000系列。5000、6000系列典型铝合金汽车板材的主要成分（质量分数）合金牌号合金元素SiFeCuMnMg60161.0-1.50.505-0.6060220.8-1.50.05-0.200.01-0.100.02-0.100.45-0.7061110.7-1.10.400.50-0.900.15-0.450.50-1.050220.250.400.20-0.500.103.50-4.950230.250.400.20-0.500.105.0-6.251820.200.350.100.20-0.504.5-5.06022比6016、6111有更好的成形性和耐蚀性，已用于Plymouth prowler等车身板。采用AlSi20、AlMn10、AlCr5、AlCu50中间合金做的实验。有MgSi（相）、初生Si、AlFeSi、Al(ZnMg)Si相。铝合金汽车板性能及其应用的研究进展、铝合金汽车板性能及其应用马鸣图等维普网（,用户名中填写“”）和知网已充值(，用户名中填写“jiangyuanjun”)5000、6000系列典型铝合金汽车板材的主要性能合金牌号状态E/MPa泊松比密度，kg/m屈服强度抗拉强度伸长率备注6111TPd690000.32.8910146.0290.025.0纵向6022TPd690000.32.8610122.0238.030.0纵向5182O690000.32.8410123.0276.025.6纵向5023O690000.32.8510124.0280.032.0纵向轻质材料铝合金在汽车上的应用及前景邓闻辉（江西现代职业技术学院 江西 南昌 330012）摘 要：现代汽车材料除了满足强度和使用寿命要求以外，还应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需求。节省资源和减少对环境的污染是其迫切需要解决的两大问题。要使汽车更省油，一个主要的措施就是减轻汽车自身的质量，广泛和更多地使用轻质材料。铝合金具有密度小（2.7g/ ）、比强度高、耐腐蚀、热稳定性好、易成形、可再回收等优点，技术成熟，是汽车工业的理想金属材料，本文介绍了铝合金轻金属材料在汽车上的应用和发展前景。关键词：铝合金 汽车轻量化 金属材料现代汽车正朝着轻量化、高速、安全舒适、低成本、低排放与节能的发展方向。铝具有密度小、质量轻、成形加工性好、可以重复回收利用、节能环保等优点，加上可以延长汽车的寿命，这对汽车的轻量化。提高汽车行驶性能和安全舒适性能、降低燃油的消耗、减少排放和减轻对环境的污染有显著的作用。此外，铝合金零件可以平衡前、后轴的质量。逐渐受到人们的重视。因此，铝合金被公认为是未来汽车的理想材料之一。具预测，轿车曲轴在今后10-15年内，将主要使用铝合金制造。以下论述铝合金的特点，在现代汽车和汽车零件上的应用和发展趋势。1.铝合金得到广泛应用的原因是由其特点所决定的1.1、铝的特点（1） 密度小，仅为2.7g/cm为钢的1/3。奥迪公司采用的铝材料制造的A8型汽车车架，比钢的质量降低了35%。导电，导热性能好。（2） 铝由于表面易氧化形成致密而稳定的AL2O3的氧化膜，所以耐腐蚀性好。（3） 铝有较好的铸造性，由于铝的熔化温度低，流动性好，易与制造各种复杂形状的零 件。 1.2、铝合金的特点（1） 向铝中加入某种或某种元素后即构成铝合金。铝合金对于纯铝可以提高强度、硬度、除固熔强化外，有些铝合金还可以热处理强化，使有些铝合金的抗拉强度可超过600Mpa,与低碳钢相当（强度与密度之比）则胜过某些合金钢。（2） 按 铝 合金的成分、加工特点和性能，铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金两大类，其中形变铝合金又分为防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝四类。2铝合金在现代汽车上的应用2.1、铝在现代汽车上的应用表1 铝合金在汽车上的应用历程时间国家及地区车型用途1986年（最早）印度汽车曲轴箱20世纪初欧美福特T型车铝制车身20世纪20-30年代欧洲法拉利360等赛车铝制车身20世纪30年代起欧美汽车车轮悬架和其他部件1941年-1954年欧美汽车每辆车平均用铝12磅1971年欧美汽车每辆车平均用铝77磅2001年欧美汽车每辆车平均用铝250磅2002年（预计）欧美汽车每辆车平均用铝268磅铝具有比强度高、耐腐蚀优良性能、适合多种成型方法、较易再生利用等优点.是汽车工业应用较多的金属材料.特别是能源、环境、安全等方面的原因使对汽车轻量化的要求越来越迫切.使用轻量化材料是实现汽车轻量化的重要途径，而铝是应用得比较成熟的轻量化材料，近20年来，铝在汽车上的用量和在汽车材料构成比中所占份额都有明显的增加.由铝合金制造的零件已经遍及汽车的发动机、底盘、车身等各个部分，甚至在国外已有全铝汽车面世铝是轻量化首选材料，在高张力钢板、铝、塑料与一种称为R +i B的轻量化材料中，铝起了特别重要的作用.用于汽车上的铝合金大体上可分为铸造铝合金、变形铝合金和铝基复合材料.铸造铝合金在汽车上主要用于发动机、传动机构、转向系统、制动器、行走系及各种附件.在汽车工业发达国家，汽车用铝铸件占到各类铝铸件产量的大半.例如日本，铝铸件的76%.压铸件的77%为汽车铸件.在美国和欧洲，保险杠、油箱也将钢板改用为铝合金，保险杠用的新铝合金也多次被开发，因此.未来汽车的材料构成比例中，欧美地区的铝将成为主要材料，如在德国的试验车中，铝合金使用率已达到全体材料的30%. 铝的导热性好，是制作制冷设备、散热器、热交换器的好材料.活塞使用铝是轻量化效果最好的例子.以可用铝铸造或压铸成型的活塞、气缸盖、气缸体等零件. 与铸铁比，铝的导热性能约高三倍，因而最适于必须要散热的热交换器零件上.这也是铝括塞所要求的特征由于铝的熔化温度低、流动性好，故易制造复杂形状的零件. 根据表面处理及使用条件，可直接作为轴承面使用，也可用于气缸体. 电器和无线电工业根据铝的导电性好这一特 性，广泛地用银制造电线雄il、电容器、整流器、器配件、无线电器材等.此外，铝线比较容易冷却能相对地支持更大的电流，更具有经济性机械制造业广泛用铝和铝合金制造车轮、轮、离心机、通风机、起重机及泵的零部件，活塞发动机气缸等.这是因为铝及其合金不但密度轻而且能达到要求的强度，从而能降低在运转中的量消耗或者在使用相同能量的条件下大大地提运转速度，同时也有可能延长机件的使用寿命. 个机器和机械的质量和尺寸减小后I fig使其适于产、运输、安装和操作.铝和铝合金已成为制造机、汽车、船舶、拖拉机、机动车辆等不可缺少的料.在日本，铝铸件、压铸件占汽车全部铝用量90%以上，而在美国，轧制铝的用量比例很大，约40%以上，此外还有锻造铝及其合金.铝用量的加主要是气缸体、散热器、车轮、保险杠、车身外等零件铝化倾向增强所致.2.2、铝基复合材料在现代汽车上的应用金属基复合材料(MM口是加世纪由年代诞出铝基复合材料活塞其性能和寿命超过了传统的铸铁环槽镶块.后对增强材料作了改进，使成本降低、性能进一步改善.复合材料活塞已大批量生产和使用. “生的一种材料，它是在连续的金属基体上分布着其他种金属或陶瓷等增强体的一种物质.这种材料，综合了基体金属和增强体的性能，因而具有单一材料难以达到的优良性能.铝基复合材料质量轻，比强度和比模量高、抗热疲劳性能好、耐磨性好，是金属基复合材料中应用最为户泛的一种.用于铝基复合材料的增强体有连续纤维、短纤维、晶须、颗粒等多种. 针对不同的增强材料和木同的应用场合，开发了多种制备铝基复合材料的方法.日本本田汽车公司开发成功了不锈钢丝增强的铝基复合材料连杆，这种材料的比强度和比模量是基体铝合金的两倍，而这种连杆比钢制连杆减轻质量30%，对1.2L的汽油机来说，改善了燃油经济性5%.同时还成功地把铝基复合材料应用到了发动机活塞环槽.先把增强体硅酸铝纤维和氧化铝纤维做成环状物置于铸模内，然后浇注铝合金并用挤压铸造的方法制造2.3、粉末冶金铝合金粉末冶金铝合金产品目前只在日本有少量应用，但欧洲的汽车公司已对此表现出浓厚兴趣.其使用部位主要有汽车空调电动机转子、发动机活塞、气缸衬套、进气门及气门座等.使用粉末冶金铝大铝合金在汽车上的使用范命参产品，可进少步艺围，从而进一步降低董童似连杆为例，目前汽车发动机连杆使用的材料中碳钢和合金钢，其强度在由一IOOOMP之间，现已研制出的粉末冶金铝合金一般强度可达700一900MP，因此铝合金的比强度是中碳钢的3倍，其重量只有原重量的1/302.4、 铸造铝合金铸造铝合金具有优良的铸造性能，铸造方法也很多，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，选择最适宜合金和铸造方法，尤其是采用压铸法生产的铝合金零件，成品率高，能减少壁厚和后续加工量，表面质量好、尺寸精度高，很适于大批量生产。因此铸造铝合金在汽车上的使用量最多，占80%以上。铸造铝合金主要用于制造离合器壳体、变速箱壳体、后桥壳、转向器壳体、摇臂盖、正时齿轮壳体等壳体类零件，发动机部件，以及保险杠、车轮、发动机框架、转向节液压泵体、制动钳、油缸及制动盘等非发动机结构件。且今后有进一步扩大应用的趋势。发动机部件用铝制造轻量化效果最为明显，一般可减重30%以上。日产公司在新型的Maxi- ma上使用了新型的VQ系列V6铸铝缸体发动机和铝气门挺杆，由于采用高压模铸工艺，可改善浇注，增加强度，使缸体明显减薄，与原V6缸体相比，减重达50%以上。2.5、 形变铝合金美国汽车工业中形变铝材(铝板材和挤压件等)占较大比例，达36.3%o。形变铝合金在汽车上主要用于制造保险杠、发动机罩、车门行李厢及车身板、车轮的轮辐、轮毅罩、车轮外饰罩、制动器总成的保护罩、消声罩、防抱制动系统、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。形变铝车轮的轮辆、轮辐在成形加工时会产生加工硬化，强度增加，故形变材与铸件相比强度、韧性都大为优越。2.6、 锻造铝合金锻造件由于价格昂贵，只在欧美轿车上有少量使用，且多用于形状复杂、厚薄不均匀的托架、货车的车轮和前轴等重要零件，其用量仅占所有汽车铝材总量的1.3%左右。但由于锻造铝合金具有比强度(强度/重量)高，可与合金钢相媲美，热锻时不氧化、表面光洁、机械加工余量小、无加工缺陷等优点，在汽车上的应用正在逐渐扩大。实验证明，锻铝合金产品在受到碰撞后所吸收的能量要比铸铝高出50%左右，因此它们在安全部位的使用前景十分广阔。据欧洲生产企业估计，在未来的10-15年里该技术产品在汽车领域的应用范围将有明显的扩大。铝锻件一般选用高强度热处理合金，如: 6061,6051，有相当于碳钢的强度，一般用于大型载货汽车、轿车的轮辆或各种托架;2014兼有良好 的锻造性较高的机械性能和优良的耐蚀性，一般用于赛车的车杆和载货车的轮毅;7075是强度最高的铝合金，但锻造性稍差，有应力腐蚀开裂倾向，若在设计时就预先考虑锻造性，并采取特殊调质处理消除应力腐蚀开裂，它将是最理想的汽车轻量化材料，可用于重型载货车的主轴等大型零件上。2.7、快速凝固铝合金为适应汽车铝合金高性能的要求，目前已开发出了快速凝固铝合金(PM合金)。这种合金与用熔铸法生产的铝合金(IM合金)比，具有金属组织晶粒细，合金元素能过饱和固溶，能减少宏观偏织晶粒细，合金元素能过饱和固溶，能减少宏观偏金来提高性能的优点。2.8、超塑铝合金超塑铝合金在一定加工条件下，可产生异常大的延伸变形，如Al-78Zn在250时延伸率可达1500 0 o ; 2004 ( T6)在 4701C时延伸率可达1600%。利用这一超塑性，形状复杂的零件可一次冲压成型。2.9、纤维增强型铝合金纤维增强型铝合金具有较高强度、弹性模量、纤维增强型铝合金具有较高强度、弹性模量、耐热性和耐磨性等，各种纤维增强型铝合金的高温抗拉强度与传统材料(未复合)相比，其提高幅度从低到高，范围很宽。更为重要的是其强度、刚度从低到高，范围很宽。更为重要的是其强度、刚此材料已成功用于发动机活塞环、连杆和气缸套此材料已成功用于发动机活塞环、连杆和气缸套增强的铝基复合材料，用于取代铸铁缸套，不仅达到减重目的，而且能够减小气缸变形，提高气缸和活塞的耐磨性，这种缸体在汽油机缸体上已大量使用。温抗拉强度与传统材料(未复合)相比，其提高幅度从低到高，范围很宽。更为重要的是其强度、刚性和热涨系数等可以随意变化，而且能够预测。此材料已成功用于发动机活塞环、连杆和气缸套等重要零件。如日本本田公司开发的连续铝纤维增强的铝基复合材料，用于取代铸铁缸套，不仅达到减重目的，而且能够减小气缸变形，提高气缸和活塞的耐磨性，这种缸体在汽油机缸体上已大量使用。2.10、 泡沫铝材泡沫铝材是一种新型的功能材料与结构材料，早在40年代后期，人们就对泡沫金属材料有所研究，但由于发泡工艺与泡的尺寸很难控制，一直未得到发展，直至80年代中期以后才取得长足进展。目前，日本在研究、生产与应用泡沫铝材及其他金属泡沫方面已居于世界领先地位。泡沫铝材具有一系列的优良性能:密度小，常用材料的密度为180-480kg/m3，约为铝密度的1八0,钦密度度为180-480kg/m3，约为铝密度的1八0,钦密度的吸收冲击能的能力;耐高温，防火性能强，是一种不可燃的材料，同时，在受热状态下不会释放有毒的气体;抗腐蚀，耐热性强;消声性能好，热导率低，电磁屏蔽性高，电阻大，有过滤能力与手细管材被认为是一种大有前途的未来汽车与其他交通运输工具的良好材料泡沫铝材在汽车制造中的应用多为三明治式的三夹板，即:其芯层为泡沫铝或泡沫铝合金，上下层为铝板或其他金属薄板。德国卡曼汽车公司用三明冶式复合泡沫铝材制造的吉雅轻便轿车(Ghiaroadster)的顶盖板的刚度，是原来钢构件的7倍左右，而其质量却比钢件轻25肠。此外，还有更高的吸收冲击能与声能的效果。用三明冶式泡3、 铝在汽车零件上的应用实例3.1、铝汽缸体、汽缸盖在现代车用水冷发动机或空冷发动机上可见，铝气缸体有全铝型和缸孔中堆人铸铁缸套型为降低成本和更进一步轻量化，提倡来用全铝型，对此并发耐活塞环滑动，耐磨性优良的铝合金是十分必要的.美国GM公司采用全铝缸套，法国车的铝气缸盖已达100%，铝气红体己达45%.美国福特公司NGT货车发动机气缸盖、Zeta4缸机、ModularV6/ V8机、克莱斯勒公司新V6发动机缸体和缸盖都使用铝合金材料.克莱斯勒公司Jeep(吉普)5缸机3.8LV6和道奇货车发动机改用铝合金缸盖，日本的日产汽车公司(Nissan)在Maxima麦克西马)车上使用了新型的VQ系列V6发动机，其特点是在制造这种发动机的铸铝缸体时，使用了高压模式工艺(HPDC).这种工艺可改善浇注、增加强度，尤其适于薄壁气缸，该缸体比原来的缸体轻50%以上. 此外，在动力系统中使用铝材的零部件还在扩大在日本和欧洲的发动机中使用铸铝油底壳，可改善刚性结梅、降低NVH.日产公司一VQ和丰田公司的Lexus(凌志)IMZ-FEV6发动机均使用了铸铝油底壳.通用公司也在5. 7LCorvetteV8发动机上使用这种油底壳.此外，日产公司VQ气缸还采用了铝气门挺杆.由于铝的再生效果显著，本由公司在美国的制造厂还将回收铝用于发动机零件的制造上.3.2 、铝散热器汽车的冷气设备(冷凝器、蒸发器)、机油冷却器、散热器、暖风设备等热交换器中的冷凝器、蒸发器、空冷式机油冷却器几乎100%的用铝制造.铝散热器的难点是耐久性利散热能力.耐久性主要是因腐蚀而漏水的问题.其原因是冷却液引起的内部腐蚀和盐类引起的外部腐蚀.向冷却水中添加防锈荆可防止内部腐蚀;对于盐类引起的外部腐蚀可采用表面处理和耐蚀合金来防止.3.3、 铝合金车轮车轮是重要的保安件，对其安全性要求很高轿车采用各种式样的铝合金车轮已相当普遍.车轮轮辆用铝合金，要求较高的强度(疲劳强度、闪光焊焊接性、滚轧成型性等);铸造用铝合金则要求有良好的铸造性和足够的强度.铝车轮的特点:质量轻由于散热性好，防止了轮胎的过热;尺寸精度高，减少了纵向和横向的振动. 车轮是刚性部件，在中心支撑轮胎，应具有较高的强度与刚度.车轮与汽车的多种性能密切相关，整车的安全性和可靠性很大程度上取决于所用车轮及所装轮胎的性能和使用寿命.因此要求车轮具有足够的负载能力和速度能力;良好的附着性和缓冲特性;耐磨耐老化和良好的气密性;良好的均匀性和质量平衡;较小的滚动阻力和行驶噪声:精美的外观和装饰性，质量小.价格低，拆装方便，互换性好.铝合金车轮与钢制车轮相比，能更好地满足以上要求. 车轮与轮胎配合使用，因而其具有高度标准 化、系列化、通用化的特点.就车轮的分类而言，按结构可分为1件式、2件式和多件式;按材质可分为轻合金车轮、钢制车轮和非金属车轮;按制造方式可分为铸造车轮、滚型车轮和型钢车轮;按轮辐状态可分为深槽轮惘车轮、半深槽轮辆车轮、150深槽轮辆车轮等;按轮辐结构形式可分为辐板式、辐条式等.从1964年美国开始使用铝合金车轮以来铝合金车轮以其质量轻、平衡度好、造型美观(形式变化多样)、较好的强度、节约燃料等优点，正逐步取代钢制车轮.我国从20世纪80年代开始生产推广使用并出口铝车轮.3.4 、铝保险杠保险杠作为吸收冲撞能量的缓冲体己普遍安装在轿车上.但由此却增加了车的质量.为此，铝保险杠、塑料保险杠同时出现以达轻量化的目的.目前，塑料保险杠是主流，铝只作为增强材料而使用3.5、 铝车身外板轧制铝用于车身外板使汽车的铝化进人新的阶段.美国已在车身外板的许多零件上采用铝制造.但车身外板与其他部位的条件有很大差异，除造.但车身外板与其他部位的条件有很大差异，除要求力学强度和功能外，表观质量及手感也是要求很高的.从这一角度出发，涂装和表面质量间题就显得很突出.因此日本用得很少，除成本原因外，还有几方面的顾虑:伸长率不如钢好，弹性系数只有钢板的 1/3，回弹大.因此，冲压成型性比钢板低，焊接性不如钢好.与钢板比，电导率高、熔点低、极易生成氧化膜，特别是与钢的焊接更难.由于铝的涂装性与钢板不同，铝板与钢板之间易出现涂装不匀现象.此外由于柔软，易生成细小的伤痕，不但有拉伸滑移线、折皱、裂纹等加工缺陷，使用时的凹陷(由撞击引起的凹痕)也不可避免.3.6、 底盘零件就减轻汽车质量而言，没有比底盘系统更具潜力、更容易做到的了.在悬挂系统中目前取代钢铁材料的首选材料是铝.通用公司在凯迪莱克和克尔维特车的悬挂系统使用了铝合金部件，还加大子悬挂系统转向节的制造中以铝替代铸铁的规模.福特公司使用了铝合金的制动盘.该制动盘质量仅为2.幻峪，为原铸恢盘的1/3,尽管费用较高，寿命却是铸铁盘的3:倍，克莱斯勒公司的FIeodUte车底盘由于使用了大量的铝合金部件，质量减轻了许多，如转向机万向节质量降低3kg，下控制臂降低2. 6kg，转向机壳降低1.36喃，转向轴降低1.9掩，后制动鼓降低3.6吨，前制动踏板架降低0.8峪.4、用铝合金材料实现汽车轻量化是未来汽车发展的趋势节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车技术发展的趋势，尤其是节能和环保更是关系到人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃油消耗、减少向大气排出CO2和有害气体及颗粒已成为汽车界主要的研究课题。减少汽车自身质量（汽车轻量化）是汽车降低燃油消耗及减少排放的最有效措施之一。汽车轻量化的途径有两种：一是优化汽车框架结构；另一个是在车身制造上采用轻质材料。而目前常用的轻质材料为铝合金。铝是应用较早且技术日趋成熟的轻量化材料，它在汽车上的用量呈持续增长的趋势。根据世界铝协统计，在1991-1999年间，铝在汽车上的应用翻了一番。2002年在北美平均每一辆车的用铝量已打124kg.。汽车上的零件以铝为主，如缸体、缸盖、变速器壳体、汽缸盖罩等，它们大约占去了汽车用铝的80%。在轻量化的推动下，铝合金材料起应用技术发展很快，在近年来出现的全铝车身以铝密集型汽车（如福特P2000）中，铝的比例更高达37%铝的应用正朝着车身零件及结构件的方向发展，如应用日益广泛的铝合金车厢盖、发动机罩、提升式后车门、前端翼子板、发动机支架及全铝车身骨架等。未来铝在汽车中的应用范围将进一步扩大，并将呈现铸件、型材、板材并举的局面。在不久的将来，铝将会成为仅次与钢的第二大汽车材料。从铝的发展势头来看，这中种说话很有道理。目前，世界交通运输业用铝为铝产量的26%，而我国仅为5.7%。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，对交通工具的需求越来越多，因此，铝合金材料在我国交通运输业上的发展空间还很大。 现代轿车发动机活塞几乎都用铸铝合金，这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性，减轻曲轴配重，提高效率，并需要材料有良好的导热性，较小的热膨胀系数，以及在350左右有较好的力学性能，而铸铝合金能符合这些要求。同时由于活塞、连杆采用了铸铝合金件，减轻了质量，从而减少发动机的振动，降低了噪声，使发动机的油耗下降，这也符合汽车的发展趋势。 汽车车身约占汽车曾质量的贺30%，对汽车本身来说，约70%的油耗是用在车身质量上的，所以汽车车身铝化对提高整车燃料经济性至关重要。奥迪汽车公司最早于1980年在Audi80和Audi100上采用了铝合金车门，然后不断扩大应用。1994年奥迪公司斥资800万欧元建立的铝材中心（1994年2002年），两年前被更名为“奥迪铝材及轻重化设汁中心”。 1994年开发第一代Audi A8全铝空间框架结构（ASF），ASF车身超过了现代轿车钢板车身的强度和安全水平。但汽车自身质量减轻了大约40%。随后于1999年诞生的Audi A2，成为首批采用该技术的批量生产轿车。2002年，奥迪铝材及轻量化设计中心又实现了第二代Audi A8的诞生。 在此期间，美国铝业公司开发了全新的汽车生产技术。如今，铝制车身制造的自动化操作程度已达80%，赶上了传统钢制车身生产的自动化水平。奥迪公司与美国铝业公司一直保持着良好的合作关系，双方合作的目标是共同开发一款全新的可以批量生产的全铝车身汽车。 美国铝业公司为全球汽车制造商提供品种繁多、性能优异的汽车部件和总成，包括车身覆盖件的铝板、压铸轮毂、配电系统、底盘和悬架部件，以及保险杆、发动机支架、传动轴、车顶系统等总成；包括Audi A8的第二代ASF框架结构、宝马5和7系列的铝制悬架、日产Altima的发动机罩和轮毂、法拉利612 Scaglietti的全铝车体结构，以及捷豹XJ采用的真空压铸技术。美铝公司的产品和解决方案使这些车型向着更轻量化、更技术化的方向发展。 目前，制约铝合金在汽车上大量应用的主要原因之一是其价格比钢材的高，为了促进铝合金在汽车上的大量应用，必须降低材料成本。除开发低成本的铝合金和先进的铝合金成形工艺外，回收再生技术可进一步降低铝合金的生产成本。扩大铝合金应用的另一个研究方向是开发新的各种连接技术，今后发展的多材料结构轿车要求连接两种不同类型的材料（如铸铁- 铝、钢- 铝、铝- 镁等），对这些连接技术以及对材料和零件防腐蚀的表面处理技术，是今后扩大铝合金在汽车上应用的重要课题。 汽车广泛应用的铝制轮毂是铝合金在汽车上应用的一个例子，铝合金轮毂的优点是： （l）省油。平均每个铝合金轮毂比相同尺寸钢轮毂轻2 kg，一台轿车用5个便节省l0kg质量。根据日本试验，5座位轿车质量每减轻l kg，年约节省20L汽油，而美国汽车工程师学会发表的研究报告指出，铝合金轮毂价格虽然比一般钢轮毂的高，但每辆汽车行走2万km，所节省的燃料费便足够抵回其增加的成本。 （2）增加发动机寿命。根据发动机负荷与功率曲线图，当负荷增大至某一程度后，其功率反呈降低趋势，此边际表示此时每一单位负荷发动机将特别耗油。发动机负荷减轻自然减少故障，延长寿命。 （3）散热好。铝合金的传导系数为钢的3倍，散热效果好，长途高速行驶时也能使轮胎保持在适当的温度，使刹车鼓及轮胎不易老化，增加寿命，降低爆胎的机会。 （4）真圆度好。真圆度精度高达0.05mm，运转平衡性能好，有利于消除一般车身超长时方向盘抖动现象。 （5）坚固耐用。铝合金轮毂之耐冲击力、抗张力及耐热能力较钢轮的好。 （6）美观。一般钢轮毂因生产工艺所限，形式单调呆板。铝合金轮毂则有各式各样的设计，加上光泽、颜色效果好，从而提高了汽车的价值与美观。 综上所述，铝合金在汽车行业上的应用前景是很好的，但是碳纤维增强复合材料以其优异的性能逐渐在航空工业上得到应用，因此铝合金材料在很多工业部门的应用也将受到其他新型材料严峻的挑战，必须不断开发新的铝合金品种，新的加工工艺，更加提高材料的性能，迎接新的挑战。5、发展汽车材料轻量化要注意的问题 5.1、.汽车材料的轻量化要科学、严谨，提高安全意识 对汽车材料的轻量化不能盲目进行，只有在保证汽车整体性能不受影响的前提下才能考虑最大限地减轻零部件的质量。同时，使用轻量化材料首先要考虑材料的应用是否能够保证车辆的安全性，这是汽车材料轻量化的先决条件。 5.2、处理好汽车材料轻量化与汽车配置增加的关系 由于汽车趋向于快速、高级、豪华、舒适、安全，形形色色的附配装置大量使用，使 汽车的总质量有了较大的增加。一方面要增加汽车配置，一方面又在进行汽车材料轻量化，这是一个十分不好解决的问题。所以进行汽车轻量化，要在保证行车稳定性的前提下，减掉使用率不高的相关汽车配置，这样才能达到汽车轻量化的目的。 5.3、处理好汽车材料轻量化与原材料资源和成本之间的关系 如果选用资源少，成本高的轻量化原材料，必然提高整车成本。所以在原料选用上一定要注意选用成本低、资源多的材料，从而达到在提高汽车材料轻量化的同时降低汽车整车制造成本的目的。 5.4、制定汽车材料轻量化规范 目前对汽车轻量化没有统一的标准，有碍于汽车轻量化的发展，所以，希望汽车管理部门能够制定汽车材料轻量化技术标准和检测方法。 5.5、.建立汽车材料轻量化技术人才培养基地和技术咨询服务机构 人才是企业之本，只有建立必要的培养基地，培养这方面的人才，汽车材料轻量化才能科学进行，增设这方面的技术咨询服务机构也是十分必要的。 综上所述，汽车材料轻量化是大势所趋，世界各国都在致力研究和发展汽车材料轻量化。但是汽车制造商在汽车材料轻量化上不能盲目的跟风，一定要科学、合理地进行。我国汽车材料轻量化的发展还落后于欧美等国家，目前正处在发展阶段，所以发展前景广阔。中国汽车企业要抓住机遇，大力发展汽车轻量化，为中国汽车产业的跳跃式发展作出贡献6、铝合金的研究方向制约铝合金在汽车上大量应用的主要原因之一是其价格比钢高。为了促进铝在汽车上的应用，必须降低生产成本。除了开发低成本的铝合金和先进的铝合金成型工艺外，回收再生技术可进一步降低成本。现在大部分铝材，包括铝板、铝挤压型材和铝铸件均可以回收为铸材。因而，生产铝板材和铝挤压件必须购买初生铝。如果将废旧铝板回收再生为新铝板，废旧挤压型材回收再生为铝型材名酒不需要太多的初铝，可以大大降低材料成本，这就是今后很主要的一研究方向。扩大铝合金的应用的另一个研究方向是开发新的各种联接技术，目前虽然以积累了一些铝板与挤压件的联接数据，但对铝铸件的联结所知甚少。今后发展的多材料结构轿车轿车要求联结两种不同类型材料（如铸铁-铝、钢-铝、镁-铝等），对这些联结技术及对材料和零件防腐蚀的表面处理技术是今后扩大在铝在汽车上应用的主要课题。铝制零件的优化设计和快速成型技术是人们关注的主要研究方向。通过优化设计将众多的零件组合成一个大件，采用铝铸造工艺是完全可以实现的。这既可以减少质量又可以减少零件的数量，降低生产成本。至于今后我国铝合金技术的发展，如开发研制高效、高水平的铝合金铸造设备；加大对模具设计和制造技术的应用的研究；热交换器、冲压件、覆盖件和焊装结构件的开发研究工作；开展汽车废铝材及部件的回收、再生的研究工作。7、结论由于汽车市场具有源源不断的需求，汽车生产一直是最具活力的朝阳产业，汽车后市场的形成也成为最具潜力的新兴产业，电子、化工、计算机的新技术、新材料、新工艺都以最快的速度渗透汽车产业，汽车铝合金金属材料依赖于化学工业的技术，迅速融人汽车材料的发展，贯穿于汽车的生产制造、使用、保养、维修一直到报废回收的全过程，体现出促进汽车材料轻量化、智能化、过程化和环保化的发展趋势。（责任编辑 邓闻辉）2007年6月15日参考文献1 鲁彦平 汽车保险杠用泡沫金属铝的能最特性 汽车技术，1999年第12期2 陆克久.轿车车身新材料开发及其应用 北京汽车，1999年第2期3 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用铝合金材料实现汽车轻量化（东北轻合金有限责任公司，黑龙江哈尔滨150060）生产铝合金汽车车身的相关技术进展在世界汽车工业日益重视节能、环保的迫切形势下，减轻汽车自重以降低能耗、减少废气排放、提高效率已成为各大汽车企业竞争力的重要方向；而使用铝合金代替钢铁材料则是各国汽车制造商采用的主要手段之一。因为，汽车质量每减轻1%，就可节省燃料消耗约0.6%1%。轿车每降低100公斤重量，100公里可减少汽油消耗0.48升。汽车车身约占汽车总重的30%，在汽车内外板上用铝合金板代替传统使用的钢板可使车身减重约40%50%；如采用铝合金覆盖件整车减重10%15%，可见采用铝合金车身板的减重效果十分显著。为铝合金在汽车轻量化应用方面提供了很好的应用基础和市场前景，必然为铝合金汽车覆盖件的应用带来更大机遇，同时也对国内铝合金制造成型技术提出了新的挑战。1先进的成型技术(1)热力液压成型技术液压成型是提高极限深冲比的一种成型方法，即在深冲时，材料被压入充满液体的模腔内成型。热态热力成型是将加热到一定温度的专用耐热油充入到经过预热的模具型腔，然后按照设计的加载路径对铝合金板材进行冲压成型。德国纽伦堡大学Ml.Geiger等人介绍了他们用铝合金做车身板的高温材料性能研究情况，认为铝合金板材的适宜成型温度为摄氏150300度。密歇根大学的Daoming.Li等人介绍了他们通过单向拉伸和双向拉伸对3个系列铝合金板在摄氏200350度时力学性能的研究，认为铝合金板的延伸率随着温度升高而提高，随着应变速率的提高而降低，应变速率的敏感性则随着温度升高而增加，说明高温可以提高材料的塑性。热态热力成型技术较为成熟，应用也较多，其优点为可提高成型极限；成型零件的回弹性小；模具结构简单；可以加工形状复杂的零件。随着技术研发的不断推进，该技术将有可能使铝合金汽车车身覆盖件的规模化应用成为可能。(2)超塑性成型技术金属在一定的组织、结构等内部条件和变形温度、变形速率等外部条件下，如其应变速率敏感指数m值大于0.3时，金属将显示出特大延伸率，这一性能被称作超塑性。在适当温度(T0.5Tm，Tm为溶化温度)，适当应变速率(10-110-4/秒)条件下，对某些经过特殊处理的铝合金材料进行冲压成型，即为超塑性成型。日本和瑞士等国的汽车公司曾研究用超塑性成型方法生产大型铝合金覆盖件，为超塑性成型技术在汽车工业中的应用开辟了广阔前景。目前，超塑性成型周期已降到10分钟以下，成型表面质量也可以达到“A级”。美国摩根汽车公司Aero8型车的铝制外覆盖件即采用了超塑性成型与手工成型相结合的工艺。福特汽车公司的FordGT型全铝结构车，几乎所有覆盖件都是用超塑性成型技术生产的。超塑性成型的优点是能生产出符合空气动力学形状要求的零件，使用的模具成本较低；超塑性成型能把多个零件整合为一个零件，减少了连接和装配的步骤，降低了生产成本。(3)电磁复合冲压成型技术电磁复合冲压成型技术是把传统的冲压成型与局部电磁成型结合在一起进行复合加工。该技术在汽车覆盖件成型时，需要特殊形状的电磁线圈，用来完成对复杂曲面壳体特殊部位的成型。美国俄亥俄州立大学对汽车铝合金门内板的电磁复合冲压成型进行了研究，完全达到了钢板成型的效果。外观和强度基本达到了使用要求。电磁复合冲压成型周期短，冲裁时间只需10-310-4秒，一次成型周期可控制在5秒钟内，如果能实现自动化装卸料，电磁冲压的效率极高，可以适用于汽车制造业的批量生产。电磁成型技术可明显提高铝合金板的成型极限，提高其成型性，改善冲压成品的缩颈、撕裂及起皱现象。2先进的焊接技术铝合金材料具有氧化能力强、热导率高、焊接能耗比钢板显著、线性膨胀系数大、对光和热的反射能力强、热裂纹倾向性大等特点，焊接过程中容易形成氢气孔，出现高温强度和塑性较低、合金元素易蒸发烧损等问题。因此，在生产过程中必须采取相应的焊接工艺和措施来减少变形与缺陷，以维持焊缝合金的组织与机械性能。对于铝合金汽车车身而言，常用焊接方法为点焊、MIG焊、氩张焊以及激光焊等。(1)激光焊接及激光-MIG复合焊接技术激光焊接采用激光作为焊接热源，机器人作为运动系统。MIG焊是通过电弧热作为热源，熔化填充的焊丝金属，把母材连接到一起的过程。激光复合焊接则是两种方法同时作用于焊接区。激光和电弧在不同程度和形式上影响复合焊接的性能。激光复合焊接可以结合两者的优点，既能获得所需的焊缝形貌，又能在焊接速度较高的前提下，充分利用电弧焊的稳定性。MIG-激光复合焊为汽车工业提供了一种全新的焊接技术，激光热源具有能量密度高、加热集中、焊接速度快、焊接变形小等特点，可实现簿板的快速连接。因此，可以焊接较厚的焊缝。该技术不仅具有宽广的应用范围，同时，还可减少投资成本、缩短生产时间和提高生产效率。采用氩气保护的MIG-激光复合焊，具有更好的电弧稳定性。另外，双焦点激光焊接技术在焊接铝合金材料方面也有很好的应用前景。BMW(宝马)汽车公司甚至已开始用该技术大批量生产铝合金汽车覆盖件。(2)搅拌摩擦焊接技术搅拌摩擦焊(FSW)是靠摩擦产生的热量进行焊接，具有显著的节能效果。日本富士重工开始应用FSW焊接技术进行1毫米的铝合金簿板对接，通过夹具控制，可以实现高精度位置配合，通过设定与接合面相接触工具的最佳转速，能够稳定实施铝合金簿板结构的高质量搅拌摩擦焊接。搅拌摩擦焊是一种前沿技术，已经引起国外众多研究者和企业的重视。该技术有节能、无焊头磨损以及焊缝机械性能与板材接近等优点。自2000年以来,中国汽车工业迅速发展,汽车的产量迅速增加。2009年,中国汽车产销量已达1 364万辆,产销量均跃居世界第一。汽车保有量已超过7 000万辆,节能减排刻不容缓。大量的试验和理论分析已经表明,汽车轻量化是汽车节能减排的重要手段。对乘用车每减重10%,可节油6%8%,排放降低4%1,2,轻量化的实施可以通过优化设计、合理选材以及先进的工艺技术实施1。铝合金是重要的轻量化材料,其比重为2.78 g/cm3(仅为钢的1/3),典型的铝质零件一次减重效果可达30%40%,二次减重则可进一步提高到50%2;目前铝合金应用有铸件、挤压材、锻件和变形板材等。19952000年,铝合金在汽车上的应用增长了80%3。铝合金具有高的强重比,如要达到AA5128同样的强重比,钢的抗拉强度应达750 MPa;在汽车中,采用铝零件所节省的能量是生产该零件所用原铝生产耗能的612倍4。2006年欧、美、日等国家和地区的小汽车平均用铝量已经达到127 kg/辆;欧洲铝协预测,2015年前,欧洲小汽车用铝量将增至300 kg/辆车身新材料的种类以及新材料应用的现状2010年11月15日11:24腾讯汽车我要评论(0) 字号：T|T 随着汽车技术的发展，汽车的功能日益完善，汽车的结构越来越复杂，传统的汽车通常由几千个零件组成，现代高级矫车由几万个零部件组成。为满足汽车节能、环保、安全、舒适的要求，实现轻量化、高强度、高性能的目标，构成汽车的材料也发生了巨大的变化。通常按照材料的成分，将汽车材料分为金属材料和非金属材料两大类。随着汽车技术的发展，未来汽车材料除金属材料、非金属材料外，复合材料和纳米材料也将获得广泛应用。一车身新材料的种类 新型结构材料1.高强度钢板从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的50，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。现在的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的23倍，深拉延性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车公司与宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。转播到腾讯微博美国轿车材料构成要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢等，车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高1525；良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应