輕量化鋁合金在汽車上有哪些應(yīng)用？

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

油耗成了各大汽車生產(chǎn)廠提高競(jìng)爭能力的關(guān)鍵,。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)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(diǎn),，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(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,，鋁合金已成為汽車生產(chǎn)*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(dá) 80%,。我國汽車除上海桑塔納、一汽奧迪和捷達(dá)（均

為引進(jìn)生產(chǎn)線）用鋁合金外,，國產(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),，可使汽車質(zhì)量減輕 30%～40%，制造發(fā)動(dòng)機(jī)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(yùn)

輸?shù)闹匾緩街?。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(yīng)用,？

1  鋁合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用背景

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

做了汽車曲軸箱,。進(jìn)入 20 世紀(jì)早期，鋁在制造豪華汽車和賽車上有一定的應(yīng)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(chǎng)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(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,。美國汽車工業(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,。可根據(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,、車輪,、發(fā)動(dòng)機(jī)框架、制動(dòng)

鉗,、油缸及制動(dòng)盤等非發(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),，因此各汽車制造廠紛紛進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(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,，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(jù)分析，到 2010

年時(shí),，汽車輪轂鋁化率可達(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,，各國的鑄造鋁合金輪轂都是此類合金

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

1.2  變形鋁合金的應(yīng)用

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

機(jī)罩,、車輪的輪輻,、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,、車身構(gòu)架、座位,、車箱底板等結(jié)構(gòu)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(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，能夠很好的滿足汽車對(duì)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(yīng)用于車身材料,。近幾年,，采用6000系和7000系高強(qiáng)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(zhì)量輕、強(qiáng)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(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(xiǎn)杠增強(qiáng)支架，福特公司用 7021 鋁板制造 Lincoln Town

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

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

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空調(diào)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(yīng)用,？

2  新型鋁合金在汽車上的應(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(huì)在汽車行業(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(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)致鈦合金無法大批量的應(yīng)

用于汽車生產(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)在及將來汽車工業(yè)中的

輕金屬材料,。

目前，我國汽車生產(chǎn)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(shù)還相對(duì)比較落后。當(dāng)前發(fā)達(dá)國家汽車上鋁材的使用已達(dá)

138kg,，鋁化率達(dá) 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(chǎng)的發(fā)展前景非常廣

闊,。（來源：程力汽車）