汽車鋁合金開發與應用

汪文芳，孫成武

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汽車鋁合金開發與應用

汪文芳，孫成武

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介紹了鋁合金輕量化技術的國際國內現狀及發展趨勢，為了滿足最新的油耗限值指標，在不降低關鍵性能的前提下，鋁合金技術的開發越來越多的應用在汽車各類零部件上。文章重點介紹了鋁合金在發蓋、頂蓋、防護及貨廂上的應用成果，推動了企業鋁合金技術在汽車上的發展成熟。

鋁合金；輕量化；汽車

引言

隨著汽車產業的快速發展，各國對汽車節能、安全、環保等要求不斷提升，輕量化技術、材料、工藝的研究和開發已經成為世界各大汽車生產廠家提高競爭能力的關鍵之一。

鋁合金作為關鍵的輕量化材料，其密度僅為鋼的1/3，被各大汽車企業用于替換原有的鋼制件。在不降低零部件性能的前提下，鋁合金替代傳統鋼制零部件可以實現約30%以上的減重。根據汽車咨詢機構Duckers調查，北美、歐盟、日本單車用鋁分別高出中國47%、24%、15%，且持續增長。隨著鋁合金制造技術的發展、鋁合金板性能的提升，鋁合金在國外汽車實現成熟應用，如奧迪R8以及捷豹路虎等車型采用全鋁車身。目前，國內自主品牌汽車企業展開鋁合金的應用開發工作，其中上汽榮威950車型的發動機蓋采用鋁合金，長城、吉利等車企將在下一代車型上應用鋁合金。

1 汽車市場分析

相關預測，2020年前國內乘用車復合增速為7%，在結構件領域運用鋁合金材料的帶動下，歐美單車用鋁維持增長，預計國內單車用鋁在2020年趨近于歐美，即在178kg左右，鋁鑄件價格不變，即維持在3.5萬—4萬元/噸。2014年國內傳統汽車鋁件市場空間約607億元，保守估計到2020年國內汽車鋁件市場空間可達1622億元。此外，微型電動車用鋁將由2014年的3億元增長至2020年的268億元。綜合來看，2020年國內汽車用鋁的市場規模將由610億元增長至1899億元。根據國內汽車行業交流，國內各大汽車企業已經啟動鋁合金的應用研究。

1.1 消費特征(需求)分析

汽車輕量化的主要目標是保證汽車的碰撞安全性及舒適性的前提下減輕汽車自重。國內外很多研究機構對減輕汽車自重與降低油耗之間的關系做了大量的研究。研究表明，對于轎車，每減重10%油耗可以降低；對于16-20t的載貨汽車，每減少本身重量1000kg，則可降低油耗6%左右。鋁合金作為關鍵的輕量化材料，可實現30%以上的減重，在國外汽車行業內已經成熟應用，并取得了市場的認可。

隨著汽車市場的不斷擴大，汽車競爭日益激烈，用戶越來越關注汽車的節能、安全等性能。為滿足市場用戶的需求，提升公司產品的市場競爭力，要求我們開展鋁合金的開發與運用技術研究工作。

1.2 主要企業分析

1.2.1 吉利汽車

吉利汽車已開始啟動鋁合金應用的技術研究工作。目前，已完成鋁合金發動機蓋設計開發研究工作，同時開始微型新能源全鋁車身研發設計工作。

1.2.2 長安汽車

長安汽車于2014年完成承接中國汽車輕量化聯盟形變鋁合金應用技術的研究項目，完成鋁合金發動機蓋的研制，并應用到逸動混合動力車型上，實現減重7.92kg，減重率為42%。

1.2.3 五十鈴汽車

日本作為一個最為注重節能的國家之一，其五十鈴汽車作為商用車的代表，對整車降重極其注重。除氣缸體、氣缸蓋、離合器殼、車輪盤、進氣管和變速器殼等鑄造鋁合金件的使用外，還在貨箱和防護欄等較大尺寸零部件上使用鋁合金型材，從而有效降低整車重量。五十鈴700P輕卡運用全鋁廂式貨廂，比同尺寸鋼質貨廂減重50%—60%，鋁合金擠壓型材后防護欄減重40%。由此可見，鋁合金在汽車上的應用對五十鈴汽車節能減排意義舉足輕重。

1.2.4 福田汽車

國內汽車對輕質高強度材料的運用尚處于初期階段，大尺寸型材鋁合金的運用鮮有涉獵，然而福田汽車卻已經嘗試在前下防護和后防護欄與遼寧忠旺鋁業展開合作。對原鋼質防護欄進行有限元模擬，通過結構優化，可實現重量降低50%以上。

2 技術定位

鋁合金在國外汽車行業已經成熟運用，在國內汽車行業處于應用研究的初期階段。由于鋁合金本身存在延伸率低、屈強比大、塑性應變比小等常溫成形性問題以及鋁合金零部件抗凹性差、表面質量差、回彈大等成形精度問題（如下圖一所示），價格是鋼板的4倍以上，國內鋁板無法達到汽車板的成型要求，鋁合金在國內暫無規模化的應用。

圖1 鋁合金板的成形難點

因此，鋁合金開發與運用技術處在國內的領先水平。

3 技術開發

3.1.1鋁合金發蓋、頂蓋開發與運用

1）完成了某電動車型鋁合金發動機蓋內外板、頂蓋的性能指標設定、方案設計、數據設計、試驗大綱編制及試驗驗證；

2）建立了鋁合金覆蓋件設計規范，形成鋁合金覆蓋件設計能力；

3）在不降低性能的前提下，鋁合金覆蓋件替換傳統鋼制覆蓋件，實現減重率≥40%，成本增加≤150%。

3.1.2鋁合金前下防護開發與運用

1）完成重卡新一代鋁合金前下防護的性能指標設定、方案設計、數據設計、試驗大綱編制及試驗驗證；

2）建立鋁合金前下防護設計規范，形成鋁合金前下防護設計能力；

3）在不降低性能的前提下，鋁合金前下防護替換傳統鋼制前下防護，實現減重率≥50%，成本增加≤50%。

3.1.3 鋁合金后防護開發與運用

1）完成了某車型鋁合金后防護的性能指標設定、方案設計、數據設計、試驗大綱編制及試驗驗證；

2）建立了鋁合金后防護設計規范，形成鋁合金后防護設計能力；

3）在不降低性能的前提下，鋁合金后防護替換傳統鋼制后防護，實現減重率≥50%，成本增加≤30%。

3.1.4 鋁合金貨箱開發與運用

1）完成了某車型合金貨箱的性能指標設定、方案設計、數據設計、試驗大綱編制及試驗驗證；

2）建立了鋁合金貨箱設計規范，形成鋁合金貨箱設計能力；

3）在不降低性能的前提下，鋁合金貨箱替換傳統鋼制貨箱，實現減重率≥30%，成本增加≤110%。

4 總結

國外汽車行業已經成熟運用鋁合金材料，國內汽車行業也開啟了鋁合金材料的應用技術研究工作，且部分自主品牌汽車企業將在其下一代車型中應用鋁合金材料。國內鋁板廠家也在積極開發汽車用鋁板，助力鋁合金材料的汽車應用。

Development and application of automobile aluminum alloy

Wang Wenfang, Sun Chengwu

（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

This article introduced the current situation and development trend of aluminum alloy lightweight technology in china and abroad. In order to meet the latest fuel consumption limit index, the development of aluminum alloy technology is more and more applied to various parts of automobiles without reducing the key performance. The application results of aluminum alloy on hood, top cover, protection and cargo compartment are emphatically introduced, which promotes the development and maturity of aluminum alloy technology in automobiles.

Aluminium alloy; Lightweight; Automobile

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1671-7988(2018)18-258-02

U445

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1671-7988(2018)18-258-02

CLC NO.: U445

汪文芳，女，(1983-），湖北省襄陽市人，2010年7月1日畢業于武漢理工大學、工學碩士學位、工程師、目前在安徽江淮汽車技術中心工作，崗位項目管理主管，研究方向是項目管理。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.090