汽車輕量化以及鋁鎂合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

孫子龍

（賽科工業(yè)科技開發(fā)〈武漢〉有限公司，湖北 武漢430056）

0 引言

在世界能源危機(jī)不斷加劇， 可再生資源開發(fā)利用受限的情況下，作為人類社會(huì)進(jìn)步的支柱產(chǎn)業(yè)——汽車工業(yè)發(fā)展正面臨著三大問題：節(jié)能、環(huán)保和安全，而汽車輕量化則是節(jié)能和減排的重要方法和途徑。

在整個(gè)車體中汽車車身是汽車重量最大的部件，約占汽車總重量的30%。 所以汽車輕量化主要是汽車車身的輕量化，汽車車身輕量化則又是汽車材料的輕量化。這樣，作為汽車輕量化材料的鋁鎂合金，近年在汽車制造領(lǐng)域得到了很大的發(fā)展及應(yīng)用。

1 鋁鎂合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

鋁鎂合金件，因質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗裂性和成型性好在轎車上的應(yīng)用比重不斷上升，2000 系（AI-Cu-Mg 系）、5000 系（AI-Mg 系）、6000系（AI-Mg-Si 系）和7000 系（AI-Mg-Zn-Cu 系）等合金板材，能夠很好的滿足汽車對(duì)殼體的要求，均可用作車身框架材料。 如：Audi A8 的車身使用了6000 系鋁合金板材，全新捷豹XJ 車身框架更是使用了全鎂合金板材。

汽車工業(yè)中，按功能/子系統(tǒng)劃分，可以使用鋁鎂合金的有：

懸吊系統(tǒng)總成——車輪，備用輪胎，控制臂(2 個(gè)，后方)，控制臂(2個(gè)，前方)，引擎架，后方支架

內(nèi)裝總成——儀表板、橫梁，儀表板支架，椅背椅座，氣囊零件

方向盤總成——方向盤零件

車身總成——保險(xiǎn)桿補(bǔ)強(qiáng)橫梁，鑄造車門內(nèi)襯，鑄造A/B 柱，擋風(fēng)片開關(guān)補(bǔ)強(qiáng)材，行李架，側(cè)鏡

剎車系統(tǒng)總成——ABS 零件，離合器/剎車踏板托架，踏板零件

電氣機(jī)械零件——交流電箱，音響/EEC 零件，雨刷電機(jī)，交流電/AC 托架

動(dòng)力系統(tǒng)總成——傳動(dòng)(閥體、箱、側(cè)蓋、啟動(dòng)器)，傳動(dòng)箱(總重量12kg 的15%)，發(fā)動(dòng)機(jī)組，支撐托架，罩套(油/水泵，機(jī)車馬達(dá))，汽缸蓋，吸氣歧管，引擎支架，油蓋，前蓋

鋁鎂合金按制造工藝可分為變形鋁鎂合金和鑄造鋁鎂合金。

1.1 變形鋁鎂合金的應(yīng)用

變形鋁鎂合金在汽車上多用于車門、行李箱、保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等結(jié)構(gòu)件，以及儀表板等裝飾件。如：通用Smure 轎車保險(xiǎn)杠增強(qiáng)支架用7021 鋁板制造，福特Lincoln Town 轎車保險(xiǎn)杠增強(qiáng)支架用7021 鋁板制造[1]。

1.2 鑄造鋁鎂合金的應(yīng)用

鑄造鋁鎂合金主要用于離合器殼體、閥蓋、變速箱體、曲軸箱、發(fā)動(dòng)機(jī)前蓋、氣缸蓋、空調(diào)機(jī)外殼等殼體類零部件。因鑄造鋁鎂合金在導(dǎo)熱性和抗腐蝕性方面的突出優(yōu)勢(shì)，被廣泛的運(yùn)用于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸套的鑄造。目前國(guó)外很多汽車公司均已采用了全鋁制的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體和氣缸蓋。 如美國(guó)通用汽車、法國(guó)汽車公司、克萊斯勒公司在汽缸套、氣缸體上不同程度的使用了鑄造鋁鎂合金，甚至法國(guó)汽車公司鋁氣缸套已達(dá)100%。[2]

輪轂用鋁鎂合金：

鋁鎂輪轂因?yàn)橘|(zhì)輕、散熱性好，并具有良好的外觀，而逐漸取代了鋼輪轂。 在過去的十幾年，全球鋁鎂合金汽車輪轂以7.6%的年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)， 根據(jù)分析， 到2010 年時(shí)， 汽車輪轂鋁化率可達(dá)72%～78%[3]。A365 是一種鑄造鋁合金， 它具有良好的鑄造性能又具有高的綜合力學(xué)性能，世界各國(guó)的鑄造鋁合金輪轂都是此類合金生產(chǎn)的。 我國(guó)西南鋁加工廠與日本輕金屬株式會(huì)合作開發(fā)了A6061 鋁合金輪轂[4]。

2 鋁鎂合金成型工藝簡(jiǎn)介

鋁鎂合金按制造工藝可分為變形鋁鎂合金和鑄造鋁鎂合金。本文主要介紹鑄造鎂合金的主要工藝過程，簡(jiǎn)要介紹鑄造鋁合金的工藝流程。

2.1 鎂合金鑄造工藝流程[5]

基本工藝流程有：

①將鎂錠原料加入熔化爐，并預(yù)熱到150～300℃

②采用SF6 和N2 做保護(hù)氣體，封閉狀態(tài)下在同一臺(tái)鎂合金熔煉保溫爐內(nèi)完成熔煉和保溫

③將料杯預(yù)熱到400℃以防熱損耗過大，經(jīng)澆注泵將鎂液輸送到壓鑄機(jī)中進(jìn)行澆注

④以7～10m/s 的高速壓鑄機(jī)，在大充型流量和短充型時(shí)間內(nèi)完成壓鑄，以防止鎂液的凝固⑤去除因高速壓鑄造成的澆冒口、飛邊、毛刺等⑥表面耐蝕處理。

2.2 鋁合金鑄造工藝流程

基本工藝流程有：熔化、制芯、澆注、清理、加工五個(gè)工段，分別完成鋁合金熔煉、砂芯、澆注、鑄件清理、定位點(diǎn)加工工作[6]。

3 鋁鎂合金在汽車工業(yè)中的發(fā)展前景

目前,鎂合金的產(chǎn)量只有鋁合金的1%。 鎂合金作為結(jié)構(gòu)應(yīng)用的最大用途是鑄件,其中90%以上是壓鑄件[7]。 限制鎂合金廣泛應(yīng)用的主要問題是,鎂合金在熔煉和加工過程中極容易氧化燃燒,因此,鎂合金的生產(chǎn)難度很大。 鋁合金在成本、制造技術(shù)、機(jī)械性能、可持續(xù)發(fā)展（地殼中鋁含量最多，占8.1%）等方面綜合性能好，因此鋁合金是現(xiàn)在及將來汽車工業(yè)中的首選輕金屬材料。

我國(guó)汽車生產(chǎn)量繼美國(guó)、日本、德國(guó)之后，居世界第四位。 而在汽車鋁化率方面，我國(guó)的技術(shù)還相對(duì)比較落后。 當(dāng)前發(fā)達(dá)國(guó)家汽車上鋁材的使用已達(dá)138kg，鋁化率達(dá)12%，而我國(guó)汽車上鋁材的使用與國(guó)外差距很大，平均用鋁量?jī)H為60kg，鋁化率不到5%[8]。 因此，我國(guó)汽車用鋁合金市場(chǎng)的發(fā)展前景非常廣闊。

［1］劉天湖,孫有松.新材料新工藝在新型汽車開發(fā)中的應(yīng)用[J].金屬成形工藝,2001,1:49-52.

［2］申俊明,等.鋁合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[C]//2008 輕金屬與高強(qiáng)材料焊接國(guó)際論壇.2008.

［3］周潔,白杉.鋁合金輪轂的市場(chǎng)、特點(diǎn)和制造工藝[J].鋁加工,2006,3(168):43-44.

［4］劉世友.鋁在汽車工業(yè)的應(yīng)用前景[J].有色金屬,1999,8:96-97.

［5］李玉青,吳殿杰.汽車輕量化以及鋁鎂鑄件的應(yīng)用[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),2005,4:49-50.

［6］李玉青,吳殿杰.汽車輕量化以及鋁鎂鑄件的應(yīng)用[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),2005,4:49-50.

［7］曾榮昌,柯偉,徐永波,等.Mg 合金的最新進(jìn)展及應(yīng)用前景[J].金屬學(xué)報(bào),2001,37(7):673-685.

［8］馬鳴圖,李志剛,易紅亮,等.汽車輕量化及鋁合金的應(yīng)用[J].世界有色金屬,2006,10:10-14.