汽車用鋁合金型材開發(fā)與輕量化應(yīng)用

汽車降耗、減排、提高安全性能已成為汽車工業(yè)的發(fā)展方向車輕量化技術(shù)是解決節(jié)能環(huán)保問題的重要措施。產(chǎn)品輕量化可通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、輕質(zhì)材料應(yīng)用和多種制造技術(shù)集成應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。鋁合金因其密度低、成型性好、吸能效果好、耐腐蝕性好而廣泛應(yīng)用于輕質(zhì)汽車。據(jù)記載，汽車制造企業(yè)于1896年開始使用鋁合金制造曲軸箱[1]。到目前為止，鋁合金已經(jīng)用于汽車的各個(gè)部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)和缸體、儀表板和發(fā)動(dòng)機(jī)支架、鋁合金車輪、懸架系統(tǒng)部件、保險(xiǎn)杠防撞梁和吸能箱、車門和換熱器，甚至全鋁車身。目前國際上有很多全鋁合金車身車型在售，包括Honda超級(jí)跑車NSX、A2.A8.R8和JaguarXJ。其中，JaguarXJ是鋁合金技術(shù)輕量化技術(shù)發(fā)揮到的車型，不僅車身重量大幅下降，而且車身零部件總數(shù)從5189降至2761，車身剛度提高了48%。據(jù)資料所示，鋁合金在汽車的使用量逐漸增加，從1990年平均50kg/車，發(fā)展到現(xiàn)在已達(dá)平均150kg/車以上。

擠壓是鋁合金重要的成型方法，鋁合金擠壓成型是一種熱加工成型方法，并且在整個(gè)生產(chǎn)過程中，鋁合金均處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)下成型。整個(gè)生產(chǎn)過程可以描述為：首先，將鋁等合金熔化鑄造成所需的鋁合金鑄件；然后將預(yù)熱鑄件放入擠壓設(shè)備中進(jìn)行擠壓，鋁合金坯料在主缸擠壓下通過模具腔成為所需型材；最后，為了提高鋁型材的機(jī)械性能，在擠壓過程或擠壓后進(jìn)行固溶處理，然后進(jìn)行及時(shí)處理。時(shí)效處理后的力學(xué)能量根據(jù)不同的成分和時(shí)效系統(tǒng)而有所不同。表1是汽車擠壓鋁型材與普通碳鋼的性能比較。

汽車鋁型材擠壓產(chǎn)品較其他成型方式，具備以下的特點(diǎn)：（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(shí)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(dòng)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，同時(shí)通過截面匹配還可實(shí)現(xiàn)焊接定位；（4）具有擠壓效益的產(chǎn)品，在淬火時(shí)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(jì)變更費(fèi)用低。

轎車用鋁材料主要有傳統(tǒng)鋁合金和泡沫鋁兩種。傳統(tǒng)鋁合金包括鑄造鋁合金、變形鋁合金、鍛造鋁合金、粉末冶金鋁合金等。目前，鑄造鋁合金約占汽車鋁的80%?？捎娩X合金代替鋼的汽車部件主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、鋁合金車輪、懸掛系統(tǒng)部件、車身、保險(xiǎn)杠、車門、儀表盤支架、換熱器等。鋁合金取代傳統(tǒng)鋼鐵制造汽車零部件，可使整車重量減輕30~40%，鋁發(fā)動(dòng)機(jī)重量減輕30%，鋁散熱器比同一銅制品輕40%，汽車鋁車身比鋼制品輕40%以上，汽車鋁車輪重量減輕30%左右，鋁發(fā)動(dòng)機(jī)支架重量減輕35%。