铝合金在汽车中材料研究

沈小东

摘 要：综述了汽车用高强铝合金材料的种类、化学成分、力学性能和合金特点，并介绍了高强铝合金材料在汽车车身、底盘和发动机等方面的应用情况， 对铝加工厂的铝材加工及汽车制造厂的材料选取工作有参考和启发作用。

关键词：汽车；高强铝合金；车身；车轮；发动机；悬挂系统

1 汽车用高强铝合金的化学成分及力学性能

汽车用高强铝合金可分为高强铸造铝合金和高强变形铝合金两大类。别列出了汽车用高强铸造铝合金和高强变形铝合金的化学成分表其中合金1 是内蒙古包头铝厂李升等新近研制的新型高强度铸造铝合金，合金2 是美国铝业公司最近研制的一种汽车保险杠用高强度变形铝合金。

2 汽车用高强铝合金的特点

别介绍了汽车用高强铸造铝合金和高强变形铝合金的一些特点。

3 高强铝合金材料在汽车上的应用情况

为了大幅度减轻车重，人们正急于研究对占车重比例大的车身（ 约30%）、发动机（ 约18%） 、传动系（ 约15% ）、行走系（ 约16%）、车轮（ 约5%） 等钢铁零件采用铝合金材料。据报导，美国的福特汽车公司和日本的本田汽车公司已推出了全铝汽车，每辆车用铝量450kg 。目前高强铝合金材料在汽车上的应用主要是车身、发动机和底盘。

3.1车身用高强铝合金材料

对汽车车身用铝合金的要求是： ①强度高； ② 成形性能好；③ 耐腐蚀性能优良等。近几年来，为了满足汽车轻量化与节能的需要，工业发达国家发展了一批制造车身零部件用的高强铝合金材料，主要有7021 、 7029 、 7129等。1995年5 月，德国宝马汽车公司在一份研究报告中指出，现代无骨架车身可使汽车的质量降低20%。可见汽车车身的轻量化，对于汽车的轻量化具有十分重要的意义。

3.2底盘用高强铝合金材料

3.2.1铝合金车轮。汽车采用各式各样的铝车轮已相当普遍。车轮是重要的保安件，对其安全性要求很高。车轮轮辐、轮毂用铝合金，要求高的强度（ 如2014 、 2024 和7033 等，其中 7033 是美国Kaiser铝公司于1998年开发出的新型汽车用高强变形铝合金）； 铸造用铝合金则要求有良好的铸造性能和足够高的强度（ 如ZL104 、 ZL105 、 ZL109 、 ZL301 、 357 和ADC12 等）。

近年来，铝车轮的尺寸有大型化的倾向，直径从355. 60mm向 381 ～ 531. 80mm 发展。此外，从防滑、制动装置的安装普及率等来看，为了减少非悬挂重量，正在加速安装铝合金车轮。目前的安装率为50%左右，以后将达到更高。

为了实现轻量化、高强度的目标，现在的车轮用材正由主要采用重力铸造、低压铸造生产的铝合金材料逐步转向采用薄型化、刚性优良的压力铸造、挤压铸造而生产的高强铝合金材料。另一方面，为了进一步减轻重量，已开始用高强铝合金板材进行冲压加工、旋压加工做成整体车轮或两部分组合车轮。

3.2.2悬挂系统零件。减轻非悬挂重量时，要兼顾行驶性、乘坐舒适性和安全性等，其相关部件的轻量化、铝材化以及材料的高强度考虑应和其机构的改进同时进行，例如，下臂、上臂、横梁、转向节类零件，还有盘式制动器卡爪等已用铝挤压铸造高强铝合金材料（ ZL101A 等），重量比钢件轻40～50%。由于保险杠等悬挂系统采用了高强度铝合金材料（ 如X7146 、 A76 、 Z5F 、 ZK55 和ZK160 等），万一遭撞击时，也不会轻易变形，而且以后维修费用也比较经济。

3.3发动机用高强铝合金材料

发动机是汽车工业中用铝量最多的部件。1996 年全美有54万 t 铝用于发动机的生产，占全年铝产量的30%以上。铝制发动机的市场占有率在北美地区已达25%，预计10～20年内会达到100%。发动机的金属材料必须耐高温、高强度，以适应发动机长时间的运转。现在国外许多发动机及其零件，如气缸盖、气缸体和活塞等通常都采用质轻、散热快的高强铝合金材料（ 如ZL201、 ZL202； 2018 、 2218 、2618 等），这对大幅度减轻车重、提高整车性能和降低油耗都大有裨益。

4 结束语

近十几年来，由于能源紧缺、经济萧条，世界各国都在重视节约能源，把汽车的轻量化作为重点来抓。發达国家汽车制造业组装小轿车用铝量1995年约为135 千克/辆，到2000 年预计将达到270千克/辆，中型车及大型车耗用铝量将更多。可见，汽车铝材化是大有发展前景的。

与工业发达国家相比，汽车铝材化的工作我国才刚刚起步，特别是高强铝合金材料的研究和应用还只是在逐步开展，尽管近年来取得了一些成就，但要赶上世界先进水平还有很长一段路要走。为了尽快扩大汽车用高强铝合金材料的品种，提高生产效率和质量，以适应我国汽车工业发展和参与国际市场竞争的需要，应组织骨干科技力量，集中资金对汽车工业急需的关键性高强铝合金材料进行攻关、研制和实现国产化，争取早日赶上世界水平。

参考文献：

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