铝合金材质在汽车轻量化中的应用及其成形技术探析

尚雪梅 任晓莉 韩海燕 康彦青

(西安交通大学城市学院，陕西 西安 710018)

0 前言

节能减排和降低能耗是汽车工业发展中亟待解决的重大课题。汽车轻量化是提高汽车的燃油经济性和节约能耗的重要手段之一。同时，汽车轻量化也是实现汽车环保和安全的重要途径。汽车轻量化除了其结构及零部件设计的优化外，另一重要方面是汽车自身重量的减小，可考虑使用轻质材料来代替目前使用最多的钢铁材料。其中，运用最多的是铝合金和镁合金。前者具有密度低、比强度高、导电导热性好、耐腐蚀性强、塑性和加工性能好等一系列优点，在汽车轻量化方面具有其他轻量化材料无可比拟的优越性。近年来汽车工业中铝合金材质的应用大幅增加，钢材的占有量继续下降 ，随着材料科学的进一步发展，铝合金材质成形技术的进步，铝合金在汽车零部件生产中所占的比重会越来越大。

1 铝合金材质在汽车轻量化中的应用

目前我国无论是载货汽车还是轿车及微型客车的需求都在逐渐增大，对于节能减排的要求也越来越强烈。铝合金因为其低密度、好加工、可回收等一系列优点成为汽车使用材料的首选。目前汽车工业中使用的铝合金材质的种类很多，主要有Al—Si系、Al—Cu系、A1～Mg系、A1-Zn系、A1-Li系、Al—Re系等。实际生产中根据使用环境、零部件结构以及工作条件等多选用铸造铝合金。比如Zl101A是在ZL101中添加元素Ti，细化晶粒，增强机械性能。其综合性能高于Zl101、ZL102，并有较好的抗蚀性能，主要用于汽车缸体、缸盖、轮毂等零件的制造。而ZL108由于含Si量较高，加入Mg、Cu、Mn，使材料耐磨性好，强度高，并具有较好的耐腐蚀性能，主要用在发动机活塞及其它要求耐磨的零件上。

由于汽车冲压成形件大多形状复杂，外形轮廓尺寸大，并且还往往兼有拉延、翻边、弯曲等多道工序。在成形过程中板料上的应力应变状态很复杂，对尺寸精度和外观质量要求较高，因此变形铝合金在汽车中的应用也较多。变形铝合金的机械性能优良，有相当于碳钢的强度。

2 汽车用铝合金零件成形工艺的探讨

2．1 铸造成形

铸造是目前汽车用铝合金生产的主要成形方式，80%的汽车用铝合金都采用这种方式生产。铸造成形有低压铸造、精密铸造、重力铸造、消失模铸造、压铸及挤压铸造等。尤其采用压铸法生产的铝合金零件，产品质量稳定，成品率高，尺寸精度高，很适合于大批量生产。

2．2 压力加工成形

压力加工成形可以在锻锤、曲柄压力机、液压机、顶锻机及扩孔机等各种锻造设备上加工。采用压力加工成形的铝合金汽车零件有车顶蓬、发动机罩、车门、行李箱盖、车身骨架及覆盖件、地板、发动机散热器、机油散热器、车轮、冷凝器和蒸发器、座椅、保险杠以及车厢底板等。成形工艺可采用冲压、挤压、锻造、轧制等。

2．3 半固态成形技术

铝合金半固态成形技术是一种先进成形技术，该工艺可以制造近终形制品。在成形前铝合金已是固液两相共存，这种形态易于均质变形，且半固态浆料可以在填充时不发生紊流而平稳充满型腔。同时半固态金属坯料的初生相为球状，使其变形抗力显著下降，得到的铸件的加工性能和内在质量都优于常规铸件。半固态成形是介乎铸造和锻造之间的一种工艺过程，主要有两种工艺：一种是将半固态金属浆料在某一温度条件下直接进行半固态加工，即流变成形；另一种是将半固态浆料冷却，使其凝固成坯料后，根据产品尺寸下料，再重新加热使其呈现半固态，然后进行成形加工，即触变成形。半固态金属成形能消除缩孔，减少凝固收缩，提高零部件尺寸精度和力学性能，延长模具使用寿命。目前，半固态成形技术正逐渐受到汽车制造厂商以及零部件配套生产厂商的重视。

2．4 挤压铸造

挤压铸造也是一种先进的铸造成形技术，又被称为液态金属模锻。它是一种少或无切削加工的新工艺．具有节能、高效、短流程、高精度等特点。与传统铸造方法相比，挤压铸造所获得的铸件内部致密、几乎无缩孔、缩松、气孔等缺陷，组织以细小的等轴晶为主，其机械性能优良，适合进一步的热处理提高其力学性能。铸件尺寸精度高、表面轮廓清晰，可较大幅度地减少机械加工。此外，该成形方法的的生产率高，无需浇注系统，可大量节约材料和能源消耗，是一种典型的节能减排型加工制造技术。目前，挤压铸造在国内外都受到了普遍重视，对其所做的科学研究较多，其应用也越来越广泛。

3 结束语

针对目前汽车轻量化技术的迅猛要求，结合现代铝合金成形技术的发展，探讨了高强度、高性能、轻量化汽车用材料以及铝、镁、钛合金在现代汽车的轻量化中的应用。随着汽车市场的发展，我国必须具有自主开发铝合金原材料和先进成形技术的能力，才能提高我国汽车工业的竞争力。同时，扩大铝合金在汽车工业中的应用，除了研究铝合金材料的生产外，还应加强铝合金材料成形技术的研究。

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