美國率先開發(fā)新一代鋁合金——普通汽車全鋁化不再是夢(mèng)
    目前，汽車行業(yè)仍屬于快速發(fā)展的時(shí)期，但卻面臨著環(huán)保和節(jié)能兩種約束。所以，在這個(gè)以石化燃料為主的時(shí)代里，汽車的輕量化已是世界汽車發(fā)展的主要目標(biāo)。對(duì)于汽車的輕量化，目前來看，可以分為三大主線，分別是車身輕量化、發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化、底盤輕量化，這三大主線的主要目的就是，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)保之功能。
    其實(shí)，最早出現(xiàn)的汽車是沒有車身的，比如卡爾?奔馳和戈特利伯?戴姆勒發(fā)明的三輪和四輪汽車機(jī)車都是用馬車改裝的，并且多為木質(zhì)結(jié)構(gòu)。
    直到20世紀(jì)，福特生產(chǎn)的T型廂式車出現(xiàn)之后，汽車才有了基本車身的造型，后來隨著材料、冶煉、焊接、成型等技術(shù)的發(fā)展，汽車的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝也愈加成熟，但是人們發(fā)現(xiàn)，汽車的重量也越來越重，因?yàn)檎麄€(gè)車身大部分材料都是由高強(qiáng)度鋼拼接而成。
    到了80年代，汽車車身的各分支技術(shù)朝著更系統(tǒng)深入的方向發(fā)展，在超高強(qiáng)度鋼出現(xiàn)的同時(shí)，全鋁車身等也開始出現(xiàn)。當(dāng)然，這與20世紀(jì)70年代全球性的能源危機(jī)有著很大關(guān)系。彼時(shí)，汽車生產(chǎn)廠通過減少汽車整體質(zhì)量、提升發(fā)動(dòng)機(jī)效率、降低行駛阻力等方式改善燃油經(jīng)濟(jì)性。
    鋁合金的密度只有鋼鐵的1/3，這就有效的降低了汽車的整體質(zhì)量。若汽車整車凈質(zhì)量降低10%，燃油效率可提高6%~8%；汽車整車質(zhì)量每減少100kg，百公里油耗可降低0.3L~0.6L。
    由于鋁材具有密度低、比強(qiáng)度高、抗蝕性強(qiáng)、易塑性加工與成形、表面,處理性能好、資源豐富、價(jià)格適中、回收再生效益高等優(yōu)點(diǎn),在世界汽車向著輕量化、高速、節(jié)能、安全、低污染、多功能、低成本、堅(jiān)固耐用與乘坐舒適的發(fā)展進(jìn)程中,備受工業(yè)界的青睞,其用量越來越多。
    但是，就現(xiàn)階段而言，全鋁車身結(jié)構(gòu)的普及還需要一段時(shí)間，因?yàn)殇X合金造車成本會(huì)很高。一是因?yàn)殇X本身就比較貴，一些鋁合金的價(jià)格甚至超過黃金，二是其生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，有很多的技術(shù)難點(diǎn)。也因此，全鋁車身目前基本都是在豪華高端車輛上應(yīng)用。
    對(duì)車身鋁合金薄板的性能要求是非常嚴(yán)格苛刻的，這也正是不能夠大批量生產(chǎn)的原因。鋁合金汽車車身薄板除有滿足標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的力學(xué)性能與抗腐蝕性能外，還應(yīng)具備如下的性能：
    1、良好的成形性：
    車身及覆蓋鈑金件的成形加工是通過沖壓成形的。因此，鋁合金薄板應(yīng)該有良好的成形性，即具有低的屈強(qiáng)比和高的成形極限( FLC，F(xiàn)orminglimitcurve) 。
    2、表面平整性強(qiáng)：
    鋁合金板必須有良好的翻邊延性和成形以后表面色彩一致的性能，即成形的鈑金件表面不出現(xiàn)羅平線( Roping Line) ，即滑移線。羅平線是由于晶粒不均或者是夾雜物分布不均而造成的板材表面變形不均，使表面會(huì)在噴漆后光彩不一致。
    3、良好的可焊性：
    良好的可焊性能可以滿足汽車構(gòu)件在成形后連接在一起進(jìn)行焊接加工的要求。板材應(yīng)具有抗時(shí)效穩(wěn)定性，以確保從板材出廠到?jīng)_壓生產(chǎn)之前不發(fā)生時(shí)效，防止沖壓加工時(shí)材料的屈服點(diǎn)升高，誘發(fā)呂德斯帶( Lude’szone) 而產(chǎn)生的表面變形不均勻和起皺，影響汽車外板的表面品質(zhì)。
    4、優(yōu)良的烘烤硬化性：
    汽車輕量化還要求板材具有高的烘烤硬化性，即在沖壓變形和噴漆烘烤之后板材的屈服強(qiáng)度有明顯的升高，從而保證沖壓噴漆后的鈑金件有高的抗凹性，并要求鋁合金板材的噴漆烘烤工藝和目前鋼板沖壓件的相容。
    5、良好的鋯/鈦鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性能：
    ABS在涂覆潤滑劑之前都要經(jīng)過表面處理，形成一層鋯/鈦鹽處理體系轉(zhuǎn)化膜，為吸附潤滑劑創(chuàng)造良好的基底。這種處理液是環(huán)保型的，不含鉻，主要由含鈦、鋯的金屬鹽、氟化物、硝酸鹽和有機(jī)添加劑組成，通過浸漬、噴淋方式在ABS 上形成轉(zhuǎn)化膜。膜層主要由鋯/鈦鹽、鋁的氧化物、鋁的氟化物及鋯鈦的絡(luò)合物等組成。該種表面處理工藝操作簡單，所獲得的膜層與有機(jī)聚合物有很強(qiáng)的結(jié)合力。
    目前來看，能夠生產(chǎn)新一代鋁合金ABS（Auto Body Sheet）的工藝并且滿足上面諸多條件有三種：哈茲雷特法，美國鋁業(yè)公司的Micro-Mill法與美國特殊合金公司的工藝，它們都于2015年誕生于美國。Micro-Mill法的商業(yè)化生產(chǎn)線建在美國鋁業(yè)公司得克薩斯州圣安東尼奧軋制廠內(nèi)，生產(chǎn)的ABS已經(jīng)通過了汽車制造廠的試用與認(rèn)證。
    1. Micro-Mill法
    此生產(chǎn)線可鑄帶坯寬度1727.2mm（68英寸）、帶坯厚度2.3mm~5.1mm（0.09英寸~0.20英寸）、鑄造速度61m/min~27.4m/min（200ft/min~90ft/min）、鑄坯溫度567℃（1050°F），熱軋帶經(jīng)剪邊后寬度1549.4mm~1701.8mm（61英寸~67英寸）、厚度0.457mm~3.81mm（0.018英寸~0.150英寸）。
     美國鋁業(yè)公司的小型軋機(jī)（Micromill）可以生產(chǎn)新一代汽車鋁板帶，所生產(chǎn)的汽車合金的成形性比現(xiàn)行鋁合金的高40%以上，而強(qiáng)度性能則大30%，并且表面品質(zhì)優(yōu)秀，可滿足汽車工業(yè)的苛刻要求。用所產(chǎn)板帶材制造的零部件的成形性比高強(qiáng)度低合金鋼的大一倍，而其質(zhì)量卻比鋼的輕30%。半成品的加工時(shí)間大為縮短，因?yàn)榕c常規(guī)熱軋工藝相比省掉5道工序：鑄錠鋸切頭尾、均勻化退火（這是一道長時(shí)間的工序）、銑面、熱軋前加熱、熱軋。因此，從鋁合金熔體備好后到熱軋成供冷軋用的帶卷由20d縮短到20min。
    美國鋁業(yè)公司小型軋機(jī)生產(chǎn)的ABS從內(nèi)部顯微組織到表面品質(zhì)都勝出傳統(tǒng)鑄錠熱軋工藝生產(chǎn)的，特別是顯微組織得到了極大的改善，晶粗細(xì)小，強(qiáng)化相彌散均勻分布，因而成形性能可與低合金軟鋼（mild steel）試比高，更可喜的是可用與鋼板通用的模具順利地成形汽車的內(nèi)外覆蓋件。由于Micro-Mill板材力學(xué)性的全面提升，使覆蓋件的抗凹性能得到相應(yīng)的提高，同時(shí)汽車零部件的加工制造也變得輕易不少，成品率也有所上升，汽車廠也受益非淺。
    小型軋機(jī)的占地面積（footprint）比傳統(tǒng)軋機(jī)的小得多，僅相當(dāng)于后者的1/4，因而其能耗也只有后者的1/2。Alcoa（美國鋁業(yè)公司）Micromill技術(shù)在全世界不同國家與地區(qū)申請(qǐng)了130個(gè)專利，生產(chǎn)線的連續(xù)鑄造機(jī)可隨時(shí)更換合金，不必停機(jī)，因而具有高度的靈活與生產(chǎn)效率。
    2. 哈茲雷特法
    哈茲雷特（Hazrlett）連鑄連軋工藝的商業(yè)化生產(chǎn)已有50多年的歷史，中國已引進(jìn)2條1950mm生產(chǎn)線，一條在河南伊川電力集團(tuán)，2011年投產(chǎn)，已進(jìn)入達(dá)產(chǎn)階段；另一條在內(nèi)蒙霍林郭勒錦聯(lián)材料有限公司，2015年投產(chǎn)。它們的主導(dǎo)產(chǎn)品都為鋁箔軋制帶坯與通用1XXX系、3XXX系合金板帶材帶坯。
    此法所能生產(chǎn)的合金及產(chǎn)品已有不少介紹，關(guān)于鑄造機(jī)的結(jié)構(gòu)也有一些報(bào)道，在此不再贅言，在此需指出的是：它不是一種萬能的工藝，有一些合金如高合金化的2XXX系合金（如2024）、7XXX系合金（如7075）、含Mg含量大于6%的5XXX系合金、鋁-鋰合金、鋁-鈧合金等還不能生產(chǎn)更不能批量生產(chǎn)。該法也不能生產(chǎn)厚度大于15mm的板材，因?yàn)樗设T帶坯的最大厚度50mm，而通常鑄造帶坯的厚度≤20mm；據(jù)哈茲雷特公司高級(jí)技術(shù)人員，用此法可以鑄造冷軋ABS用的帶坯。
    3. 特殊合金公司
    美國特殊合金公司據(jù)稱從2013年開始策劃建設(shè)一個(gè)ABS生產(chǎn)能力達(dá)600kt/a的企業(yè)，但是，在2015年9月份之后無任何更新消息，情況也不得而知。
    在汽車材料將進(jìn)入鋁時(shí)代的當(dāng)下，隨著美國鋁業(yè)公司的Alcoa Micromill的登堂入室，新一代ABS不但進(jìn)入了批量生產(chǎn)，而且批量用于制造福特汽車公司的新版本F-150型皮卡車，其成形性能比傳統(tǒng)ABS合金的大40%，強(qiáng)度性能比傳統(tǒng)材料的高30%，零部件質(zhì)量比鋼制的輕30%，各項(xiàng)性能均全面優(yōu)于低碳汽車鋼板的一些。
    這種新一代鋁合金ABS的誕生有著里程碑意義，宣布汽車材料進(jìn)入鋁時(shí)代，鋁將成為第二大汽車材料，在某些車型上，甚至有可能成為第一大材料，有著非凡的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。在這種嚴(yán)峻形勢(shì)下，中國相關(guān)行業(yè)在也一直努力跟上這一次的變革浪潮。
    目前中國的ABS項(xiàng)目（已建成與在建的共9個(gè)）