汽车轻量化技术铝合金 主要内容 一、汽车轻量化背景 1.1 轻量化的必然性 汽车质量每减轻１%，可节省燃料消耗0.6％~1.0%； 车辆每减重100 kg，CO2排放量可减少约5 g/km，在轿车中每使用1 kg铝，可在其使用寿命期内减少20 kg尾气排放； 汽车尾气排放与油耗成正相关； 现有汽车越来越高级化，附加装置也越来越多。同样使得轻量化成了必然。 1.2 汽车轻量化的主要对象 由表2可以知：发动机、底盘、车身及内外装占轿车总质量的比例较大,减重潜力也较大。轿车车身是轿车中重量较大的部件，约占汽车总重量的30％，所以车身的铝化举足轻重。 表 2 轿车各部分的质量比例 铝合金车身板的应用及减重效果 1.3 轻量化的手段 (1)优化汽车车身框架结构； (2)用高强度轻质材料代替传统的钢铁材料。 主要有： 1.高强度钢板 2.铝合金 3.镁合金 4. 钛合金 5.高分子材料 6.新型复合材料 二、铝合金基础知识 2.1 铝合金的特点： 铝的密度小（2.7 g/cm3），约为钢（7.8 g/cm3）的1/3。用铝合金代钢铁可减重50% 左右,由于铝的表面易氧化形成致密而稳定的氧化膜（钝化），所以耐蚀性好。铝有较好的铸造性，由于铝的融化温度低，流动性好，易于制造各种复杂形状的零件。铝中加入一种或几种元素后即构成铝合金，铝合金相对于纯铝可以提高强度和硬度，除固溶强化外，有些铝合金还可以热处理强化，使有些铝合金的抗拉强度可超过600MPa。导热率和导电率是钢的3倍。 2.2 铝合金分类 根据合金元素和加工工艺特性，可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。 2.3 纯铝与铝合金牌号 表 2 纯铝与铝合金牌号 2.4 铝及铝合金的分类 2.5 铝及铝合金材料分类 2.6 铝合金基础代号 变形铝及铝合金状态代号命名的基本原则基础状态代号用一个英文大写字母表示；细分状态代号采用基础状态代号后跟一位或多位阿拉伯数字表示 2.7 铝及铝合金热处理分类 退火 产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。通过原子扩散、迁移，使之组织更加均匀、稳定、，内应力消除，可大大提高材料的塑性，但强度会降低。 固溶淬火处理 将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。但此时材料塑性较高，可进行冷加工或矫直工序。 时效 经固溶淬火后的材料，在室温或较高温度下保持一段时间，不稳定的过饱和固溶体会进行分解，第二相粒子会从过饱和固溶体中析出（或沉淀），分布在α（Al）铝晶粒周边，从而产生强化作用称之为析出（沉淀）强化。 回归 时效型合金在时效强化后，于平衡相或过渡相的固溶度曲线以下某一温度加热，时效硬化现象会立即消除，硬度基本上恢复到固溶处理状态，这种现象称为回归。合金回归后，再次进行时效时，仍可重新产生硬化，但时效速度减慢，其余变化不大。 三、汽车用铝合金现状 3.1 在汽车上的应用范围 铸造铝合金与变形铝合金都在汽车中获得了应用，但是以前者为主。当前铝合金的铸件主要用于制造发动机零部件、壳体类零件和底盘上的其他零件。如轿车发动机缸体、缸盖、离合器壳、保险杠、车轮、发动机托架等几十种零件。 变形铝合金适合压力加工，通过冷变形和热处理可使其强度进一步提高。可制成板材、管材、棒材以及各种形状的型材。变形铝合金主要用于汽车车身。包括：发动机罩、车顶棚、车门、翼子板、行李箱盖、地板、车身骨架及覆盖件。过去用于轿车车身的铝合金主要有Al-Cu-Mg(2000系)、Al-Mg(5000系)an Al-Mg-Si(6000系)三大系列 除标准铝合金外，一些铝合金公司与汽车制造者还研发了一批具有某些特殊性能的非标准铝合金。常用标准汽车铝合金如下表所示。1 × × ×系~8× × ×系在汽车制造中都或多或少的获得了应用。 C:\Users\Administrator\Desktop\汽车制造中常用铝合金.docx 在美国，95%以上的油罐车用铝材料制造 美国生产的全铝自卸车 美铝与宇通合作研发的新一代节能环保大巴的铝合金挤压框架结构。 全铝公用全铝公共汽车铝件的减重效果标示图。与钢结构相比，框架、轮毂。车身钣金件、内饰件分别减重800kg、170kg、550kg、400kg，合计减重量近2吨。减重近46%。 美铝公司和宇通公司合作研发的全铝公共汽车用铝部位图 沃尔沃S70的车门外板 宝马M3的发动机盖板 使用Novelis Fusion AF350 生产的汽车车门内板 全铝轿车车身空间框架示意图 奥迪的空间框架铝合金车身结构技术 铝合金车身结构 沃尔沃越野车纵梁 宝马汽车后车架 奥迪公司的油底壳 奥迪公司的侧面车架 国外品牌汽车铝合金防撞梁、吸能盒 3.2 应用现状 国外的应用现状 美国：1994年用铝量为87kg/辆，2000年达到116kg/辆，2006年达到了145kg/辆。2000年到2006年6年中的年平均增长率为3.7％。 同期（2006年），欧洲、日本轻型汽车中的用铝量分别为259.28磅/辆（117.6kg/辆）和251.33磅/辆（114.0kg/辆），6年中的CAGR分别为5％和3％，可见，在过去的几年当中，欧洲是汽车用铝发展最为迅速的地区。 在近年来出现的全铝车身以及铝密集型汽车中，铝的比例越来越高。以福特P2000为例：其在白车身和外板上均使用铝合金。用铝量达到了332kg。奥迪A8则达到了创纪录的546kg。