汽车铝合金开发与应用

汪文芳，孙成武



汽车铝合金开发与应用

汪文芳，孙成武

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介绍了铝合金轻量化技术的国际国内现状及发展趋势，为了满足最新的油耗限值指标，在不降低关键性能的前提下，铝合金技术的开发越来越多的应用在汽车各类零部件上。文章重点介绍了铝合金在发盖、顶盖、防护及货厢上的应用成果，推动了企业铝合金技术在汽车上的发展成熟。

铝合金；轻量化；汽车

引言

随着汽车产业的快速发展，各国对汽车节能、安全、环保等要求不断提升，轻量化技术、材料、工艺的研究和开发已经成为世界各大汽车生产厂家提高竞争能力的关键之一。

铝合金作为关键的轻量化材料，其密度仅为钢的1/3，被各大汽车企业用于替换原有的钢制件。在不降低零部件性能的前提下，铝合金替代传统钢制零部件可以实现约30%以上的减重。根据汽车咨询机构Duckers调查，北美、欧盟、日本单车用铝分别高出中国47%、24%、15%，且持续增长。随着铝合金制造技术的发展、铝合金板性能的提升，铝合金在国外汽车实现成熟应用，如奥迪R8以及捷豹路虎等车型采用全铝车身。目前，国内自主品牌汽车企业展开铝合金的应用开发工作，其中上汽荣威950车型的发动机盖采用铝合金，长城、吉利等车企将在下一代车型上应用铝合金。

1 汽车市场分析

相关预测，2020年前国内乘用车复合增速为7%，在结构件领域运用铝合金材料的带动下，欧美单车用铝维持增长，预计国内单车用铝在2020年趋近于欧美，即在178kg左右，铝铸件价格不变，即维持在3.5万—4万元/吨。2014年国内传统汽车铝件市场空间约607亿元，保守估计到2020年国内汽车铝件市场空间可达1622亿元。此外，微型电动车用铝将由2014年的3亿元增长至2020年的268亿元。综合来看，2020年国内汽车用铝的市场规模将由610亿元增长至1899亿元。根据国内汽车行业交流，国内各大汽车企业已经启动铝合金的应用研究。

1.1 消费特征(需求)分析

汽车轻量化的主要目标是保证汽车的碰撞安全性及舒适性的前提下减轻汽车自重。国内外很多研究机构对减轻汽车自重与降低油耗之间的关系做了大量的研究。研究表明，对于轿车，每减重10%油耗可以降低；对于16-20t的载货汽车，每减少本身重量1000kg，则可降低油耗6%左右。铝合金作为关键的轻量化材料，可实现30%以上的减重，在国外汽车行业内已经成熟应用，并取得了市场的认可。

随着汽车市场的不断扩大，汽车竞争日益激烈，用户越来越关注汽车的节能、安全等性能。为满足市场用户的需求，提升公司产品的市场竞争力，要求我们开展铝合金的开发与运用技术研究工作。

1.2 主要企业分析

1.2.1 吉利汽车

吉利汽车已开始启动铝合金应用的技术研究工作。目前，已完成铝合金发动机盖设计开发研究工作，同时开始微型新能源全铝车身研发设计工作。

1.2.2 长安汽车

长安汽车于2014年完成承接中国汽车轻量化联盟形变铝合金应用技术的研究项目，完成铝合金发动机盖的研制，并应用到逸动混合动力车型上，实现减重7.92kg，减重率为42%。

1.2.3 五十铃汽车

日本作为一个最为注重节能的国家之一，其五十铃汽车作为商用车的代表，对整车降重极其注重。除气缸体、气缸盖、离合器壳、车轮盘、进气管和变速器壳等铸造铝合金件的使用外，还在货箱和防护栏等较大尺寸零部件上使用铝合金型材，从而有效降低整车重量。五十铃700P轻卡运用全铝厢式货厢，比同尺寸钢质货厢减重50%—60%，铝合金挤压型材后防护栏减重40%。由此可见，铝合金在汽车上的应用对五十铃汽车节能减排意义举足轻重。

1.2.4 福田汽车

国内汽车对轻质高强度材料的运用尚处于初期阶段，大尺寸型材铝合金的运用鲜有涉猎，然而福田汽车却已经尝试在前下防护和后防护栏与辽宁忠旺铝业展开合作。对原钢质防护栏进行有限元模拟，通过结构优化，可实现重量降低50%以上。

2 技术定位

铝合金在国外汽车行业已经成熟运用，在国内汽车行业处于应用研究的初期阶段。由于铝合金本身存在延伸率低、屈强比大、塑性应变比小等常温成形性问题以及铝合金零部件抗凹性差、表面质量差、回弹大等成形精度问题（如下图一所示），价格是钢板的4倍以上，国内铝板无法达到汽车板的成型要求，铝合金在国内暂无规模化的应用。

图1 铝合金板的成形难点

因此，铝合金开发与运用技术处在国内的领先水平。

3 技术开发

3.1.1铝合金发盖、顶盖开发与运用

1）完成了某电动车型铝合金发动机盖内外板、顶盖的性能指标设定、方案设计、数据设计、试验大纲编制及试验验证；

2）建立了铝合金覆盖件设计规范，形成铝合金覆盖件设计能力；

3）在不降低性能的前提下，铝合金覆盖件替换传统钢制覆盖件，实现减重率≥40%，成本增加≤150%。

3.1.2铝合金前下防护开发与运用

1）完成重卡新一代铝合金前下防护的性能指标设定、方案设计、数据设计、试验大纲编制及试验验证；

2）建立铝合金前下防护设计规范，形成铝合金前下防护设计能力；

3）在不降低性能的前提下，铝合金前下防护替换传统钢制前下防护，实现减重率≥50%，成本增加≤50%。

3.1.3 铝合金后防护开发与运用

1）完成了某车型铝合金后防护的性能指标设定、方案设计、数据设计、试验大纲编制及试验验证；

2）建立了铝合金后防护设计规范，形成铝合金后防护设计能力；

3）在不降低性能的前提下，铝合金后防护替换传统钢制后防护，实现减重率≥50%，成本增加≤30%。

3.1.4 铝合金货箱开发与运用

1）完成了某车型合金货箱的性能指标设定、方案设计、数据设计、试验大纲编制及试验验证；

2）建立了铝合金货箱设计规范，形成铝合金货箱设计能力；

3）在不降低性能的前提下，铝合金货箱替换传统钢制货箱，实现减重率≥30%，成本增加≤110%。

4 总结

国外汽车行业已经成熟运用铝合金材料，国内汽车行业也开启了铝合金材料的应用技术研究工作，且部分自主品牌汽车企业将在其下一代车型中应用铝合金材料。国内铝板厂家也在积极开发汽车用铝板，助力铝合金材料的汽车应用。

Development and application of automobile aluminum alloy

Wang Wenfang, Sun Chengwu

（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

This article introduced the current situation and development trend of aluminum alloy lightweight technology in china and abroad. In order to meet the latest fuel consumption limit index, the development of aluminum alloy technology is more and more applied to various parts of automobiles without reducing the key performance. The application results of aluminum alloy on hood, top cover, protection and cargo compartment are emphatically introduced, which promotes the development and maturity of aluminum alloy technology in automobiles.

Aluminium alloy; Lightweight; Automobile

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1671-7988(2018)18-258-02

U445

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CLC NO.: U445

汪文芳，女，(1983-），湖北省襄阳市人，2010年7月1日毕业于武汉理工大学、工学硕士学位、工程师、目前在安徽江淮汽车技术中心工作，岗位项目管理主管，研究方向是项目管理。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.090