輕量化鋁合金在汽車上有哪些應用,？

近 20 年來,，世界性能源問題變得越來越嚴重，這使得減輕汽車自重,、降低

油耗成了各大汽車生產廠提高競爭能力的關鍵,。據有關數據介紹，汽車重量每減

少 50kg,，每升燃油行駛的距離可增加 2km,；汽車重量每減輕 1%，燃油消耗下降

0.6%～1%,。鋁具有密度小,、耐蝕性好等特點,，且鋁合金的塑性優(yōu)良，鑄,、鍛,、沖

壓工藝均適用，汽車零部件生產的壓鑄工藝,。從生產成本,、零件質量、材

料利用等幾個方面比較,，鋁合金已成為汽車生產*的重要材料,。目前，美

國,、日本,、德國是汽車采用鋁合金zui多的國家，如德國大眾 AudiA8,、A2,，日本

的 NXS 等車身用鋁合金量達 80%。我國汽車除上海桑塔納,、一汽奧迪和捷達（均

為引進生產線）用鋁合金外,，國產以紅旗較多，約 80～100kg,。有資料表明,，用

鋁合金結構代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼結構，可使汽車質量減輕 30%～40%,，制造發(fā)動機可減輕

30%,，制造車輪可減輕 50%。采用鋁合金是汽車輕量化及環(huán)保,、節(jié)能,、提速和運

輸的重要途徑之一。因此,，研究開發(fā)鋁合金汽車目前顯得十分必要,。

輕量化鋁合金在汽車上有哪些應用？

1  鋁合金在汽車工業(yè)中的應用背景

zui早把鋁材運用到汽車上的是印度人,，據記載,，1896 年印度人用鋁制

做了汽車曲軸箱。進入 20 世紀早期,，鋁在制造豪華汽車和賽車上有一定的應用,，

鋁制車身的汽車開始出現(xiàn)，如亨利²福特的 Model T 型汽車和二、三十年代歐洲

賽車場上法拉利 360 賽車都是鋁制車身,。

汽車用鋁合金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金,。鑄造鋁合金在汽車上的使用

量zui多，占 80%以上,，其中又分為重力鑄造件，低壓鑄造件和其它特種鑄造零件,。

變形鋁合金包括板材,、箔材、擠壓材,、鍛件等,。各國工業(yè)用鋁合金材料的品

種構成雖然有一定的差異，但大體是相同的,。其品種構成：鑄件占 80%左右,，鍛

件占 1%～3%，其余為加工材,。美國汽車工業(yè)中變形鋁合金占較大比例,，達 36%。

1 1.1  鑄造鋁合金的應用

鑄造鋁合金具有優(yōu)良的鑄造性能,?？筛鶕褂媚康摹⒘慵螤?、尺寸精度,、

數量、質量標準,、機械性能等各方面的要求和經濟效益選擇適宜的合金和合適的

鑄造方法,。鑄造鋁合金主要用于鑄造發(fā)動機氣缸體、離合器殼體,、后橋殼,、轉向

器殼體、變速器,、配氣機構,、機油泵、水泵,、搖臂蓋,、車輪、發(fā)動機框架,、制動

鉗,、油缸及制動盤等非發(fā)動機構件。

1.1.1 發(fā)動機用鋁合金

汽車發(fā)動機用鋁合金制造輕量化zui為明顯，一般可減重 30%以上,，另外,，發(fā)

動機的氣缸體和缸蓋均要求材料的導熱性能好、抗腐蝕能力強,，而鋁合金在這些

方面具有非常突出的優(yōu)勢,，因此各汽車制造廠紛紛進行發(fā)動機鋁材化的研制和開

發(fā)。目前國外很多汽車公司均已采用了全鋁制的發(fā)動機氣缸體和氣缸蓋,。如美國

通用汽車公司已采用了全鋁氣缸套,；法國汽車公司鋁氣缸套已達*，鋁氣缸

體達 45%,；日本日產公司 VQ 和豐田公司的凌志 IMZ-FEV6 均采用了鑄鋁發(fā)動機油

底殼,；克萊斯勒公司新 V6 發(fā)動機氣缸體和缸蓋都使用了鋁合金材料。

1.1.2 輪轂用鋁合金

鋁輪轂因為質輕,、散熱性好,，并具有良好的外觀，而逐漸取代了鋼輪轂,。在

過去的 10 年,，鋁合金汽車輪轂以 7.6%的年增長率增長，根據分析,，到 2010

年時,，汽車輪轂鋁化率可達 72%～78%[4]。A365 是一種鑄造鋁合金,，它具有良好

的鑄造性能又具有高的綜合力學性能,，各國的鑄造鋁合金輪轂都是此類合金

生產的。我國西南鋁加工廠與日本輕金屬株式會合作開發(fā)了 A6061 鋁合金輪轂,。

1.2  變形鋁合金的應用

變形鋁合金在汽車上主要用于制造車門,、行李箱等車身面板、保險杠,、發(fā)動

機罩,、車輪的輪輻、輪轂罩,、輪外飾罩,、制動器總成的保護罩、消聲罩,、防抱死

制動系統(tǒng),、熱交換器、車身構架,、座位,、車箱底板等結構件以及儀表板等裝飾件,。

1.2.1 車身板件用鋁合金

板材在轎車上的應用比重不斷上升，如經熱處理（如：T4,、T6,、T8）的 6000

系（AI-Mg-Si 系）鋁合金板材，能夠很好的滿足汽車對殼體的要求,，可用做車

身框架材料,。Audi A8 的車身鈑金件，即采用了本系合金鋁材,。另外,，2000 系

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

可應用于車身材料,。近幾年，采用6000系和7000系高強度鋁合金開發(fā)了“口”,、

“日”,、“目”、“田”字形狀的薄板和中空型材,，不僅質量輕,、強度高、抗裂

性能好,，而且成型性能好,，在汽車上得到了廣泛的應用。

1.2.2 其它鋁合金結構件

鋁合金也被廣泛應用于汽車的其他部位,，如：美國通用汽車公司用 7021 鋁

板制造 Smure 轎車保險杠增強支架,，福特公司用 7021 鋁板制造 Lincoln Town

轎車保險杠增強支架[7]。汽車懸掛件也應用了鋁合金材料,，有效減輕了相應零

部件的質量,，提高了汽車行駛的平順性、穩(wěn)定性,，如用 6061 鍛件生產的盤式制

動器卡爪,、動力傳動框架等。此外,，鋁合金也廣泛用于汽車空調系統(tǒng),，如日本用

6595 鋁合金做汽車散熱器和冰箱散熱器。

輕量化鋁合金在汽車上有哪些應用,？

2  新型鋁合金在汽車上的應用

2.1  快速凝固鋁合金

快速凝固條件下（冷速達 104～109℃/S）,材料將引起一些組織結構上的新

特征：超細化的微觀組織,；提高合金的固溶度極限；成分的高度均勻,、少偏析或

無偏析,；形成新的亞穩(wěn)相等。基于這些特征,，快速凝固鋁合金必然會在汽車行業(yè)

得到應用,。Sumitomo 電器公司利用快速凝固 PM AI-Si-X 高硅鋁合金代替燒結鋼，

大批量制造汽車空調壓縮機轉子和葉片,，使轉子重量減輕 60%,，整個壓縮機重量

減輕 40%；雅馬哈汽車制造公司生產的快速凝固高硅鋁合金活塞也投入市場,，這

種活塞與普通鑄鐵相比,，重量減輕了 20%，壽命提高了 30%,，而且顯著降低了噪

音,，減少污染；馬自達汽車公司利用噴射沉積 Al-Si-Fe-Cu-Mg 合金制造了一種

新型發(fā)動機轉子,，提高了發(fā)動機效率,，能節(jié)油 20%。

2.2  鋁基復合材料

以陶瓷纖維,、晶須,、微粒等為增強材料，生產鋁基復合材料,，其比強度,、比

彈性模量、耐熱性,、耐磨性等大幅度提高,，可用做發(fā)動機零件，如用粉末冶金法

研制成功的 Al2O3 或 SiC 顆粒（晶須）增強的 Al-Si 系合金活塞,，在保留 Al-Si

合金活塞優(yōu)點的同時,，可進一步改善活塞的強度、耐磨性,、耐熱性和抗疲勞性能,，

用于汽車發(fā)動機上；此外,，顆粒增強鋁基復合材料還可用于制造車輛發(fā)動機的汽

缸體,、活塞和連桿等部件。

2.3  泡沫鋁合金

泡沫鋁合金是一種在金屬基體中分布有無數氣泡的多孔材料,，這種材料的質

量更輕,、強重比更高，并具有高的吸能特性,、高的阻尼特性和吸振特性,。將泡沫

鋁填充于兩個高強度外板之間制成的三明治板材,，在用于車身頂蓋板時，可提高

剛度,、輕量化并改善保溫性能,，用在保險杠、縱梁和一些支柱零件上時,，可以增

加撞擊吸能的能力,，在輕量化的同時，提高了撞擊安全性,。

3  鋁合金在汽車上的發(fā)展前景

在輕量化金屬中,，鎂合金密度雖比鋁合金小，但鎂錠成本較高,，且零件制造

過程中還有許多技術障礙,，如缺少高溫壓鑄合金和設計數據，表面處理技術粗劣,，

結合水平低等,，所以目前在汽車上的使用量相當有限；而航空航天用的鈦合金雖

有高的機械強度,，但制造工藝困難和制造成本昂貴，導致鈦合金無法大批量的應

用于汽車生產,。鋁合金在成本,、制造技術、機械性能,、可持續(xù)發(fā)展（地殼中鋁含

量zui多,，占 8.1%）等方面綜合性能好，因此鋁合金是現(xiàn)在及將來汽車工業(yè)中的

輕金屬材料,。

目前,，我國汽車生產量繼美國、日本,、德國之后,，居*四位。而在汽車

鋁化率方面,，我國的技術還相對比較落后,。當前發(fā)達國家汽車上鋁材的使用已達

138kg，鋁化率達 12%,，而我國汽車上鋁材的使用與國外差距很大,，平均用鋁量

僅為 60kg，鋁化率不到 5%[9],。因此,，我國汽車用鋁合金市場的發(fā)展前景非常廣

闊,。（來源：程力汽車）