鋁合金在汽車輕量化中的典型應(yīng)用
2015年08月06日 10:16 4785次瀏覽 來源: 中國鋁業(yè)協(xié)會 分類: 鋁資訊
汽車工業(yè)在蓬勃發(fā)展的同時(shí),由于環(huán)保和節(jié)能的需要,汽車輕量化已成為世界汽車發(fā)展的潮流。實(shí)施汽車輕量化過程中鋁合金材料將發(fā)揮其天然優(yōu)勢,主要用來改造和替代車身材料。汽車輕量化大致可以分為車身輕量化、發(fā)動機(jī)輕量化、底盤輕量化三類,其目的均是在保證性能的前提下通過使用更輕材料降低車重,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保功能。
很顯然,鋁合金在汽車輕量化中有其天然的優(yōu)勢:
一、減重和節(jié)能效果明顯。鋁的力學(xué)性能好,其密度只有鋼鐵的1/3,具有良好的導(dǎo)熱性,僅次于銅,機(jī)械加工性能比鐵高4.5 倍,且其表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蝕性,因此鋁成為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化最理想的首選材料。
二、乘客的舒適性和安全性獲得提高。鋁合金汽車是在不降低汽車容量的情況下減輕汽車自重,車身重心減低,汽車行駛更穩(wěn)定、舒適。由于鋁材的吸能性好,在碰撞安全性方面有明顯的優(yōu)勢,汽車前部的變形區(qū)在碰撞時(shí)會產(chǎn)生皺褶,可吸收大量的沖擊力,從而保護(hù)了后面的駕駛員和乘客。
三、鋁易于回收。鋁制品在使用過程中幾乎不發(fā)生腐蝕或僅發(fā)生輕微的腐蝕,工業(yè)上使用的常規(guī)材料中,鋁的回收價(jià)值率是最高的。在鋁材—鋁制品—使用—回收再生鋁錠—再加工成鋁材的循環(huán)過程中,鋁的損耗也僅5%左右,其再生性能比任何一種常用金屬都高。 我們可以通過圖表的形式直觀的了解一下鋁合金材料在汽車輕量化中的典型應(yīng)用:
目前東輕公司在產(chǎn)汽車輕量化方面合金材料
1. 轎車車門用5754鋁合金板材、6005A型材:
東輕公司結(jié)合國內(nèi)的市場,自主開發(fā)的《轎車車門用5754鋁合金板材》被列入國家“九五”轎車新材料技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目,并得到國家的大力支持。產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了國外同類產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量水平和標(biāo)準(zhǔn)要求,完全替代了進(jìn)口,并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品定型、批量生產(chǎn)的目標(biāo),制定出了完整的生產(chǎn)工藝操作規(guī)程與質(zhì)量保證體系。為汽車車身的輕量化和材料的國產(chǎn)化做出了貢獻(xiàn)。該項(xiàng)目于1999年10月通過了省級鑒定,該產(chǎn)品于2000年獲得了國家級重點(diǎn)新產(chǎn)品稱號,黑龍江省優(yōu)秀新產(chǎn)品三等獎,哈爾濱市科技進(jìn)步二等獎。
2. 5083超塑性鋁合金板材
超塑性成形鋁合金主要應(yīng)用于飛行器、車輛、建筑等領(lǐng)域的復(fù)雜零部件,可以減少幾何廢料,提高成品率,保證零件加工后的整體精度。針對國內(nèi)5083超塑材料研制空白,結(jié)合倫敦地鐵列車的需求,我公司開展了5083超塑板的研制工作。通過合金成分確定、熔鑄工藝優(yōu)化、均勻化熱處理及軋制工藝試驗(yàn),研制的5083超塑材料性能與國外材料相當(dāng),滿足用戶要求,替代了進(jìn)口材料,該材料高溫超塑性可達(dá)200~298%。隨著國際鋁合金超塑成型生產(chǎn)的應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,尤其是軌道交通、高檔轎車、豪華賽車等復(fù)雜零件的加工需求的增加,該材料的應(yīng)用前景極為廣闊。目前東輕公司已經(jīng)接到不同應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品訂購需求。
3. 汽車迎賓板、車標(biāo)用S501帶材,車牌用3系鋁合金板材:
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,汽車已逐漸走進(jìn)大眾家庭,汽車市場的競爭也日趨激烈。高檔汽車的裝飾也在不斷追求完美,汽車迎賓板、車標(biāo)等原材料因?qū)Σ牧媳砻婀鉂嵍纫筝^高,一直使用進(jìn)口材料。東輕公司于2011年進(jìn)行該材料國產(chǎn)化的首次試制,并于2012年年初試制成功。該合金帶材采用單面拋光軋制,另一面為一般軋制表面,經(jīng)用戶使用效果較好,目前已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。同時(shí),車牌用3系鋁合金板帶材也已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
4. 汽車散熱器用鋁合金復(fù)合材料:
鋁合金復(fù)合材是鋁合金復(fù)合箔、復(fù)合帶、復(fù)合板的統(tǒng)稱,是制造汽車空調(diào)器、散熱器、中冷器、油冷器、暖風(fēng)機(jī)、干手器和空分設(shè)備等釬焊式熱交換器的關(guān)鍵原材料。復(fù)合材主要是由2~3種合金經(jīng)疊合壓延后制成的2~5層復(fù)合材,包覆層(皮材)多為高硅合金或低電位合金,如4004、4045、4047、4343、7072等,基體(芯材)主要是3003、3003+1.5%Zn、3003+1%Zn和3004合金等。其釬焊原理是:將鋁合金復(fù)合材和其他管件、板件組成的換熱器放入600℃左右的高溫釬焊爐中,包覆層熔化,而基體不熔化,高硅合金材料通過虹吸作用和擴(kuò)散機(jī)制使散熱器翅片和換熱器通道、換熱片釬焊在一起,從而實(shí)現(xiàn)熱交換作用。
東輕公司是國內(nèi)首家研制和生產(chǎn)釬焊式熱交換器用鋁合金復(fù)合材的廠家,可生產(chǎn)十余種合金和上百個(gè)規(guī)格的復(fù)合材產(chǎn)品,也可根據(jù)用戶要求和使用特點(diǎn)研制生產(chǎn)特殊用途的鋁合金復(fù)合材產(chǎn)品。
5. 汽車隔熱用1050、3004、5052板帶
鋁合金在發(fā)動機(jī)罩上的應(yīng)用也正逐步增多,應(yīng)用最成功的是奧迪汽車公司。奧迪的輕鋁車身技術(shù)是奧迪公司的一項(xiàng)核心技術(shù),公司已在這一領(lǐng)域進(jìn)行長達(dá)20年的研究和開發(fā),其精湛的應(yīng)用技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他汽車廠家。奧迪A8和A2在全球各著名協(xié)會和專業(yè)媒休的評比中屢獲殊榮,至今已贏得40多項(xiàng)大獎.日本美洲豹(jaguar)也在從事全鋁車身的開發(fā)和應(yīng)用,2003年6月開始銷售全鋁車身的頂級轎車XJ。除此之外,豐田新皇冠、梅賽德斯—奔馳新E級車、標(biāo)致307 4P的發(fā)動機(jī)罩,均采用了鋁合金材料。
6. 機(jī)油冷卻器用、儲氣罐用3003板
汽車的冷氣設(shè)備(冷凝器、蒸發(fā)器)、機(jī)油冷卻器、散熱器、暖風(fēng)設(shè)備等熱交換器中的冷凝器、蒸發(fā)器、空拎式機(jī)油冷卻器幾乎100%的用鋁制造,鋁散熱器的難點(diǎn)是耐久性利散熱能力,耐久性主要是因腐蝕而漏水的問題,其原因是冷卻液引起的內(nèi)部腐蝕和鹽類引起的外部腐蝕.向冷卻水中添加防銹劑可防止內(nèi)部腐蝕;對于鹽類引起的外部腐蝕可采用表面處理和耐蝕合金來防止。
7. 6A02T6、6060T4、6082T6汽車防撞梁用型材
保險(xiǎn)杠作為吸收沖撞能量的緩沖體己普遍安裝在轎車上,但由此卻增加了車的質(zhì)量。為此,鋁保險(xiǎn)杠出現(xiàn)以達(dá)輕量化的目的,同時(shí),鋁合金材料的強(qiáng)度及吸能緩沖優(yōu)勢也較為明顯。
8. 油箱板5052、5083,結(jié)構(gòu)件用5182,汽缸墊用5754板
5xxx系強(qiáng)度比1×××系和3×××系鋁合金高,屬于中高強(qiáng)度鋁合金,疲勞性能合金板材具有高強(qiáng)度,高成形性,高耐腐蝕性和高表面處理性以及焊接性能好等優(yōu)點(diǎn),因此廣泛被用于汽車油箱、結(jié)構(gòu)件及發(fā)動機(jī)內(nèi)蓋板。在汽車上被采用的5xxx系合金板材一般是以5052,5182以及各鋁業(yè)公司自主開發(fā)的5xxx系高成形性材料為主。
9. 6016T4合金結(jié)構(gòu)板
目前的發(fā)展趨勢是開發(fā)6000系車身板鋁合金,固溶處理后,加適當(dāng)預(yù)處理,具有良好的成形性,隨后在油漆時(shí)又具有高的烘烤硬化性,在沖壓成型后經(jīng)油漆烘烤,性能可進(jìn)一步提高,因而,6000系合金的研究愈來愈受到關(guān)注,該系合金以其優(yōu)良的綜合性能而成為國內(nèi)外的研究焦點(diǎn), 該系合金以T4(固溶淬火+ 自然時(shí)效)狀態(tài)供貨,具有較低的屈服強(qiáng)度( < 150mPa),從而可提供良好的成形性,產(chǎn)品在最后的烤漆過程中通過時(shí)效強(qiáng)化獲得強(qiáng)度和抗凹陷性的良好組合。
10. 汽車懸掛件用鋁合金鍛件
目前,國內(nèi)企業(yè)針對車身板及鋁制汽車輪轂開展了大量的研究工作,并且已有部分企業(yè)開始批量供貨,但汽車用懸掛零部件用鋁合金材料卻并未開展研究工作,由蘇州有色金屬研究院和東輕公司合作,針對鋁制汽車用懸掛零部件開展研究,生產(chǎn)出6×××系高性能鋁合金汽車懸掛件,開發(fā)出具有知識產(chǎn)權(quán),性能優(yōu)良的新產(chǎn)品。
責(zé)任編輯:李卓
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