铝合金型材在交通中轻量化应用现状(上)

【中国铝管交易网】讯，汽车轻量化成为行业发展的主题，铝合金具有质轻、比强度高、

耐腐蚀性能好等优点，是实现汽车轻量化优秀的材料。本文结合了实际调查数据，介绍了铝合金汽车轻量化的效果、铝型材的特点及其在汽车轻量化领域中的应用，同时还指出了阻碍铝合金广泛使用的瓶颈。

节能降耗、减少排放、提高安全性能成为汽车行业发展方向，汽车轻量化技术是解决节能环保的重要措施。可通过结构优化设计、轻量化材料应用及多种制造技术集成应用而实现产品轻量化。铝合金由于其密度小、成型性好、吸能效果好及耐腐蚀性能好等原因被广泛应用于轻量化汽车中。据记载，汽车制造企业于16年开始使用铝合金制作曲轴箱[1]，发展到现在，铝合金已使用到汽车各部位，如发动及缸体、仪表台及发动机支架、铝合金车轮、悬挂系统零件、保险杠防撞梁及吸能盒、车门及热交换器等，甚至是全铝车身。现在国际上已有不少全铝合金车身车型在售，包括Honda的超级跑车NSX，Audi的A2、A8、R8以及Jaguar XJ。其中Jaguar XJ是铝合金技术轻量化技术发挥到极致的车型，不仅车身重量大幅度下降，而且车身零件总数从51个降至2761个，车身刚性提高了48%。据资料所示，铝合金在汽车的使用量逐渐增加，从1990年平均50kg/车，发展到现在已达平均150kg/车以上。

2 铝型材特点及其应用 2.1 铝型材特点

挤压是铝合金重要的成型方法，铝合金挤压成型是一种热加工成型方法，并且在整个生产过程中，铝合金均处于三向压应力状态下成型。整个生产过程可这样描述：首先，把铝及其他合金熔炼铸造成所需要的铝合金铸棒;然后，把预热后的铸棒放进挤压设备内进行挤压，铝合金坯料在主缸挤压作用下，通过模具的型腔成为所需的型材;最后，为了提高铝型材的力学性能，在挤压过程或挤压后进行固溶处理，随后在进行时效处理。时效处理后的力学能能根据不同的成分及时效制度各异，表1为汽车用挤压铝型材与普碳钢的性能对比。

表1 汽车用挤压铝型材与普碳钢的性能对比

项目 抗拉强度σb /MPa 屈服强度σ0.2 /MPa 延伸率δ/% 硬度HB 密度g/cm3 挤压铝型材 310-572 260-503 普碳钢 370-660 230-350 8-30 90-150 2.7 <20 100-160 7.8 弹性模量E/105MPa 0.7 2-2.1

铝合金挤压产品较其他成型方式，具备以下的特点：(1)在挤压过程中，被挤压金属在变形区内获得比轧制、锻造更为强烈和均匀的三向压缩应力状态，因此挤压可充分发挥被加工金属的塑性，可用于加工轧制锻造无法加工的难变形金属，同时可用于制作各种空心或实心的复杂截面构件;(2)由于铝型材几何截面可变，因而其构件的刚度高，可提高车身的刚性、降低其NVH特性、提高车辆动态控制特性;(3)由于铝型材截面可控制，可提高构件的功能集成程度，降低构件数量，同时通过截面匹配还可实现焊接精确定位;(4)具有挤压效益的产品，在淬火时效后，纵向强度性能(Rm，Rp0.2)，远比其他方法加工的同类产品要高;(5)挤压后产品表面色泽好，耐腐蚀性能好，不需要做其他防腐性的表面处理;(6)挤压加工灵活性大，工装模具成本低，设计变更费用低。 2.2 汽车用挤压铝型材应用实例

汽车用铝合金型材应用有：保险杠防撞梁、吸能盒、车门防撞梁、仪表盘支架、前围、车架主梁、散热器及其支架、、滑动轨元件、热交换器的橡胶管接头等截面一致且形状复杂的构件。

现在汽车防撞梁一般使用钢质板件、钢质滚压件以及铝合金挤压型材，由于铝合金吸能效果好，广泛应用于合资品牌车型的保险杠防撞梁总成，国内自主品牌车型局限于成本及其他原因，使用较少。湖南大学专家[2,3]对铝合金防撞梁总成做了相关的研究，研究表明：使用铝质防撞梁后较原钢质防撞梁质量减轻了25%，具有较高的抗弯曲强度，低速碰撞试验条件下，铝合金前防撞梁较钢质件系统吸能效果提高45%。图1(a)为保险杠防撞梁总成。 使用铝型材较多的车身结构是，组合车架式结构。主要是车架主梁，前围等部分，Audi A8铝型材件使用占车身铝合金比例的22%，A2车身约铝型材使用比例16%[4]。广东豪美铝业股份有限公司致力于汽车轻量化产品开发，现已做了前期的研发工作，图1(b)是广东豪美铝业股份有限公司制作的全铝车身。

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