汽車用鋁合金型材開發(fā)與輕量化應(yīng)用

節(jié)約能源，減少排放，提高安全性成為汽車工業(yè)的發(fā)展方向，汽車輕量化技術(shù)是解決節(jié)能環(huán)保問題的重要手段。產(chǎn)品可以通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、輕質(zhì)材料應(yīng)用和多種制造技術(shù)的集成應(yīng)用來輕質(zhì)化。鋁材因密度小、成型性能好、吸能效果好、耐腐蝕等優(yōu)點，在輕量化汽車中得到了廣泛的應(yīng)用。有記載說，汽車制造商從1896年開始用鋁合金制作曲軸箱，直到今天，在汽車的各個部位都有使用鋁合金，如：汽缸、儀表臺、發(fā)動機(jī)支架、鋁合金車輪、懸掛系統(tǒng)零件、保險杠防撞梁、吸能盒、車門及熱交換器等，甚至全鋁車身。目前國際上銷售的全鋁合金車身車型很多，包括超級跑車NSX、AudiA2、A8、R8、JaguarXJ等。而JaguarXJ則是鋁合金技術(shù)輕量化技術(shù)達(dá)到的車型，不僅車身重量大幅下降，而且車身部分由5189件減少到2761件，車身剛性提高了48%。數(shù)據(jù)顯示，鋁合金在汽車上的使用逐漸增加，從1990年的平均50kg/車，到現(xiàn)在的平均150kg/車。

鋁合金擠壓產(chǎn)品較其他成型方式，具備以下的特點：（1）在擠壓過程中，被擠壓金屬在變形區(qū)內(nèi)獲得比軋制、鍛造更為強(qiáng)烈和均勻的三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)，因此擠壓可充分發(fā)揮被加工金屬的塑性，可用于加工軋制鍛造無法加工的難變形金屬，同時可用于制作各種空心或?qū)嵭牡膹?fù)雜截面構(gòu)件；（2）由于鋁型材幾何截面可變，因而其構(gòu)件的剛度高，可提高車身的剛性、降低其NVH特性、提高車輛動態(tài)控制特性；（3）由于鋁型材截面可控制，可提高構(gòu)件的功能集成程度，降低構(gòu)件數(shù)量，汽車鋁型材同時通過截面匹配還可實現(xiàn)焊接定位；（4）具有擠壓效益的產(chǎn)品，在淬火時效后，縱向強(qiáng)度性能（Rm，Rp0.2），遠(yuǎn)比其他方法加工的同類產(chǎn)品要高；（5）擠壓后產(chǎn)品表面色澤好，耐腐蝕性能好，不需要做其他防腐性的表面處理；（6）擠壓加工靈活性大，工裝模具成本低，設(shè)計變更費用低。

目前，汽車防撞梁一般采用鋼板、鋼滾壓件和鋁合金擠壓型材。由于鋁合金吸能效果好，廣泛應(yīng)用于合資品牌車型的保險杠防撞梁組件。由于成本等原因，國內(nèi)自主品牌車型使用較少。湖南大學(xué)專家[2，3]對鋁合金防撞梁組件進(jìn)行了相關(guān)研究。研究表明，與原鋼防撞梁相比，鋁合金前防撞梁的質(zhì)量降低了25%，抗彎強(qiáng)度高。在低速碰撞試驗條件下，鋁合金前防撞梁的吸能效果提高了45%。

傳統(tǒng)的鋁合金和泡沫鋁是汽車用鋁材的主要類型。常規(guī)鋁合金有鑄造鋁合金、變形鋁合金、鍛造鋁合金、粉末冶金鋁合金等，目前汽車用鋁約占80%左右。用鋁合金代替鋼的汽車零部件主要有發(fā)動機(jī)缸體、發(fā)動機(jī)支架、鋁合金車輪、懸掛系統(tǒng)零部件、車體、保險杠、車門、儀表盤支架、熱交換器等。鋁合金可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼制汽車零部件，使整車重量減輕30~40%，鋁制發(fā)動機(jī)重量減輕30%，鋁制散熱器比同一銅制品輕40%，轎車鋁制品重量減輕40%以上，汽車鋁制品重量減輕30%左右，鋁制發(fā)動機(jī)重量減輕35%