汽车用铝合金型材开发与轻量化应用

汽车降耗、减排、提高安全性能已成为汽车工业的发展方向车轻量化技术是解决节能环保问题的重要措施。产品轻量化可通过结构优化设计、轻质材料应用和多种制造技术集成应用实现。铝合金因其密度低、成型性好、吸能效果好、耐腐蚀性好而广泛应用于轻质汽车。据记载，汽车制造企业于1896年开始使用铝合金制造曲轴箱[1]。到目前为止，铝合金已经用于汽车的各个部件，如发动机和缸体、仪表板和发动机支架、铝合金车轮、悬架系统部件、保险杠防撞梁和吸能箱、车门和换热器，甚至全铝车身。目前国际上有很多全铝合金车身车型在售，包括Honda超级跑车NSX、A2.A8.R8和JaguarXJ。其中，JaguarXJ是铝合金技术轻量化技术发挥到的车型，不仅车身重量大幅下降，而且车身零部件总数从5189降至2761，车身刚度提高了48%。据资料所示，铝合金在汽车的使用量逐渐增加，从1990年平均50kg/车，发展到现在已达平均150kg/车以上。

挤压是铝合金重要的成型方法，铝合金挤压成型是一种热加工成型方法，并且在整个生产过程中，铝合金均处于三向压应力状态下成型。整个生产过程可以描述为：首先，将铝等合金熔化铸造成所需的铝合金铸件；然后将预热铸件放入挤压设备中进行挤压，铝合金坯料在主缸挤压下通过模具腔成为所需型材；最后，为了提高铝型材的机械性能，在挤压过程或挤压后进行固溶处理，然后进行及时处理。时效处理后的力学能量根据不同的成分和时效系统而有所不同。表1是汽车挤压铝型材与普通碳钢的性能比较。

汽车铝型材挤压产品较其他成型方式，具备以下的特点：（1）在挤压过程中，被挤压金属在变形区内获得比轧制、锻造更为强烈和均匀的三向压缩应力状态，因此挤压可充分发挥被加工金属的塑性，可用于加工轧制锻造无法加工的难变形金属，同时可用于制作各种空心或实心的复杂截面构件；（2）由于铝型材几何截面可变，因而其构件的刚度高，可提高车身的刚性、降低其NVH特性、提高车辆动态控制特性；（3）由于铝型材截面可控制，可提高构件的功能集成程度，降低构件数量，同时通过截面匹配还可实现焊接定位；（4）具有挤压效益的产品，在淬火时效后，纵向强度性能（Rm，Rp0.2），远比其他方法加工的同类产品要高；（5）挤压后产品表面色泽好，耐腐蚀性能好，不需要做其他防腐性的表面处理；（6）挤压加工灵活性大，工装模具成本低，设计变更费用低。

轿车用铝材料主要有传统铝合金和泡沫铝两种。传统铝合金包括铸造铝合金、变形铝合金、锻造铝合金、粉末冶金铝合金等。目前，铸造铝合金约占汽车铝的80%。可用铝合金代替钢的汽车部件主要包括发动机缸体、发动机支架、铝合金车轮、悬挂系统部件、车身、保险杠、车门、仪表盘支架、换热器等。铝合金取代传统钢铁制造汽车零部件，可使整车重量减轻30~40%，铝发动机重量减轻30%，铝散热器比同一铜制品轻40%，汽车铝车身比钢制品轻40%以上，汽车铝车轮重量减轻30%左右，铝发动机支架重量减轻35%。