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汽车轻量化中铝合金材料的应用

www.91jinshu.com   2020-03-06  长江有色金属网  编辑部
摘要 汽车的轻量化,就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。实验证明,汽车质量降低一半,燃料消耗也会降低将近一半。由于环保和节能的需要,汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。中
 汽车的轻量化,就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。实验证明,汽车质量降低一半,燃料消耗也会降低将近一半。由于环保和节能的需要,汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。


中国轻量化材料市场广阔。一方面,对比国外发达国家,中国的轻量化技术起步晚,平均整车质量更大,以国外的轻量化材料占比作为标杆,中国发展的空间还很大;另一方面,受益于政策的驱动,中国新能源汽车行业的快速发展将带动轻量化的需求,促使车企往轻量化方向前进。


经过测算,中国在未来3年汽车轻量化材料市场规模将逼近5000亿元,其中仅在新能源汽车领域就将拥有350亿元市场规模。目前看,合金是汽车进行轻量化的两大理想材料。对于铝合金和镁合金,《节能与新能源汽车技术路线图》中给出的规划是至2020年单车用量分别达到190kg和15kg。按照铝合金4万元/吨、镁合金10万元/吨的市场价格计算,2020年金属合金的市场空间超过2700亿元,其中新能源汽车领域达到180亿元。


汽车轻量化方式


①汽车主流规格车型持续优化,规格主参数尺寸保留的前提下,提升整车结构强度,降低耗材用量;


②采用轻质材料。如铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维符合材料等;


③采用计算机进行结构设计。如采用有限元分析、局部加强设计等;


④采用承载式车身,减薄车身板料厚度等。


其中,当前的主要汽车轻量化措施主要是采用轻质材料。


汽车轻量化中的铝合金


(1)铸造铝合金


许多种元素都可以作为铸造铝合金的合金元素,但只有Si、Cu、Mg、Mn、Zn、Li在大量生产中具有重要意义。当然,在汽车上广泛应用的并不是上述简单的二元合金,而是多种元素同时添加以获得好的综合性能。


汽车工业是铝铸件的主要市场,例如日本,铝铸件的76%、铝压铸件的77%为汽车铸件。铝合金铸件主要应用于发动机气缸体、气缸盖、活塞、进气歧管、摇臂、发动机悬置支架、空压机连杆、传动器壳体、离合器壳体、车轮、制动器零件、把手及罩盖壳体类零件等。


铝铸件中不可避免地存在缺陷,压铸件还不能热处理,因此在用铝合金来生产要求较高强度铸件时受到限制。为此在铸件生产工艺上作了改进,铸造锻造法和半固态成型法将是未来较多用的工艺。


(2)变形铝合金,变形铝合金指铝合金板带材、挤压型材和锻造材,在汽车上主要用于车身面板、车身骨架、发动机散热器、空调冷凝器、蒸发器、车轮、装饰件和悬架系统零件等。


由于轻量化效果明显,铝合金在车身上的应用正在扩大。如1990年9月开始销售的日本本田NSX车采用了全铝承载式车身,比用冷轧钢板制造的同样车身轻200kg,引起全世界的瞩目。NSX全车用铝材达到31.3%,如在全铝车身上,外板使用6000系列合金,内板使用5052-0合金,骨架大部使用5182-0合金;由于侧门框对强度和刚度要求很高,使用以6N01合金为基础、适当调整了Mg和Si含量的合金。在欧美也有用2036和2008合金作车身内外板的。


材料应用轻量化是见效*快也是效果*好的选择。在材料应用轻量化领域中,铝合金因其较低的密度、优质的性能以及巨大的存量,已经成为实现汽车轻量化发展的主要方式,目前铝合金材料在欧美、日本等发达国家已经广泛应用。


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