鋁合金材質在汽車輕量化中的應用及其成形技術探析

尚雪梅 任曉莉 韓海燕 康彥青

(西安交通大學城市學院，陜西 西安 710018)

0 前言

節能減排和降低能耗是汽車工業發展中亟待解決的重大課題。汽車輕量化是提高汽車的燃油經濟性和節約能耗的重要手段之一。同時，汽車輕量化也是實現汽車環保和安全的重要途徑。汽車輕量化除了其結構及零部件設計的優化外，另一重要方面是汽車自身重量的減小，可考慮使用輕質材料來代替目前使用最多的鋼鐵材料。其中，運用最多的是鋁合金和鎂合金。前者具有密度低、比強度高、導電導熱性好、耐腐蝕性強、塑性和加工性能好等一系列優點，在汽車輕量化方面具有其他輕量化材料無可比擬的優越性。近年來汽車工業中鋁合金材質的應用大幅增加，鋼材的占有量繼續下降 ，隨著材料科學的進一步發展，鋁合金材質成形技術的進步，鋁合金在汽車零部件生產中所占的比重會越來越大。

1 鋁合金材質在汽車輕量化中的應用

目前我國無論是載貨汽車還是轎車及微型客車的需求都在逐漸增大，對于節能減排的要求也越來越強烈。鋁合金因為其低密度、好加工、可回收等一系列優點成為汽車使用材料的首選。目前汽車工業中使用的鋁合金材質的種類很多，主要有Al—Si系、Al—Cu系、A1～Mg系、A1-Zn系、A1-Li系、Al—Re系等。實際生產中根據使用環境、零部件結構以及工作條件等多選用鑄造鋁合金。比如Zl101A是在ZL101中添加元素Ti，細化晶粒，增強機械性能。其綜合性能高于Zl101、ZL102，并有較好的抗蝕性能，主要用于汽車缸體、缸蓋、輪轂等零件的制造。而ZL108由于含Si量較高，加入Mg、Cu、Mn，使材料耐磨性好，強度高，并具有較好的耐腐蝕性能，主要用在發動機活塞及其它要求耐磨的零件上。

由于汽車沖壓成形件大多形狀復雜，外形輪廓尺寸大，并且還往往兼有拉延、翻邊、彎曲等多道工序。在成形過程中板料上的應力應變狀態很復雜，對尺寸精度和外觀質量要求較高，因此變形鋁合金在汽車中的應用也較多。變形鋁合金的機械性能優良，有相當于碳鋼的強度。

2 汽車用鋁合金零件成形工藝的探討

2．1 鑄造成形

鑄造是目前汽車用鋁合金生產的主要成形方式，80%的汽車用鋁合金都采用這種方式生產。鑄造成形有低壓鑄造、精密鑄造、重力鑄造、消失模鑄造、壓鑄及擠壓鑄造等。尤其采用壓鑄法生產的鋁合金零件，產品質量穩定，成品率高，尺寸精度高，很適合于大批量生產。

2．2 壓力加工成形

壓力加工成形可以在鍛錘、曲柄壓力機、液壓機、頂鍛機及擴孔機等各種鍛造設備上加工。采用壓力加工成形的鋁合金汽車零件有車頂蓬、發動機罩、車門、行李箱蓋、車身骨架及覆蓋件、地板、發動機散熱器、機油散熱器、車輪、冷凝器和蒸發器、座椅、保險杠以及車廂底板等。成形工藝可采用沖壓、擠壓、鍛造、軋制等。

2．3 半固態成形技術

鋁合金半固態成形技術是一種先進成形技術，該工藝可以制造近終形制品。在成形前鋁合金已是固液兩相共存，這種形態易于均質變形，且半固態漿料可以在填充時不發生紊流而平穩充滿型腔。同時半固態金屬坯料的初生相為球狀，使其變形抗力顯著下降，得到的鑄件的加工性能和內在質量都優于常規鑄件。半固態成形是介乎鑄造和鍛造之間的一種工藝過程，主要有兩種工藝：一種是將半固態金屬漿料在某一溫度條件下直接進行半固態加工，即流變成形；另一種是將半固態漿料冷卻，使其凝固成坯料后，根據產品尺寸下料，再重新加熱使其呈現半固態，然后進行成形加工，即觸變成形。半固態金屬成形能消除縮孔，減少凝固收縮，提高零部件尺寸精度和力學性能，延長模具使用壽命。目前，半固態成形技術正逐漸受到汽車制造廠商以及零部件配套生產廠商的重視。

2．4 擠壓鑄造

擠壓鑄造也是一種先進的鑄造成形技術，又被稱為液態金屬模鍛。它是一種少或無切削加工的新工藝．具有節能、高效、短流程、高精度等特點。與傳統鑄造方法相比，擠壓鑄造所獲得的鑄件內部致密、幾乎無縮孔、縮松、氣孔等缺陷，組織以細小的等軸晶為主，其機械性能優良，適合進一步的熱處理提高其力學性能。鑄件尺寸精度高、表面輪廓清晰，可較大幅度地減少機械加工。此外，該成形方法的的生產率高，無需澆注系統，可大量節約材料和能源消耗，是一種典型的節能減排型加工制造技術。目前，擠壓鑄造在國內外都受到了普遍重視，對其所做的科學研究較多，其應用也越來越廣泛。

3 結束語

針對目前汽車輕量化技術的迅猛要求，結合現代鋁合金成形技術的發展，探討了高強度、高性能、輕量化汽車用材料以及鋁、鎂、鈦合金在現代汽車的輕量化中的應用。隨著汽車市場的發展，我國必須具有自主開發鋁合金原材料和先進成形技術的能力，才能提高我國汽車工業的競爭力。同時，擴大鋁合金在汽車工業中的應用，除了研究鋁合金材料的生產外，還應加強鋁合金材料成形技術的研究。

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