輕量化鋁合金在汽車(chē)上有哪些應(yīng)用,？

近 20 年來(lái),，世界性能源問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)重，這使得減輕汽車(chē)自重,、降低

油耗成了各大汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)提高競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵,。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)介紹，汽車(chē)重量每減

少 50kg,，每升燃油行駛的距離可增加 2km,；汽車(chē)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(diǎn)，且鋁合金的塑性?xún)?yōu)良,，鑄,、鍛、沖

壓工藝均適用,，汽車(chē)零部件生產(chǎn)的壓鑄工藝,。從生產(chǎn)成本、零件質(zhì)量,、材

料利用等幾個(gè)方面比較,，鋁合金已成為汽車(chē)生產(chǎn)*的重要材料。目前,，美

國(guó),、日本,、德國(guó)是汽車(chē)采用鋁合金zui多的國(guó)家，如德國(guó)大眾 AudiA8,、A2,，日本

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

為引進(jìn)生產(chǎn)線(xiàn)）用鋁合金外,，國(guó)產(chǎn)以紅旗較多，約 80～100kg,。有資料表明,，用

鋁合金結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)，可使汽車(chē)質(zhì)量減輕 30%～40%,，制造發(fā)動(dòng)機(jī)可減輕

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

輸?shù)闹匾緩街弧Ｒ虼?，研究開(kāi)發(fā)鋁合金汽車(chē)目前顯得十分必要,。

輕量化鋁合金在汽車(chē)上有哪些應(yīng)用？

1  鋁合金在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用背景

zui早把鋁材運(yùn)用到汽車(chē)上的是印度人,，據(jù)記載,，1896 年印度人用鋁制

做了汽車(chē)曲軸箱。進(jìn)入 20 世紀(jì)早期,，鋁在制造豪華汽車(chē)和賽車(chē)上有一定的應(yīng)用,，

鋁制車(chē)身的汽車(chē)開(kāi)始出現(xiàn)，如亨利²福特的 Model T 型汽車(chē)和二,、三十年代歐洲

賽車(chē)場(chǎng)上法拉利 360 賽車(chē)都是鋁制車(chē)身,。

汽車(chē)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(chē)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(guó)工業(yè)用鋁合金材料的品

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

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

1 1.1  鑄造鋁合金的應(yīng)用

鑄造鋁合金具有優(yōu)良的鑄造性能,?？筛鶕?jù)使用目的、零件形狀,、尺寸精度,、

數(shù)量、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),、機(jī)械性能等各方面的要求和經(jīng)濟(jì)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(dòng)機(jī)氣缸體、離合器殼體,、后橋殼,、轉(zhuǎn)向

器殼體、變速器,、配氣機(jī)構(gòu),、機(jī)油泵、水泵,、搖臂蓋,、車(chē)輪、發(fā)動(dòng)機(jī)框架,、制動(dòng)

鉗,、油缸及制動(dòng)盤(pán)等非發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件。

1.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)用鋁合金

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的氣缸體和缸蓋均要求材料的導(dǎo)熱性能好,、抗腐蝕能力強(qiáng),，而鋁合金在這些

方面具有非常突出的優(yōu)勢(shì)，因此各汽車(chē)制造廠(chǎng)紛紛進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)鋁材化的研制和開(kāi)

發(fā),。目前國(guó)外很多汽車(chē)公司均已采用了全鋁制的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體和氣缸蓋,。如美國(guó)

通用汽車(chē)公司已采用了全鋁氣缸套；法國(guó)汽車(chē)公司鋁氣缸套已達(dá)*,，鋁氣缸

體達(dá) 45%,；日本日產(chǎn)公司 VQ 和豐田公司的凌志 IMZ-FEV6 均采用了鑄鋁發(fā)動(dòng)機(jī)油

底殼；克萊斯勒公司新 V6 發(fā)動(dòng)機(jī)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?yàn)橘|(zhì)輕,、散熱性好,，并具有良好的外觀(guān)，而逐漸取代了鋼輪轂,。在

過(guò)去的 10 年,，鋁合金汽車(chē)輪轂以 7.6%的年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，根據(jù)分析,，到 2010

年時(shí),，汽車(chē)輪轂鋁化率可達(dá) 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(xué)性能,，各國(guó)的鑄造鋁合金輪轂都是此類(lèi)合金

生產(chǎn)的。我國(guó)西南鋁加工廠(chǎng)與日本輕金屬株式會(huì)合作開(kāi)發(fā)了 A6061 鋁合金輪轂,。

1.2  變形鋁合金的應(yīng)用

變形鋁合金在汽車(chē)上主要用于制造車(chē)門(mén),、行李箱等車(chē)身面板、保險(xiǎn)杠,、發(fā)動(dòng)

機(jī)罩,、車(chē)輪的輪輻、輪轂罩,、輪外飾罩,、制動(dòng)器總成的保護(hù)罩、消聲罩,、防抱死

制動(dòng)系統(tǒng),、熱交換器、車(chē)身構(gòu)架,、座位,、車(chē)箱底板等結(jié)構(gòu)件以及儀表板等裝飾件。

1.2.1 車(chē)身板件用鋁合金

板材在轎車(chē)上的應(yīng)用比重不斷上升,，如經(jīng)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(mǎn)足汽車(chē)對(duì)殼體的要求,，可用做車(chē)

身框架材料。Audi A8 的車(chē)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(yīng)用于車(chē)身材料,。近幾年，采用6000系和7000系高強(qiáng)度鋁合金開(kāi)發(fā)了“口”、

“日”,、“目”,、“田”字形狀的薄板和中空型材，不僅質(zhì)量輕,、強(qiáng)度高、抗裂

性能好,，而且成型性能好,，在汽車(chē)上得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2.2 其它鋁合金結(jié)構(gòu)件

鋁合金也被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)的其他部位,，如：美國(guó)通用汽車(chē)公司用 7021 鋁

板制造 Smure 轎車(chē)保險(xiǎn)杠增強(qiáng)支架,，福特公司用 7021 鋁板制造 Lincoln Town

轎車(chē)保險(xiǎn)杠增強(qiáng)支架[7]。汽車(chē)懸掛件也應(yīng)用了鋁合金材料,，有效減輕了相應(yīng)零

部件的質(zhì)量,，提高了汽車(chē)行駛的平順性、穩(wěn)定性,，如用 6061 鍛件生產(chǎn)的盤(pán)式制

動(dòng)器卡爪,、動(dòng)力傳動(dòng)框架等。此外,，鋁合金也廣泛用于汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng),，如日本用

6595 鋁合金做汽車(chē)散熱器和冰箱散熱器。

輕量化鋁合金在汽車(chē)上有哪些應(yīng)用,？

2  新型鋁合金在汽車(chē)上的應(yīng)用

2.1  快速凝固鋁合金

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

特征：超細(xì)化的微觀(guān)組織,；提高合金的固溶度極限；成分的高度均勻,、少偏析或

無(wú)偏析,；形成新的亞穩(wěn)相等?；谶@些特征,，快速凝固鋁合金必然會(huì)在汽車(chē)行業(yè)

得到應(yīng)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(jié)鋼,，

大批量制造汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和葉片,，使轉(zhuǎn)子重量減輕 60%，整個(gè)壓縮機(jī)重量

減輕 40%,；雅馬哈汽車(chē)制造公司生產(chǎn)的快速凝固高硅鋁合金活塞也投入市場(chǎng),，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(dá)汽車(chē)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子,，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)效率,，能節(jié)油 20%。

2.2  鋁基復(fù)合材料

以陶瓷纖維,、晶須,、微粒等為增強(qiáng)材料，生產(chǎn)鋁基復(fù)合材料,，其比強(qiáng)度,、比

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

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

合金活塞優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),，可進(jìn)一步改善活塞的強(qiáng)度、耐磨性,、耐熱性和抗疲勞性能,，

用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上；此外,，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料還可用于制造車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)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(wú)數(shù)氣泡的多孔材料,，這種材料的質(zhì)

量更輕,、強(qiáng)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(gè)高強(qiáng)度外板之間制成的三明治板材，在用于車(chē)身頂蓋板時(shí),，可提高

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

加撞擊吸能的能力，在輕量化的同時(shí),，提高了撞擊安全性,。

3  鋁合金在汽車(chē)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(guò)程中還有許多技術(shù)障礙，如缺少高溫壓鑄合金和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，表面處理技術(shù)粗劣,，

結(jié)合水平低等,，所以目前在汽車(chē)上的使用量相當(dāng)有限；而航空航天用的鈦合金雖

有高的機(jī)械強(qiáng)度,，但制造工藝?yán)щy和制造成本昂貴,，導(dǎo)致鈦合金無(wú)法大批量的應(yīng)

用于汽車(chē)生產(chǎn)。鋁合金在成本,、制造技術(shù),、機(jī)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(lái)汽車(chē)工業(yè)中的

輕金屬材料,。

目前,，我國(guó)汽車(chē)生產(chǎn)量繼美國(guó)、日本,、德國(guó)之后,，居*四位。而在汽車(chē)

鋁化率方面,，我國(guó)的技術(shù)還相對(duì)比較落后,。當(dāng)前發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)上鋁材的使用已達(dá)

138kg，鋁化率達(dá) 12%,，而我國(guó)汽車(chē)上鋁材的使用與國(guó)外差距很大,，平均用鋁量

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

闊。（來(lái)源：程力汽車(chē)）