輕金屬材料鋁和鎂在東風汽車上的應用

摘要：輕金屬材料鋁和鎂在汽車輕量化中扮演著重要角色。介紹了輕質材料鋁合金和鎂合金在東風商用車及乘用車上的應用情況、存在的差距及東風未來發展應用方向。

關鍵詞：輕金屬；鋁合金；鎂合金；汽車；輕量化

中圖分類號：TG146.2 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）04-0001-05

The Application of Aluminium Alloys and Magnesium Alloys

on Dongfeng Automobiles

YUAN Hai-bo，CHU Dong-ning，KANG Ming，LEI Jian，WANG Ze-zhong

（Material Technology Institute of Dongfeng CV Technology Center，Wuhan 430056，China）

Abstract：Light metals take the important role on the lightweight automobiles. This paper introduces the application of aluminim alloys and magnesium alloys on Dongfeng trucks and Passeuger vehidcle and the gaps compared with foreign motors. It also shows the development and application of light metals on Dongfeng automobiles in the future.

Key words：light metal；aluminium alloys；magnesium alloys；automobile；lightweight

在汽車工業保持高速發展的2010年，我國汽車產量達到1 826.47萬輛，同比增長了32.44%，成為有史以來世界最大的汽車產銷市場［1］。然而我們將面臨著汽車保有量高速增長衍生的諸多問題，如燃油缺乏、城市擁堵、環境污染等等。其中與汽車用戶最直接相關的就是燃油短缺問題。目前我國機動車燃油消耗已超過全國石油消耗的1/3，僅用了3年時間，我國石油進口從1億噸躍升到2億噸，石油進口依存度已達55.14%。而汽車輕量化是解決這一問題的有效途徑之一。因而在“低碳綠色、節能減排、和諧發展”的國家政策法規的驅動下，國內各汽車制造企業在尋找新能源的同時，汽車輕量化成為重要的研發目標。

汽車輕量化是通過新材料及新工藝的應用、汽車結構優化等手段，在確保滿足安全、可靠、舒適等綜合性能指標前提下，最大限度地降低整車重量，以期降低燃油消耗、獲得更高的載質量利用系數，為用戶提供經濟性良好的交通工具［2］。而輕金屬材料鋁和鎂具有低密度、低能耗、可回收性好、比強度高等優點，其應用領域正從簡單殼體汽車零件逐步延伸到承載的復雜結構零件，從而在汽車輕量化過程中扮演了重要角色。

在四十余載發展過程中，東風汽車公司不斷為用戶提供了各種經濟舒適的汽車產品：其商用車始終以燃油經濟性、較高的載質量利用系數著稱；而新興的乘用車產品同樣以品質及經濟性滿足用戶需求。“汽車輕量化，提高產品經濟性”始終是東風汽車追求的目標之一。正是如此，輕質金屬鋁和鎂新材料在東風汽車上的大量應用發揮了重要作用。

1 鋁和鎂在東風汽車上的應用

1.1 鋁合金的應用

鋁合金在東風商用車早期產品中的應用僅局限于活塞、簡單殼體零件（如制動閥、端蓋等）及管類零件，且以鑄造鋁合金用材為主，總體用量不足20 kg。進入21世紀后，隨著重、中、輕型商用車產品的快速更新和發展，東風不斷汲取國外先進制造技術和用材理念，鋁合金材料在商用車上的應用范圍不斷擴大，其應用領域從最初的簡單零件向復雜結構零件過渡，在汽車動力總成部件、車身部件、底盤部件中大量應用，鋁合金材料從單一的鑄造鋁合金擴展到變形鋁合金等多元化用材。其中主要應用的鑄造鋁合金材料有ZL101、ZL106、AS10G、YL112、ADC12、AS9U3、A380等，所應用的變形鋁合金材料有5A03、5052、2A11、3003、6061等牌號。目前在東風商用車上應用的主要鋁合金零件如表1所示。其中尤以新動力dCi11發動機（見圖1）所應用的鋁合金件為典型代表，其鋁合金應用達到國外同類產品先進水平［3］。圖2為近年開發應用的其他鋁合金商用車零件。使用鍛造鋁合金車輪的高端東風天龍重型商用車，鋁合金用量達到360 kg以上，可與國外品牌媲美。同時東風輕型商用車除康明斯動力系統應用鋁合金零部件外，近年來開發應用了鋁合金車廂、全鋁變速箱箱體、鋁合金擋泥板支架、備胎架等零部件（如圖3所示），使整車重量減輕165 kg。

在東風品牌乘用車方面，自首輛合資品牌的神龍富康乘用車誕生之際，鋁合金材料應用就隨著車型的引入而步入批量應用階段。目前在合資品牌中，東風標致雪鐵龍、東風日產、東風本田、東風悅達起亞乘用車各車型鋁合金用材水平基本實現與國外同類車型同步。而東風新事業自主品牌乘用車更是以輕金屬應用高起點走入市場，旗下車型在發動機系、傳動系、底盤行走系、車身系等總成部件中廣泛采用鑄造鋁合金及變形鋁合金材料，其零件成形工藝有鋁合金金屬型重力鑄造、高壓壓鑄、旋壓、沖壓、焊接等多種工藝。表2列出上述東風品牌乘用車所應用的主要鋁合金零件及重量。圖4為東風旗下乘用車品牌典型鋁合金零件。東風旗下的乘用車整車鋁合金用量平均已超過100 kg，鑄造鋁合金零件以Al-Si系材料為主，旋壓、沖壓成形零件采用了5000系、2000系變形鋁合金材料。

1.2 鎂合金的應用

東風汽車公司從“九五”時期開始涉入鎂合金材料應用領域，經過鎂合金初期探索應用階段、快速發展應用階段，現進入理性開發應用時期。截止目前已開發應用鎂合金助力器隔板、踏步、氣閥體、轉向柱支架、氣缸蓋罩、變速箱上蓋、前端齒輪室等15種鎂合金商用車零件以及鎂合金方向盤芯骨、平衡桿、氣室罩蓋、油底殼等5種乘用車零件（見表3），其用材主要為AZ91D、AM60B、AM50、AZ31及AZ91DRE鎂合金，主要成形工藝有壓鑄、金屬型重力鑄造、精密鑄造等。如圖5所示，在所開發的鎂合金部品中單品最重鎂件為金屬型重力鑄造EQ6102進氣歧管（4.5 kg）；在商用車應用量最大的鎂件為壓鑄153系列車身踏步（16萬余件/年）；當前大批量應用的商用車鎂合金件為新動力系統EQ4H的氣缸蓋罩（2.2 kg，3萬件/年）。在乘用車上應用量最大的鎂合金件為方向盤芯骨（560~720 g，45萬件/年）。

2 存在的差距

盡管東風汽車在鋁和鎂輕質金屬材料的應用領域里取得了長足進步，但面對愈來愈嚴格的國家排放法規要求和低碳環保的政策導向，甚至還有在激烈市場競爭背景下用戶對節油、高效運輸的汽車產品的迫切需求，東風汽車的輕量化工作仍很艱巨。同時和國外同類汽車產品的對比中，輕質金屬材料鋁和鎂的應用還存在一定的差距，其主要表現在以下兩個方面：

1）在東風低端經濟車型中輕質金屬材料單車用量較少、占整車重量比例較低。

2009年北美和日本輕型商用車單車用鋁量分別達到了148 kg和115 kg，約占整車總重的8%～10%；而中低端東風輕型商用車單車平均用鋁量約60 kg，約占整車總質量的3.5%。圖6為北美輕型車2010~2015年單車鋁合金平均用量趨勢［4］。受輕質金屬材料價格成本因素制約，東風輕型商用車的輕金屬用量總和預計仍徘徊在100 kg左右。同樣在普通東風重型商用車中，單車輕質金屬用量約為160 kg（以DFL1311A為例），約占整車總重量的1.33%。與VOLVO FE牽引車對比，東風重型商用車整車自重還有很大的改善空間［5］。而在東風旗下的低端乘用車車型中，鋁和鎂用量僅為國外20世紀90年代水平，單車用量約為60～90 kg［6］。

2）在東風中高端車型中，鋁和鎂材料的應用受車型模式制約而影響創新；輕質金屬材料在特種商用車（箱式列車、固體顆粒運輸車）、客車的車廂和罐體等零部件上的應用還處于空白。

東風自主品牌乘用車和高端商用車的輕量化工作尚處于向國外品牌的學習階段，因此其輕質金屬零件設計與應用還有很多工作要做。此外，出于國內汽車價格競爭因素影響，諸如儀表板、座椅骨架等大型鎂合金件在東風車上的應用仍需時日。而在箱式列車、固體顆粒運輸車（要求有較高的載質量利用系數）等特種商用車上，與國外產品差距較大，圖7為國外特種商用車鋁合金車廂及鋁合金罐體，目前東風尚無類似產品。東風客車產品中輕質金屬車體框架尚處于研發階段，而國外及國內部分高端客車已完成了輕質車體框架的開發與批量應用。

3 未來開發應用

在未來的東風商用車產品中，以提高載質量利用系數為目標的輕質鋁合金零部件開發應用工作將在特種商用車、客車上展開。東風新型客車將采用2000系、5000系、6000系各類鋁合金擠壓型材、板材，在保證安全、舒適的前提下，極大地降低自重，為長途客運提供經濟高效的交通運輸產品。而特種商用車將根據客戶需求采用5000系、6000系鋁合金生產車廂體框架和罐體、鍛造鋁合金車輪，從而有效提高裝載質量。而在輕型商用車高端產品中開發應用鋁合金變截面車架（見圖8），設計和開發出與國外同類的輕量化產品以適應國外用戶的需求。對于東風乘用車產品尤其是在自主品牌產品中將進一步提高鋁合金零部件的應用水平，在未來新車型中推廣鋁合金缸體、車輪、鍛造和真空壓鑄承載結構零件、鋁合金發動機艙蓋板等零部件的應用。此外，東風將開展半固態鋁合金和泡沫鋁合金等新材料在汽車零部件上應用研究工作。

受鎂合金價格波動及現有鎂合金材料性能（如疲勞性能、高速沖擊性能及高溫蠕變）制約，該材料在東風商用車上的應用仍集中于殼體類零件，但在未來，發展趨勢會越來越向大型零件過渡（如柴油發動機氣缸罩蓋、駕駛員座椅骨架、客車方向盤芯骨等）。未來鎂合金在東風乘用車上的應用重心在于拓展鎂合金零件的應用比例，其中對于鎂合金儀表板、轉向柱及其支架、發動機進氣歧管、座椅總成、車門內飾板、變速箱體等零件進行重點開發應用。同時，東風將開展鎂合金板材及型材在汽車車身零部件上的應用研究。

4 結束語

隨著國際油價的不斷攀升、我國石油資源日趨緊張以及國家低碳綠色政策宣傳力度的加強，無疑會加快我國汽車輕量化的進程。擴大輕金屬材料鋁和鎂在汽車上的應用正成為國內各汽車制造企業未來5年的發展方向。東風汽車公司同樣在為客戶提供更高效、更安全、更節能環保的汽車產品而努力，在未來的產品中輕金屬鋁和鎂材料的應用水平將逐步與國際先進汽車產品同步，并借助我國鎂及鋁資源優勢實現創新應用。

參考文獻：

［1］ 中國經濟網.2010年中國汽車工業數據發布［EB］.

［2］ 葉愛鳳，徐彪. 東風商用車輕量化開發［J］.汽車工藝與材料，2010（2）.

［3］ 褚東寧.東風公司商用車輕量化材料的應用［J］.汽車工藝與材料，2007（7）.

［4］ Sujit Das. Light-weighting Opportunities in the Global Automotive Industry［C］.2011 International Automotive Lightweight Materials Development Forum.

［5］ 馮美斌.我國商用車輕量化技術現狀及發展動向［J］.汽車工藝與材料，2009（2）.

［6］ 馮美斌.汽車輕量化技術中新材料的發展及應用［J］.汽車工程，2006（3）.