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铝合金材料在汽车中的应用与发展


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赵宗超 铝合金材料在汽车中的应用与发展

探索研究

铝合金材料在汽车中的应用与发展
赵宗超 (河南郑州电力职业学院 河南省 450000) 摘 要 铝合金材料强度高、质量轻、耐腐蚀性能优良、适合多种成型方法、较再生利用等优点,是汽

车 工业中应用较多的金属材料。铝合金材料在汽车中的应用是一种发展趋势。 关键词 铝合金材料 汽车材料 轻量化 铝合金车轮

自从电解炼铝法问世以来,铝的生产量和消费量大约以平 均每十年增长一倍的规模发展,特别是规模和发展。纯铝比较 软,我们根据各种不同的用途和要求,在纯铝中添加各种合金 元素,生产出满足各种性能和用途的铝合金。铝合金可加工成 板、带、条、箔、管、棒、型、线、自由锻件和模锻件等加工 材,也可加工成铸件、压铸件等铸造材料。 汽车在选材时,对材料有严格的要求:必须具有严格的 质量均一型;材料的化学成分、力学性能、热处理淬透性以及 材料的尺寸等的波动应当尽可能的做到最小;材料的价格应低 廉,来源充足。 据统计,在别的行业中,铝材的消耗也是很大的,例如: 电子电气行业、机械制造行业。总之,铝材在我们的生活中的 应用是很广泛的。 汽车上的零部件采用了4千余种不同的材料加工制造。从 汽车的设计、选材、加工制造,到汽车的使用、维护和养护, 无一不涉及到材料。铝合金材料具有密度低、强度高和耐腐蚀 性好的特性,在轿车的轻量化中占举足轻重的地位。有数据表 明,近10年来,轿车上的铝及其合金用量已从汽车总量的5%左 右上升到10%左右。 现代汽车中,铝合金占得比重越来越高,象征着汽车中的 铝合金零部件的数量也愈来愈多,因此对于汽车中铝合金材料 应用的研究,就是对汽车中这些铝合金零部件的研究。随着技 术的进步,汽车各项性能指标的提高,世界各国政府对节能、 安全、环保要求的日趋严格。 汽车的轻量化是应对这些危机的重要技术措施之一。世界 铝业协会的报告指出,汽车质量没减少10%,燃油消耗可降低 6%-8%。因此汽车轻量化对于节约能源、减少排放、实现可持续 发展战略具有十分积极的意义。 实现汽车轻量化的主要途径有两个:结构优化设计和新材 料应用。本文主要介绍新材料,铝合金在汽车中的应用。 轻量化材料是指用来减轻汽车质量的材料,它有两大类: 一类是低密度的轻质材料,如铝合金;另一类是高强度材料, 如高强度钢。我们对常用到的轻量化材料进行了减重效果和相 对质量。 采用铝合金生产车轮也是最佳选择。现在,铝合金车轮在 世界汽车行业上的装车率应是已经超过了40%,而且几乎覆盖 了全部车型。铝合金车轮的制造成形方法主要为板成形、锻造 和铸造,其中铸造成形成本最低,适用范围广,易于实现大规 模生产,从而具有很强的竞争力。铝合金车轮是“轻量化”、 “高速化”、“现代化”的产物,有着许多钢制车轮无法比拟 的特点。它质量轻,节约能源;它散热的速度快,使整车的安 全性能更高;它尺寸精度高,行驶性能好。除了上述特点外, 铝合金车轮还具有良好的附着性和缓冲特性、足够的负载能力 和速度能力、耐腐蚀耐老化和良好的气密性、良好的均匀性和 质量平衡、精美的外观和装饰性等优点。今天,汽车铝合金车 轮以其美观、节能、散热好、质轻、耐腐蚀、加工性好,正逐 步代替钢制车轮。

要减轻汽车的重量,没有比底盘系统更具有潜力、更容易 做到的了。在现在的汽车悬挂系统中,用来取代钢铁材料的首 选材料就是铝。 目前汽车中用铝量最大的零部件是车轮。而铝合金车轮的 现状是,从规格上看,国外轿车车轮已日趋大直径、宽轮辋发 展的格局,原来比较多见的12-13in的小径轮已越来越少,有逐 步被淘汰的趋势,目前主流已是15in×17in以上规格,并逐步 朝17-19in大径宽辋发展,甚至已出现20-26in车轮装在汽车上 的报导。 我国的汽车装铝合金车轮还在初期阶段,国产的轮胎规格 品种远远跟不上“三化”(扁平化、子午线化、无内胎化)的 要求。 从结构上看。除了特殊场合装用二片式和三片式的复合车 轮外,整体铸造的铝合金车轮已成为当今世界整个轻合金车轮 的主流。我国的铝合金车轮几乎全是整体式铸造铝合金车轮结 构,但是有个别企业为了避免在这个环节你掉队,又不想增加 成本,便开拓了铝-钢二片式复式车轮,但这种结构综合了铝、 钢两种车轮的缺点,估计不太可能成为市场的前景产品。 从外观和色泽上看。车轮的外观在点缀整车的“时装化” 作用中越来越向着“艺术化”方向发展,多变且时髦的铝合金 车轮轮辐形态和迷人的色泽成为了占有市场的主要手段之一。 从材料上看。在铸造铝合金车轮方面,目前广泛使用 的材料是Al-Mg-Si系合金(美国牌号A356,相当于我国的 ZL101A)。也有少数国家在Al-Mg-Si系合金中添加适量Cu和 Zn,类似于Al-Si合金,这种材料铸造性能和力学性能都很好, 但是它的韧性对铝合金车轮来说只处于临界值,且外观欠佳, 故很少受用户欢迎。今后几年内,铝合金车身、覆盖件及结构 件用量的增长,将会成为汽车用铝增长的主要动力。 未来对于汽车铝合金的主要研究方向是:开发可用于铝 合金零部件的分析和设计,产品、工艺、材料为一体的数字 技术。开发低成本的、适用于同类型材料和不同类型材料的连 接技术,开发不需要中间加工、可直接生产净尺寸零件的先进 成形技术。同时,在新一代铝合金开发中,亦包括满足特定零 部件使用要求的新合金开发,成形性能与焊接性能良好的高强 度铝合金开发,开发具有相同机械性能不同物理性能(密度和 弹性模量)材料的可行性研究,合金热机械性能对零部件的影 响,开发新型抗划伤合金。 随着科学技术的飞速发展,现代汽车制造材料的构成,也 发生了较大的变化,高密度的材料比例下降,低密度材料有较 大幅度的增加。铝和铝合金已经广泛用于汽车结构件和非结构 件,特别是汽车动力和悬挂等汽车部件都在技术和应用上广泛 使用,最突出的是铝制发动机、缸体、汽缸头等铝铸件,已经 被全世界所有制造厂所接受。同时开发出来的汽车外壳、散热 器、地盘和车轮等铝部件,铝合金汽车防碰撞管理系统,铝合 金前后保险杠也是汽车工业用铝的重大突破。未来几年内,中 型轿车的铝合金含量将大幅增加已成为必然趋势。 (编辑 徐薇)
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