铝合金在汽车中的应用与发展

黄言涛 邓圆宏

摘要：随着汽车使用率的急剧上升，能源消耗成了一个严重的问题，资源越来越少。鉴于轻质铝合金在汽车制造生产中的工业发展优势，国内外各个汽车设计制造公司也都纷纷做出了相关的研究与分析。本文主要通过介绍铝合金在汽车工业中的应用背景，铝合金的人机工程、机械性能及其工艺性能，铝合金在汽车应用中的具体案例与应用推测，铝合金在汽车应用中的发展前景等问题来探究铝合金在汽车中的相关应用。

关键词：铝合金；汽车制造；应用前景

引言

铝合金是轻质金属材料中的佼佼者，它是将铝作为基础元素，以其他元素作为辅助元素混合组成的金属合金。它具有良好的耐腐蚀性，还具有质量轻、强度较高、比刚度高的优良性能，并且可焊接。铝合金是结构材料中常用的一种金属材料，在生活中随处可见铝合金的相关产品，它分为变形铝合金和铸造铝合金。良好的塑性和铸造性造就了铝合金高质量、高效率的加工工艺，其在航天、航空、交通运输、建筑、机电中有着广泛的应用。然而，随着人们生活水平的提高，对物质的要求也逐步提高，汽车作为一种普遍与时尚兼具的交通工具，在生活中承担着重要的角色，因此对汽车的外观、性能等指标有了更高的要求。铝合金作为当今轻质金属的代表和最具有现代感的金属材料，在汽车制造中的应用有着十分重要的研究意义。

1铝合金在汽车工业中的应用背景

在这个日新月异的科技时代，科技高速发展的背后却出现了能源危机，节能成了时代主题。在汽车制造行业中，以“减轻重量，减少耗油量”为竞争手段，轻质金属的铝合金便是汽车生产中不可缺少的重要材料。有资料表明，如果用铝合金取代钢材料，那么，发动机的质量就可以减轻30%左右，车轮可减轻50%左右，汽车总重量将减轻30%～40%。从实际能源消耗的角度来讲，如果一辆汽车的质量减少1千克，那么，每1升汽油就能够多行驶40米的路程。也就是说，如果一辆汽车的质量减少1%，耗油量就会减少0.6%～1%。早在1896年，国外就有人将铝合金用于制造汽车曲轴箱中。20世纪早期时，铝合金就应用于一些豪华汽车和赛车上，如用铝合金制造汽车的骨架结构等。铝合金在国外的汽车工业中主要制造装饰部件、气缸盖、油底壳、离合器片、热交换器、活塞等。在国内，汽车运用铝合金制造汽车零件也逐渐增多，如上海大众等，其中国产红旗牌的应用量最多，约70～100kg。发展至今，汽车中用铝合金制造的零件越来越多，从先前的铝合金曲轴箱到现在的气缸盖、油底壳、离合器片、热交换器、活塞等零件都是运用铝合金材料制造出来的。面对当今快速发展的汽车工业制造，用铝合金替代铸铁制造汽车零件已经成为一种主流趋势。在法国的汽车行业中，用铝合金制造汽缸套已达到100%，汽缸体达到45%。基于宏观的视角，随着未来科技的发展和技术的革新，在高强度的优质铝合金材料研发之下，整个汽车行业的工业制造将随之蒸蒸日上，社会生产力将不断提升，生产关系将不断改善，铝合金材料也将会更为广泛地应用于汽车制造中，进而促进更高层次的工业发展。

2铝合金的性能

2.1铝合金在人机工程方面的性能

人机工程是研究人们在工作和生活环境中的各项心理和生理特征的各种主观因素，即研究产品与人的各种心理和生理的相互协调，研究人在生活、工作、休息时考虑人们的生活习性、工作效率、人的健康安全和舒适度等等。而铝合金汽车中的应用正是体现了人机工程的运用，更充分说明了铝合金具有的优越独特性能。例如，铝合金的易加工性不仅节约了零件制造的成本，还大大减少了人力资源；铝合金优良的塑性在制造座椅时，不仅减轻了汽车质量，还让人们坐得更为舒适，相对传统的硬钢材来说就显得柔软了许多等等。因此，铝合金在汽车制造材料中占有很高的地位，并且铝合金经过精细处理后会产生特别的效果，无论是其反光度，还是表面材质都有着不一样的效果。例如，在汽车色彩设计中就巧妙地运用了铝合金的金属光泽，容易让视觉产生冲击、关注和调动。因为金属光泽会随光环境的不同而产生不同的光泽效果。因此，光泽随不同环境的光特性不断发生变化。汽车色彩设计大量运用铝合金的金属光泽，使之产生流动变化的动态之美：车随光动，光随车变，以光泽造就流线之型，以光泽传递动感之美。

2.2铝合金的机械性能

铝及铝合金是工业中用量最大的有色金属。纯铝很软，加进铜、锰、硅、镁、锌等合金元素以后，才能制成强度很高的铝合金。基于纯铝的特性，加入其他金属元素后，所得到的铝合金材料与纯铝相比，可以说是发生了质的蜕变，其强度和硬度都得了大幅度的提高。在此基础上，还可以将所得到的铝合金进行热处理强化，使它的抗拉强度得到进一步的提升。铝合金的抗拉强度几乎可以达到低碳钢的抗拉强度，并且还高于某些合金钢材料的抗拉强度。铝和铝合金有多方面的优良性能，主要是重量轻，比重只有钢铁的1/3，但比强度却很高。汽车用铝合金制造，可以大大减轻体重，降低汽油耗量，因此在汽车工业中得以广泛应用。

2.3铝合金的工艺性能

基于金屬材料的工艺性能，材料经过加工工艺处理才能制成产品，那么，在进行加工工艺处理之前，材料必须适应各种加工工艺处理的能力要求。铝合金的机械性能与理化性能综合反映了其工艺性能。铝合金作为现代轻质金属材料之一，在拥有较高综合性能的同时还拥有着良好的加工工艺性能。液态铝合金具有很好的流动性、填充性，因此具有很好的铸造性能；变形铝合金具有很好的塑性变形且不出现裂纹，可进行压力加工，故具有较好的压力加工性能。除此之外，铝合金材料还具有很好的焊接性和切削加工性能。因此，铝合金的工艺性能促进了铝合金相关产品的生产效率与能源的利用率。

3铝合金在汽车中的应用案例

3.1铸造铝合金的应用

液态铝合金因具有优良流动性和填充性，所以广泛应用于制造成铸造零件，并且铸造方法也是十分广泛的，可根据使用要求、零件形状、尺寸的精度、零件生产数量等方面综合选择最适宜的铸造方法。例如，砂型铸造主要运用于结构复杂、体积较大的零件，但制造过程复杂；压力铸造法主要运用于较小的零件，过程简单，产品的成品率也相对较高，非常适合大批量生产汽车零件，所以铸造铝合金广泛运用于汽车制造中。

3.2变形铝合金的应用

变形铝合金是经过热加工变形后得到的，在汽车上主要用于制造汽车车身的主要构架、制动器的保护罩、汽车防抱死制动系统的有关构件、汽车门以及行李箱盖、车身面板、汽车消声罩、汽车座位发动机车盖等结构件。

3.3新型铝合金在汽车上的应用

新型铝合金是铝合金在特殊条件下，通过快速凝固（大约104～109℃/S的凝固速度）而生产出的。因为材料的快速凝固，材料内部的组织就会引起一系列变化，产生出新的特征，如细晶强化现象、铝合金的固溶度极限提高现象，以及成分的高度均匀、少偏析甚至无偏析现象，形成新的亚稳相等。基于这些特征，汽车行业将快速凝固铝合金应用于汽车制造中。例如，有关汽车制造公司采用铝合金制造汽车的空调压缩机的转子和叶片，使得转子和叶片的重量减轻，进而促使整个空调压缩机的重量减轻了40%左右，从而也减少了汽车的质量，降低了燃油量。除此之外，还有很多新型铝合金也广泛应用于其中，如泡沫铝合金，这种材料的质量更轻，强重比更高，并且具有较强的吸能特点和吸振特性。将泡沫铝填充于两个外板之间压制成像三明治的板材，不仅能够很好地提高板材的刚度，还能大大提高其保温能力，在北方的冬天也就起到了很好的保暖作用。并且，这种材料还具有很好的吸能功能，因而其应用在保险杠以及一些支柱零件上，大大提高了汽车的撞击安全性能。

4铝合金在汽车应用中的发展前景与推测

4.1铝合金在汽车应用中的发展前景

美国的相关研究机构曾对1992年、1996年、2000年汽车工业制造中金属材料的使用情况做了相应的调查与研究。其中，1996～2000年这四年间，铝合金材料在汽车制造中的使用量猛增，并逐渐取代了钢材料的使用量。由此可见，铝合金材料在汽车应用中将变得越来越重要，使用量也将与日俱增，它的发展前景一片光明。

在这个21世纪的全新时代，科技在进步，时代在发展，而能源却在减少。能源减少问题的出现让各大汽车制造厂家以“减轻汽车自重、降低耗油量”为产业竞争热点。尽管在金属材料界里，镁合金的密度小于铝合金的密度，但镁合金并未像铝合金一样广泛用于我们的生活中，因为镁锭的成本偏高，且制造技术还有很多的不足。例如，金属镁合金还存在缺少高温压铸合金及相关设计数据，表面的处理技术也不够成熟，金属的结合水平也相对较低等方面的问题与不足，所以目前镁合金材料在汽车应用中的使用量非常有限。钛合金机械强度很高且广泛应用于航空航天中，但对于制造汽车来说成本太过昂贵，并不能为社会的广泛生产所用，导致钛合金无法大量应用到汽车的制造与生产中去。在众多的金属里，铝是地壳中含量最多的金属元素，并且铝的合金具有易加工性、机械性能良好、制造成本低、制造技术成熟，还具有可持续发展性，是当今社会最为理想的金属材料，毋庸置疑，铝合金是现代及未来汽车工业中首选的轻金属材料。众所周知，世界各国都高度重视“环境保护”问题，而铝合金是除钢铁以外回收利用率最高的金属材料，它的这一特点刚好符合当今社会所倡导的“节能减排，循环利用”的生活理念。铝合金具有良好的物理和化学性能，促使它成金属工业生产中的佼佼者。

4.2铝合金在汽车应用中的推测

在国外，已有人用铝合金在汽车尾部制造叶轮，在发动机的带动下叶轮就会高速旋转产生巨大的动力，加之配合主动车轮的快速转动从而推动着整个汽车的行驶，其动力更足，速度更快，大大节约了人们的工作时间。鉴于铝合金有着独特、强大的性能，我相信它有着无穷的用处，我们可以用铝合金做旋转车门并将其做成机翼状，上凸下平的流线型。当在路上行驶时它就像普通车门一样使用，要赶时间时我们就可以在汽车高速奔跑时将其车门旋转到车顶，让其两边车门同时成机翼状展开，在汽车快速行驶时就会产生很强的气压，配合尾部的叶轮就可以让汽车像飞机一样在天空中飞行。因为铝合金的轻质与高强度，我们可以用薄板铝合金将其焊接成密封的箱体并将其与车身相融合，那么箱体在水中就可以产生很强的浮力，我们的汽车就可以在水中行驶。倘若将以上功能加以合成，我们的汽车就可以在水、陆、空三者中使用，那么堵车现象就会大大减少。除此之外，对于爱好驾车旅游的朋友，我们可以帮他们解决住宿问题，而且还是很安全的住宿。因為我们可以运用铝合金板对汽车顶部进行加固强化，并且可以在其板料中安装相应的铝合金棒，加以运用相应的自动化，到夜晚当人们疲劳了要休息时，就可以按下一个按键，板料中的铝合金棒就会自动支撑起，形成帐篷支架，只要在铝合金棒上盖上帐篷布就可以安心休息，这样就不会再发生人睡在车中因窒息而死亡的事件了，也不用担心大自然中的虫、蛇、鼠等动物的威胁。由此可知，研究铝合金在汽车中的应用是很有意义的。

5结语

铝合金在汽车中的运用不可估量，它将伴随着科技的发展逐渐成熟起来，在汽车制造中独领风骚。铝合金作为当今新型材料的代表，不仅是一种最为理想的制造材料，还是一种科技的象征，它的出现让我们的汽车产品摆脱了笨重难看的老式钢材材料，让落后老土的汽车从此变得新奇时尚美观起来。铝合金是可持续发展的制造材料，它是实现汽车“水、陆、空”三通的重要保障材料，是使汽车三通不再是概念设计的构想，而是将汽车三通应用于实际生活中的制造材料。