淺述鋁合金零部件對汽車輕量化的影響

韋增磊

（安偉特機電設備（煙臺）有限公司，山東 煙臺 264000）

1 概述

目前，據公安部統計，截至2021年3月，全國機動車保有量達3.78億輛，其中汽車2.87億輛，在國民經濟不斷發展、產業結構政策引導、居民收入增加和消費結構升級等因素拉動下，我國汽車產業在未來幾年內仍將保持10%～15%的增長態勢，自汽車快速發展以來，汽車已經成為我們生活中不可缺少的一部分。當然，隨著汽車的增多，它在給我們生活帶來便利的同時，也產生了對應的社會問題以及環境問題。比如，汽車尾氣排放污染，尾氣中所含的一氧化碳、二氧化碳等溫室氣體，是造成全球氣候變暖的一個重要因素，尾氣中所含有的碳氫化物、氮氧化合物、鉛化合物及顆粒物擴散到空氣中會造成空氣污染，直接影響人的身體健康。因此，汽車節能減排、降低尾氣排放，是低碳時代汽車技術的未來主要發展方向。

2 汽車輕量化的必要性

由于環境保護和節能減排的需要，汽車的輕量化已經成為世界汽車產業發展的主要潮流。汽車的輕量化，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質量。有關試驗數據研究表明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%。汽車整車重量每減少100kg，百公里油耗可降低0.3～0.6L，二氧化碳排放可減少約5g/km，二氧化碳排放的減少，對經濟的可持續發展起了重要作用。

汽車輕量化可以通過減輕車輛的重量來減少汽車的慣性，使汽車的運動狀態更容易操縱改變，進而提升汽車的加速和制動性能，提高汽車行駛的平穩性，改進乘客乘坐的舒適性。近幾年，隨著新能源車技術的進步和發展，新能源電動汽車越來越多，根據有關實驗數據，電動汽車整車重量若降低10kg，續駛里程可增加2.5km。新能源汽車的能耗會隨著質量的減輕而減少，可以在一定程度上達到節省電力、燃料等的結果。

3 鋁合金零部件優勢

3.1 鋁合金材料特性

鋁的資源豐富，容易獲得，價格合理，密度小，質量輕，鋁的密度約為鋼的1/3，是應用最廣泛的輕量化材料，鋁合金是材料工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車制造、化學等工業中已大量應用。鋁合金塑性好，可加工成各種型材，具有優良的導熱性和抗蝕性，在工業上使用越來越廣泛。

鋁及鋁合金很適合作金屬基復合材料的基體，易與增強材料復合和進行第二次加工，這也是鋁基復合材料得到快速發展的主要原因。

3.2 鋁合金零部件在汽車產業中的產值

鋁合金汽車零部件產業是汽車工業的基礎和重要組成部分，隨著汽車保有量越來越多，零部件產值比重不斷提升，現在其產值占整個汽車總產值的70%以上，根據經濟發展速度預測，其產值未來還會快速提高，趨勢如圖1所示（數據參考中國鑄造協會）。

圖1 鋁合金零部件總產值趨勢

3.3 鋁合金零部件特點

鋁合金汽車零部件回收再利用率高，因為鋁合金熔點低，所以便于回爐熔煉回收，目前，鋁合金的回收率在90%左右，根據其能耗對比，再生鋁合金的能耗只有電解鋁的3%～5%，因此，在生產制造環節可以節約大量的工業能耗。

根據鋁合金材料特性，運用鑄造新工藝和沖壓新技術，鋁合金零部件減少了汽車的整體框架焊點，只有25%左右的部件需要點焊連接，因而可大幅度提高汽車的裝配效率，且鋁合金材料無須防銹處理，提高生產效率。

4 鋁合金零部件在汽車配件中的主要應用

4.1 汽車底盤

汽車底盤的輕量化對整車的性能起著舉足輕重的作用，影響著汽車的操作穩定性和乘坐的舒適性。汽車底盤包括轉向系統、懸架系統、制動系統和行駛系統，底盤輕量化性價比突出，對底盤實施輕量化，在油耗、操控等方面的收益遠超同等程度其他零部件的輕量化。

4.2 汽車車身

對于汽車來說，輕量化的全鋁合金車體可以展現出汽車更出色的操控性能。一般來說，在動力不變的情況下，越輕的車提速越快，也更有運動感，在彎道轉彎時，汽車的側傾也會減弱。而在同等強度下，越輕的車安全性越高，車身越重，慣性越強，出現事故后所承擔的撞擊力度就會越大，事故的后果就越嚴重。

4.3 發動機活塞

在活塞的制作材料上，現代的內燃機很多都是用的鋁合金活塞。發動機活塞采用鋁合金材質，是因為鋁合金導熱性好，熱量不容易聚集，鋁合金活塞重量輕，重量較小，其慣性也越小，鋁質活塞的這種特點十分有利于減少熱應力，延緩機油變質有利。為了使活塞有足夠的強度和剛度，活塞材料普遍采用硅鋁合金，目前，鋁活塞很多都是使用含硅12%左右的共晶鋁硅合金制造，并加入銅和鎳，以保證活塞的熱穩定性和高溫下的機械性能。

4.4 發動機殼體

鋁合金材料已經滲透到動力總成中的各個方面，如發動機缸體、缸蓋、油底殼等，鋁合金材質的缸體是近年逐漸流行起來，鋁合金的缸體用途越來越廣泛，鋁合金缸體輕巧，導熱性較好，冷卻液的容量可增加，鋁合金的傳熱速度要高于鑄鐵，因此，鋁合金材質的缸體散熱更快，但是，鋁合金缸體耐磨性不足，需要安裝缸套來提高發動機使用壽命，所以鋁合金缸體一般使用在小型車輛上。

4.5 鋁合金輪轂

鋁合金輪轂，在現在家用小型汽車中被越來越多地使用，與鋼質汽車輪轂相比，鋁合金輪轂的優點比較明顯，其密度小，約為鋼的1/3，這意味著采用相同體積的鋁合金輪轂將比鋼質輪轂輕2/3，鋁輪轂散熱效果好，從而增強了制動性能，提高了輪胎和制動碟的使用壽命，有效保障了汽車的安全行駛。鋁合金輪轂易于加工制作成型，并且經過耐腐蝕處理以及涂裝著色后的鋁合金輪轂色澤多樣、精致美觀。

5 鋁合金零部件發展中遇到的問題及策略

5.1 鋁合金零部件在汽車輕量化發展中遇到的問題

近年來，隨著汽車輕量化產業的創新與進步，鋁合金零部件不斷推動汽車輕量化產業向前發展，鋁合金零部件產業也得到了很大的發展，但是，在發展的過程中，也遇到了一些問題：

（1）近幾年來我國汽車鋁合金零部件制造業，雖然有所發展，但散、亂、差的局面尚未得到有效解決，整體產業規模小且分散，未形成強大的產業集群，缺乏統一管理和協調，缺少符合環保和節能要求的強制性法規和標準。（2）我國規模性較大的汽車產業大多數靠中外合資建設，自主品牌還沒有真正做大做強，汽車零部件，特別是鋁合金輕量化零部件引進的多，國產開發創新的少，形成了長期跟著別人走、總體落后的局面。（3）行業之間缺乏強大的組織協調和有效的溝通，未能形成像福特汽車與美鋁公司，奧迪汽車與海德魯鋁業那樣的緊密合作關系，雖然在2003年成立了“汽車輕量化技術創新戰略聯盟”，但有效職能還沒有充分發揮出來。

5.2 鋁合金零部件產業發展的建議

未來，為促進鋁合金零部件產業持續高效發展，加快汽車輕量化進程，可以采取以下建議和措施：（1）加強政府統一管理與行業組織的有效協調，采取必要的行政手段，加強經濟調控措施和政府資金支持政策，成立專門機構，推進汽車輕量化產業快速發展，為我國汽車行業的環境保護、節能減排，尤其是新能源汽車的開發和推廣創造有利條件。（2）堅持走專業化集中生產的道路，利用國內現有工業鋁和汽車鋁合金零部件生產平臺，建立具有國際影響的規模化的汽車鋁合金輕量化產業，合理利用和調配有限的資源，發展鋁合金先進技術、新材料和新工藝技術，這是世界汽車產業發達國家發展鋁合金輕量化的成功道路，也應該是我國汽車輕量化產業發展的有效途徑。（3）政府建立汽車行業節能減排和環境保護與輕量化產業的杠桿調控機制，制定汽車產業輕量化發展的行業標準和法律法規，推行零部件產品系列化、標準化和通用化，力求使政策法規與行業標準統一規劃，有效實施。（4）積極開展國際合作，引進汽車輕量化新產品、新材料、新技術和新工藝，并在此基礎上消化、吸收和再創新，不斷提高汽車鋁合金和輕量化技術水平，以滿足現代汽車工業的發展需要。