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，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 80%。我國汽車除上海桑塔納、一汽奧迪和捷達（均

為引進生產(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)動機可減輕

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

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。進入 20 世紀早期，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 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)量標準、機械性能等各方面的要求和經(jīng)濟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)動機氣缸體、離合器殼體、后橋殼、轉(zhuǎn)向

器殼體、變速器、配氣機構(gòu)、機油泵、水泵、搖臂蓋、車輪、發(fā)動機框架、制動

鉗、油缸及制動盤等非發(fā)動機構(gòu)件。

1.1.1 發(fā)動機用鋁合金

汽車發(fā)動機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)

動機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，而鋁合金在這些

方面具有非常突出的優(yōu)勢，因此各汽車制造廠紛紛進行發(fā)動機鋁材化的研制和開

發(fā)。目前國外很多汽車公司均已采用了全鋁制的發(fā)動機氣缸體和氣缸蓋。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*，鋁氣缸

體達 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)動機油

底殼；克萊斯勒公司新 V6 發(fā)動機氣缸體和缸蓋都使用了鋁合金材料。

1.1.2 輪轂用鋁合金

鋁輪轂因為質(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，汽車輪轂鋁化率可達 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、保險杠、發(fā)動

機罩、車輪的輪輻、輪轂罩、輪外飾罩、制動器總成的保護罩、消聲罩、防抱死

制動系統(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 轎車保險杠增強支架，福特公司用 7021 鋁板制造 Lincoln Town

轎車保險杠增強支架[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

動器卡爪、動力傳動框架等。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 104～109℃/S）,材料將引起一些組織結(jié)構(gòu)上的新

特征：超細化的微觀組織；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?；谶@些特征，快速凝固鋁合金必然會在汽車行業(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)壓縮機轉(zhuǎn)子和葉片，使轉(zhuǎn)子重量減輕 60%，整個壓縮機重量

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，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)動機轉(zhuǎn)子，提高了發(fā)動機效率，能節(jié)油 20%。

2.2  鋁基復(fù)合材料

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

彈性模量、耐熱性、耐磨性等大幅度提高，可用做發(fā)動機零件，如用粉末冶金法

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

合金活塞優(yōu)點的同時，可進一步改善活塞的強度、耐磨性、耐熱性和抗疲勞性能，

用于汽車發(fā)動機上；此外，顆粒增強鋁基復(fù)合材料還可用于制造車輛發(fā)動機的汽

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

鋁填充于兩個高強度外板之間制成的三明治板材，在用于車身頂蓋板時，可提高

剛度、輕量化并改善保溫性能，用在保險杠、縱梁和一些支柱零件上時，可以增

加撞擊吸能的能力，在輕量化的同時，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有限；而航空航天用的鈦合金雖

有高的機械強度，但制造工藝困難和制造成本昂貴，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)還相對比較落后。當前發(fā)達國家汽車上鋁材的使用已達

138kg，鋁化率達 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的發(fā)展前景非常廣

闊。（來源：程力汽車）