汽车轻量化材料的应用

辆 。据 统 计 ，２ ０ 年 全 球 每 辆 汽 ０３
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— 国ｌ 譬Ｉ 汽车轻量化材料的应用
美 国 三 大 汽 车 公 司 通 用 、 福 球 每辆 轿 车用 镁 量在 ５ ｇ￣右 ，欧 内在汽车工业材料应用增长最快的 ｋ；
材料 ，备 受世 界 关注 ，被 广泛 运用
等可 获得各种 各样 的色调 。（） ７铸造 尚需 时 日。
性 。由于铝 的 溶化温 度低 ，流 动性 切 削性 。切 削性 是铸 铁 的４ ５ ， ～倍
于汽车 、摩托车 、飞机 、电子摄
专 家预 测 ，汽 车 材料 铝化 率 达 影器材等方面 ，需求量每年均增长 此推 测 ，未来 汽车 的铝 化极 限可 达 性 和 抛 光 性 能 ，在 热 态 下 易 于 加
０ 奇 瑞 某一 款车型 材料 大致 构 成 须 加 大 零 件 厚 度来 弥 补 强 度 的不 电导率 约 为铜 的６ ％，密度 是铜 的
技 术 与应 用 Ａ Ａ（ｏ ５ ００ Ｉ Ｐ Ｎ ）２１－ ８
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也 相差 不大 。镁 合金 还具 有 良好 的
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金型材 的开发应 用 ；其 二 ，防冲挡 般 可 达 ２ ０ ａ ５ ＭＰ ，最 高 可 达 ６ ０ ０ 多
与钢铁 相 比 ，铝合 金 具有 质 量 及 车 门 刚性结 构的全 铝 化 ；其 三 ，
轻 、耐 腐 蚀 性 好 、 易 于 加 工 等 特 转 动部分 零部件 的全铝化 。 点 ，是 近 ２ 年 来 在 国 内外 汽 车 上 ０ 使 用最 多的轻 量化 材料 。铝合 金零 其 它合金材料在汽车上的应用 部 件除 了有助 于提 高汽 车的动 力 性
汽 车 轻 量 化 材 料 的 应 用
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撰文 ／中国汽车技术中心 孟 岩 潘建亮
铝合金、 镁合金、塑料、 高强度钢是当前汽车轻量化的四种主要材料。
好 ，故 易制造 复杂形状 的零 件。（ ） 到６ ％以上在 经济 上是 可取 的 。据 ２ ％。镁 合金 具有 优 良的 切削 加工 ８ ０ １ 工具 磨 损程 度 仅 为铸 铁 的 １２ （） ３ ％～ ０ ／ 。 ９ ０ ５ ％或 以上 。新 的汽车 铝 材 工成 型。镁 合 金熔 点 比铝合 金熔 点
粉末 橡 胶 其它
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暖 钢材
先 ；铝 合金 排 第４ ，且 增长 势 头 材料 ，如罩类、箱类、歧管等。铝 约高三 倍 ，因而最 适于必须 要散热 位 明显 ；镁合金 用量虽 然还 很小 ，但 经合 金 化可 使抗 拉 强度提 高 ￣４ ＃ 的热交 换器零 件上 。这也是 铝活塞 Ｊ５ 增长率很 高。
钢水平 ，当用于高应力零件时，必 所要求的特征。（） ５高的导电性能。
■ 轻金属（ 镁铝合金等）
非金属（ 塑料、橡胶等）
个 工 序 ，都 必 须 按 流 程 操 作 ，严
格监 控 。
一 无机材料（ 玻璃） ■ 油漆、油品、胶等 ■ 其它
奥迪公 司在Ａ 和Ａ 两款轿 车上 ８ ２ 大胆采 用了铝 制零部件 ，目前Ａ 与 ８
Ａ 每 年分 别 制造 １ ０ ０ 和５ ０ ０ ２ ０辆 ３ ０ ０
。 — 全 、节 能 、环 保 是 汽车 技 术 如 图１
发展 的永 恒 主 题 。 安全 和 舒
适 的功能装 备增加 汽车 的重量 ，节 轻量化材料在汽车上应用现状
足 ， 以铝代钢 可望减轻重量５ ％。 ０ 铝 的特 点主要有 ：（） 的密度低 ， １ 铝
能 和环保 要 求减少ＣＯ 排 放及 良好 。 的 回收再利 用。 国外研究 表 明：一 两 大 类 ：铝 铸 件 和 变形 铝 合 金 （ 主 铝 的 表 面 自然 形 成 氧 化 膜 ，故 耐 省燃 油３ ７ ％～ ％。汽 车排 放 与燃 油 合 金等 ） 车 上所 用铝 材３４ 。汽 ／ 以上 的表 面 ；铝车 轮普遍 采用 的原 因就 消耗 正相关 ，实现轻 量化 将会减 少 为铸件 。 Ｃ ２ 。 Ｏ排放
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发 动 机 系
发动机缸体、缸盖、活塞、进气岐管、水泵壳 、电机壳、摇臂 、摇臂 盖 、滤 清 器 底座 、 发 动机 支 架 、正 时 链 条盖 、 发 电机 支 架 、分 电器座 、 气 门室罩盖、机油盘等
从表 １ 见 ，钢铁 应 用 比例 虽 铝合金在汽车上的应用 可
是钢 的１３ ／。活塞使用铝是轻量化 汽 车上铝 合 金产 品大 致可 分 为 效果最 好的例子 。（） ２高的耐蚀 性。
般情 况下 ，车重 每减轻 １ ％ ，可 节 要包 括 ：板 材 、挤 压型材 、锻 造铝 蚀性优 良，不易生锈 ；易保持漂亮 ０
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轴 质量 的 平衡 问题 ” 。宝 马 新 ７ 系 保险 杠 ，发 动机 中 的某些部 件也 由 铝 合 金 加 工 而 成 。 铝 合 金 代 替 传
Ｅ － ‘ 髓 ： ｉ Ｉ● ・ ●Ｅ ● Ｉ 瑁 ｊ 丑 Ｅ 蓄吾 Ｅ ｌ ｔ 钉 ｉ 翻匾 ｆ 高 ■
ｃｍ 。
在于此 。（） ３ 柔性的强度设计。铝 的合金 化会使 常温 下的强度 不低于
铸铁 ，可用铝 铸造 或压铸成 型 的活
有所 下降 ，但 仍是最 主要 的材料 ；
铝 的密度 比铁 低 ，最 适于 产生 塞、气缸盖、气缸体等零件。（） ４高
塑料 已与铸铁相 当 ，甚 至略微领 高应 力 的毂状结 构件 的轻量化 代用 的导热 性能 。与铸 铁比 ，导 热性 能
和 燃油经 济性 ，它 同时也 是一 个 整
镁 合金
耐 腐蚀 性能 、电磁屏 蔽性 能 、防辐
射性能、导热导电性 ，可进行高精
度机 械 加工 。镁 合金 具有 良好 的压
镁 是地 球 上 储量 最 丰 富的轻 金 铸成 型 性能 ，压铸 件 比厚 最小 可达
车 质量平 衡体 。宝 马公 司表示 “ 铝 属 之一 、质 量最轻 的实 际应 用 金属 ０５ ．ｍｍ，适 应 制造 汽 车 各 类 压 铸 合 金 帮助 我 们 成 功 解 决 了 前 、后 结构材料 ，其密度为１７ ～ ．０ ／ 件 。镁合 金大 部分 以压 铸件 的形式 ５ １９ ｇ ｌ
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强＇ ｜ ｌ 蛾毫 拇戚比】 ０ ０ 詹量 ０ 黼 ≯ 自 黪
６ ００ ３ ．４
铸铁
铝
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９ －５ ５２
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塑 料
铜 镑 镁
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１ ． ４６ ９８
１ ．４ ８１ ６ 憩 ｜ ４５ ．３
１ ２
２ ９
铝 合金 也 有 自 己的 “ 软肋 ” ，
抗 承 载 能 力 较 弱是 其 中 之 一 。 由
１３ ／ ，用 铜 重量 一半 的 铝 就 可 传送 车 用 铝 已 从 １ ７ 年 的５ ｋ 上 升 为 工 、压铸 经 济 ，其最 大特 点是 阻尼 ９８ ０ｇ
与 铜等量 的电荷 。（） ６ 表面 美观 。经 １ ０ ｇ ４ ｋ ，增 长 １８ 。未 来５ ，中 ．倍 年 减振 性 和抗 凹性 好 ，特 别是 易于再 阳极 氧化 处理 可在 表面生 成 无色透 型 轿车 的铝 合金 含量 将大 幅增 加 。 明的氧化 膜 ，另外 利用染 色 、电解 但 目睹 全铝 合金 打造 的轿 车上 市 ， 生 利 用 。被 誉 为 ２ 世 纪 绿 色 工 程 １
玻璃
陶瓷
３ ．５ ８５
０９ ７ ．０
３豫蠹 ｜ 鬃
３． ０ ４０ ２
１ １ ． ８
３
３
于 铝 的抗 承 载 力 与钢 相 比 还 是 有 差 距 ，因 此 未 来 几 年 面 市 的所 谓
全 铝 合 金 轿 车 ，可 能仍 将 装 备 钢 材底 盘 。 最 关键 的一 条还 是 成本 较 高 。 因 为生 产 技 术 的 局 限 ， 目前 工 艺 流 程 复 杂 ，且 不 易 控 制 。 对 每 一
特 、原戴 姆勒 一 克莱 斯 勒在 １ ９ 年 洲 和北 美洲汽 车用 镁量 年平 均增长 是镁 合金压铸 件 ，到２ １ 年由全球 ９７ ０ ５ 的 用镁 量分 别 为９ ０ ｔ ５ ０、 ５ ０、１ ０ ｔ ７ ７ ０ ｔ 到 ２ ０ 年 分 别 增 加 到 ０ ０， ０ ３ 率 在１ ％左右 。 ５
镁生产厂支持的镁未来发展计划将
全 球 看好 镁及 镁合 金 在汽 车 工 达到 每辆车平 均用镁量达 ￣６ ｋ 。 Ｊ８ ｇ 美 国汽车 用镁集 团总裁 厄利 ・ 卡纳 ３ ８ ０ 、１ ９ ０ 、１ ０ ０。 目前 全 业应用 ，根据资料显示 ：今后５ ００ｔ ７０ｔ ０ ０ｔ 年 万先 生表 示 ，轻 金属镁 不再是 汽车
，
比重 比铝还 轻 １３ ／ ，比强 度 、
在汽 车上 应用 ，镁 压铸 件 的生产 效
采 用 了铝 合 金 发 动 机 盖 、 铝 合 金 比 刚度 却 比铝 和 钢 都 高 ， 易 于 加 率 比铝 高３ ％～ Ｏ ０ ５ ％。
统 的 钢 铁 制 造 汽 车 ，可 使 整 车 质 量减 轻３ ％～ ０ ，制造 发 动机 可 ０ ４％ 减重３ ％，制造缸 体和 缸盖 可减 重 ０
耐 磨 性 。 根 据 表 面 处 理 及 使 用 条 开 发 与 应 用 集 中在 三 个 方 面 ，其 低 ，压 铸 成 型 性 能 好 。 镁 合 金 铸 件 ，可 直接 作 为轴 承面 使 用。也 可
用于气缸体 。
一
，
车 身 、车 架全 铝化 及大 型铝合 件 抗拉 强 度与 铝合 金铸 件相 当 ，一 ＭＰ 。屈 服强 度 、延伸 率 与铝合 金 ａ
３ ％～ ０ ，轿 车全 铝 车 身 比原 钢 ０ ４％ 材 制 品轻４ ％以上 ，汽 车铝 合金 车 ０ 轮 减重可达５ ％左右 。 ０
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