汽车用铝合金材料及热处理进展
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［ 6］ 统 。最早的合金牌号是 7075 。在 7075 的基础上通
Table 1
项 目
添加 Zr 元素、 提高 Cu 含量、 调节 过调整 Zn 、 M g 含量、 研制出了 7079 、 Zn／ M 7050 合金。近年来 g 比等方法， 通过调整合金元素的配比、 降低 Fe 、 S i 杂质元素的含 量、 提高合金的纯度， 不断推出性能更为优异的铝合
《金属热处理》 2004 年第29 卷第1 期
29
钛、 高强度钢和复合材料， 从汽车覆盖件到结构件， 从 动力总成到底盘都有铝制零件。布什新政府在 2002 年则推出了一个自由车 （Freedo mCAR ） 项目， 该项目 的长期目标是高效、 价廉、 无污染， 汽车轻量化也是重 要研究内容之一。随着汽车轻量化的不断深入发展， 世界汽车制造业对铝合金的需求量也在不断增加， 典 型美国中型轿车材料消耗对比见表2 。
［ 11 ］ Krys mann W， Kurze P ， D ittrich K ~. Process characteristics and para meters of anodic oxi dati on by spar k discharge （AN0 F ） ［ （ ： J］ .C rys Res & T ech ， 1984 ， 19 7） 973- 978 . ［ 张淑芬， 郝建民， 等. 镁合金表面处理工艺 ［P ］ 12 ］ 蒋百灵， . 中国专利： 1369577 A ， 2002- 10- 18 . ［ 13 ］ W irtz G P ， BroWn S D ， Kri ven W M. Cera m ics Coati ng by ［ Anodic Spar k Depositi on J］ .M ater M anuf Process ， 1991 ， 6 （ ： 1） 87- 155 . ［ 14 ］ Yerokhi n A L ， Lyubi mov V V ， A shit kov R V. Phase f ormati on i n cera m ic coati ngs duri ng plas ma electrol ytic oxi da［ ti on of al u m i ni u m alloys J］ . Cera m ics i nternati onal ， 1998 ， （ ） ： 24 1 1- 6 . ［ 15 ］ Yerokhi n A L ， N ie X ， Leyland A ， et al . P las ma electrol ysis ［ f or surf ace engi neeri ng J］ . Surf ace and Coati ng T echnolo1999 ， 122 ： 73- 93 . gy ，
［ 5］ ， 该 金。北京航空材料研究所研制出了 7 A55 合金
乘坐人数 加速性能 0! 100k m／ S 燃油经济性
-1 （ ／ L・ 100k m ） 整车重量 ／ kg
合金在具备较高塑性的同时， 静强度突破了 700 MPa ， 是目前所公开的变形铝合金中强度级别最高的之一， 其性能指标见表3 。
表3 Table 3
铝合金牌号 7050 7 A55 2024 6061 6 A10
表2 Table 2
美国典型中型汽车耗材变化表
The representative change of materials consu mption i n m i ddle-sized cars of USA
1977 年 （kg ） 998 .8 244 .9 0 .46 44 .0 76 .2 298 .2 1997 年 （kg ） 811 .9 171 .4 2 .73 94 .3 109 .8 283 .0 97 年比77 年 （ %） -19 % -30 % + 493 % + 114 % + 44 % -5 % 97 年比77 年 （ kg ） -186 .9 -73 .5 + 2 .2 + 50 + 34 -15
作者简介： 邵光杰 （ ， 男， 浙江镇海人， 教授， 博士生导 1950. 9 —） 师， 本刊编委会委员， 主要从事金属材料及强韧化研究。联系 电话： 021- 56331178 基金项目： 上海市科技发展基金项目 （ 015211006 ） 收稿日期： 2003- 09- 01 ［ 5 ］ 柳田和夫.Cera m ics fil m s on al u m i nu m by electrol ytic depo［ ］ ， （ ： siti on process J . !"#$! 1987 ， 17 4） 49 . ［ 6］ T i moshenko A V ， 0para B K ， et al . For mati on of Protecti ve W ear-resistant 0 xi de Coati ngs on A lu m i nu m A lloys by t he M icroplas ma M et hods For m ACueous E lectrol yte Sol uti ons ［ ： J］ . Proc I nternati onal Corrosi on Congress ， 1993 ， 1（12 ） 280- 293 . ［ 邓志威， 等. 铝合金微弧氧化陶瓷膜的相分布及 7 ］ 薛文斌， 其形成 ［ （ ： J］ . 材料研究学报， 1997 ， 11 2） 169- 172 . ［ 熊仁章， 等. 铝基复合材料表面微弧氧化涂覆陶 8 ］ 王永康， 瓷膜研究 ［ （ ： J］ . 兵器材料科学与工程， 1998 ， 21 4） 25- 27 . ［ 骆更新， 等. 微弧氧化与材料表面陶瓷化 ［ 9 ］ 刘凤岭， J］ .材 料保护， ， （ ） ： 1998 31 3 12- 24 . ［ 10 ］ Bul yshev S I ， Fedorov V A ， Dauilevsky V P ， et al . The kiuetics of coati ng f or mati on i n m icro- arc oxi dizi ng progress ［ ， ， ： J］ .F iz Kh m. 0brab ， M ater（ i n Russia ） 1993 （ 6） 53- 95 .
表1 PNGV 对样车的要求和概念车所达到的指标 The reIuire m ent of PNGV to sa mple car
PNGV 戴姆勒克莱斯勒公司 福特公司 通用公司 目标要求 ESX3 Prodi gy Precept 5! 6 5 5 5 12 3. 0 898 11 3 .3 1020 12 3 .3 1082 11 .5 3. 0 1304
505 681 325 275 449
（% ） " 5Fra Baidu bibliotek9 13 17 12 13
欧洲铝业协会预测： 在今后 5 年内平均汽车耗铝 将达 150kg／ 辆， 2007 年世界汽车年耗铝量将达 1000 万吨 （ 。按我国汽车工业的规划， 2001 年为580 万吨） 近年内我国汽车工业将年耗铝数十万吨， 铝合金汽车 零部件的年产值将超过数百亿元， 如果参加国际汽车 零部件制造业大系统， 则前景更为广阔。
汽车用铝合金材料及热处理进展
邵光杰， 张恒华， 许珞萍 （上海大学 上海汽车金属材料研究工程中心， 上海 200072 ） 摘要： 介绍了铝合金在汽车工业中的应用前景， 简述了国内外在铸造铝合金、 高强度铝合金、 铝基复合材料、 非树 枝晶铝合金等新材料应用研究动向及回归热处理、 形变热处理、 半固态成形等新技术、 新工艺方面开展的研究工 作。 关键词： 汽车； 铝合金； 热处理 中图分类号： TG146. 2 文献标识码： a 文章编号： （ 0254- 6051 2004 ） 01- 0029- 04
［ 3］ 缸体相比， 减重30kg 以上 ， 克莱斯勒公司用铸铝合
金生产2. 7 L 、 3. 2 L 、 3. 5 L 这 3 种排气量的 V6 发动机 ［ 4］ 及相关部件， 包括缸体、 缸盖、 凸轮、 阀、 进气歧管等 。 2. 2 高强度铝合金材料 （A 铝合金是目前具有最高 7000 系列 l- Zn- M g- Cu ） 抗 室温强度的铝合金， 7000 系列铝合金由于强度高、 冲撞能力强， 适宜于制造汽车的安全保险和防冲撞系
Progress on a lu m i nu m a ll oys and Their heat Treat ment f or aut o mobile materi als
S~A0 Guang-j ie ， Z~ANG ~eng- hua ， XU Luo- pi ng （Shanghai Aut o mobile M etal M ateri als Research and Engi neeri ng Center ， Shanghai Uni versit y ， Shanghai 200072 ， Chi na ） abstract ： The applicati on prospects of al u m i nu m alloys i n auto mobile i ndustr y have been i ntroduced . The trend of apsuch as casti ng al u m i nu m alloys ， hi gh strengt h al u m i nu m alplicati on and st udy on ne W materi als at ho me and abroad ， loys ， co mposite materi als of al u m i nu m matri x and non- dendrite al u m i nu m alloys etc . has been stated briefl y . M eanWhile t he ne Wtechni Cues and ne Wtechnologies ， such as regress heat treat ment ， t her mo mechanical treat ment and se m isoli d f or m i ng etc .have also been i ntroduced . Key words ： auto mobile ； al u m i nu m alloy ； heat treat ment 近年来环保问题越来越受到世界各国的重视， 这 些压力也直接传递到汽车制造业。汽车工业为了节约 燃料、 保护环境、 不断努力减轻汽车重量， 对汽车用材 料提出了更高的要求。增加铝材的使用量是其中的重 要措施之一。这些社会需求促进了铝合金新材料和新 技术的研究和发展。
典型牌号铝合金的力学性能
材料名称 钢材 铸铁 镁合金 铝合金 塑料 其他材料
The m echanical properties of representative al u m i nu m alloys
! MPa b／
570 705 470 310 483
处理方法 T6 T6 T6 T6 T6
! MPa 0 .2／
1
汽车轻量化和铝合金
美国汽车制造商在克林顿政府推动下， 成立了 “新
一代汽车合作计划” （Part nershi p f or t he Next Genera即 PNGV ） 。 美国政府已为 ti on Vehicle ， 1994 年以来， 此投入了15 亿美元的研究开发资金， 美国3 大汽车公 司仅在 1999 年就投入了开发经费共达 9. 8 亿美元。 至今美国福特公司推出了概念车 Prodi gy 、 戴姆勒克莱 斯勒公司推出了概念车 ESX3 、 通用公司推出了概念 车 Precept 。这些概念车的技术参数见表1［1 ］ 。 为了减轻汽车的重量， 各种概念车仔细地考虑了 每 一个细节， 最大限度地减轻重量， 广泛采用铝、 镁、
Table 1
项 目
添加 Zr 元素、 提高 Cu 含量、 调节 过调整 Zn 、 M g 含量、 研制出了 7079 、 Zn／ M 7050 合金。近年来 g 比等方法， 通过调整合金元素的配比、 降低 Fe 、 S i 杂质元素的含 量、 提高合金的纯度， 不断推出性能更为优异的铝合
《金属热处理》 2004 年第29 卷第1 期
29
钛、 高强度钢和复合材料， 从汽车覆盖件到结构件， 从 动力总成到底盘都有铝制零件。布什新政府在 2002 年则推出了一个自由车 （Freedo mCAR ） 项目， 该项目 的长期目标是高效、 价廉、 无污染， 汽车轻量化也是重 要研究内容之一。随着汽车轻量化的不断深入发展， 世界汽车制造业对铝合金的需求量也在不断增加， 典 型美国中型轿车材料消耗对比见表2 。
［ 11 ］ Krys mann W， Kurze P ， D ittrich K ~. Process characteristics and para meters of anodic oxi dati on by spar k discharge （AN0 F ） ［ （ ： J］ .C rys Res & T ech ， 1984 ， 19 7） 973- 978 . ［ 张淑芬， 郝建民， 等. 镁合金表面处理工艺 ［P ］ 12 ］ 蒋百灵， . 中国专利： 1369577 A ， 2002- 10- 18 . ［ 13 ］ W irtz G P ， BroWn S D ， Kri ven W M. Cera m ics Coati ng by ［ Anodic Spar k Depositi on J］ .M ater M anuf Process ， 1991 ， 6 （ ： 1） 87- 155 . ［ 14 ］ Yerokhi n A L ， Lyubi mov V V ， A shit kov R V. Phase f ormati on i n cera m ic coati ngs duri ng plas ma electrol ytic oxi da［ ti on of al u m i ni u m alloys J］ . Cera m ics i nternati onal ， 1998 ， （ ） ： 24 1 1- 6 . ［ 15 ］ Yerokhi n A L ， N ie X ， Leyland A ， et al . P las ma electrol ysis ［ f or surf ace engi neeri ng J］ . Surf ace and Coati ng T echnolo1999 ， 122 ： 73- 93 . gy ，
［ 5］ ， 该 金。北京航空材料研究所研制出了 7 A55 合金
乘坐人数 加速性能 0! 100k m／ S 燃油经济性
-1 （ ／ L・ 100k m ） 整车重量 ／ kg
合金在具备较高塑性的同时， 静强度突破了 700 MPa ， 是目前所公开的变形铝合金中强度级别最高的之一， 其性能指标见表3 。
表3 Table 3
铝合金牌号 7050 7 A55 2024 6061 6 A10
表2 Table 2
美国典型中型汽车耗材变化表
The representative change of materials consu mption i n m i ddle-sized cars of USA
1977 年 （kg ） 998 .8 244 .9 0 .46 44 .0 76 .2 298 .2 1997 年 （kg ） 811 .9 171 .4 2 .73 94 .3 109 .8 283 .0 97 年比77 年 （ %） -19 % -30 % + 493 % + 114 % + 44 % -5 % 97 年比77 年 （ kg ） -186 .9 -73 .5 + 2 .2 + 50 + 34 -15
作者简介： 邵光杰 （ ， 男， 浙江镇海人， 教授， 博士生导 1950. 9 —） 师， 本刊编委会委员， 主要从事金属材料及强韧化研究。联系 电话： 021- 56331178 基金项目： 上海市科技发展基金项目 （ 015211006 ） 收稿日期： 2003- 09- 01 ［ 5 ］ 柳田和夫.Cera m ics fil m s on al u m i nu m by electrol ytic depo［ ］ ， （ ： siti on process J . !"#$! 1987 ， 17 4） 49 . ［ 6］ T i moshenko A V ， 0para B K ， et al . For mati on of Protecti ve W ear-resistant 0 xi de Coati ngs on A lu m i nu m A lloys by t he M icroplas ma M et hods For m ACueous E lectrol yte Sol uti ons ［ ： J］ . Proc I nternati onal Corrosi on Congress ， 1993 ， 1（12 ） 280- 293 . ［ 邓志威， 等. 铝合金微弧氧化陶瓷膜的相分布及 7 ］ 薛文斌， 其形成 ［ （ ： J］ . 材料研究学报， 1997 ， 11 2） 169- 172 . ［ 熊仁章， 等. 铝基复合材料表面微弧氧化涂覆陶 8 ］ 王永康， 瓷膜研究 ［ （ ： J］ . 兵器材料科学与工程， 1998 ， 21 4） 25- 27 . ［ 骆更新， 等. 微弧氧化与材料表面陶瓷化 ［ 9 ］ 刘凤岭， J］ .材 料保护， ， （ ） ： 1998 31 3 12- 24 . ［ 10 ］ Bul yshev S I ， Fedorov V A ， Dauilevsky V P ， et al . The kiuetics of coati ng f or mati on i n m icro- arc oxi dizi ng progress ［ ， ， ： J］ .F iz Kh m. 0brab ， M ater（ i n Russia ） 1993 （ 6） 53- 95 .
表1 PNGV 对样车的要求和概念车所达到的指标 The reIuire m ent of PNGV to sa mple car
PNGV 戴姆勒克莱斯勒公司 福特公司 通用公司 目标要求 ESX3 Prodi gy Precept 5! 6 5 5 5 12 3. 0 898 11 3 .3 1020 12 3 .3 1082 11 .5 3. 0 1304
505 681 325 275 449
（% ） " 5Fra Baidu bibliotek9 13 17 12 13
欧洲铝业协会预测： 在今后 5 年内平均汽车耗铝 将达 150kg／ 辆， 2007 年世界汽车年耗铝量将达 1000 万吨 （ 。按我国汽车工业的规划， 2001 年为580 万吨） 近年内我国汽车工业将年耗铝数十万吨， 铝合金汽车 零部件的年产值将超过数百亿元， 如果参加国际汽车 零部件制造业大系统， 则前景更为广阔。
汽车用铝合金材料及热处理进展
邵光杰， 张恒华， 许珞萍 （上海大学 上海汽车金属材料研究工程中心， 上海 200072 ） 摘要： 介绍了铝合金在汽车工业中的应用前景， 简述了国内外在铸造铝合金、 高强度铝合金、 铝基复合材料、 非树 枝晶铝合金等新材料应用研究动向及回归热处理、 形变热处理、 半固态成形等新技术、 新工艺方面开展的研究工 作。 关键词： 汽车； 铝合金； 热处理 中图分类号： TG146. 2 文献标识码： a 文章编号： （ 0254- 6051 2004 ） 01- 0029- 04
［ 3］ 缸体相比， 减重30kg 以上 ， 克莱斯勒公司用铸铝合
金生产2. 7 L 、 3. 2 L 、 3. 5 L 这 3 种排气量的 V6 发动机 ［ 4］ 及相关部件， 包括缸体、 缸盖、 凸轮、 阀、 进气歧管等 。 2. 2 高强度铝合金材料 （A 铝合金是目前具有最高 7000 系列 l- Zn- M g- Cu ） 抗 室温强度的铝合金， 7000 系列铝合金由于强度高、 冲撞能力强， 适宜于制造汽车的安全保险和防冲撞系
Progress on a lu m i nu m a ll oys and Their heat Treat ment f or aut o mobile materi als
S~A0 Guang-j ie ， Z~ANG ~eng- hua ， XU Luo- pi ng （Shanghai Aut o mobile M etal M ateri als Research and Engi neeri ng Center ， Shanghai Uni versit y ， Shanghai 200072 ， Chi na ） abstract ： The applicati on prospects of al u m i nu m alloys i n auto mobile i ndustr y have been i ntroduced . The trend of apsuch as casti ng al u m i nu m alloys ， hi gh strengt h al u m i nu m alplicati on and st udy on ne W materi als at ho me and abroad ， loys ， co mposite materi als of al u m i nu m matri x and non- dendrite al u m i nu m alloys etc . has been stated briefl y . M eanWhile t he ne Wtechni Cues and ne Wtechnologies ， such as regress heat treat ment ， t her mo mechanical treat ment and se m isoli d f or m i ng etc .have also been i ntroduced . Key words ： auto mobile ； al u m i nu m alloy ； heat treat ment 近年来环保问题越来越受到世界各国的重视， 这 些压力也直接传递到汽车制造业。汽车工业为了节约 燃料、 保护环境、 不断努力减轻汽车重量， 对汽车用材 料提出了更高的要求。增加铝材的使用量是其中的重 要措施之一。这些社会需求促进了铝合金新材料和新 技术的研究和发展。
典型牌号铝合金的力学性能
材料名称 钢材 铸铁 镁合金 铝合金 塑料 其他材料
The m echanical properties of representative al u m i nu m alloys
! MPa b／
570 705 470 310 483
处理方法 T6 T6 T6 T6 T6
! MPa 0 .2／
1
汽车轻量化和铝合金
美国汽车制造商在克林顿政府推动下， 成立了 “新
一代汽车合作计划” （Part nershi p f or t he Next Genera即 PNGV ） 。 美国政府已为 ti on Vehicle ， 1994 年以来， 此投入了15 亿美元的研究开发资金， 美国3 大汽车公 司仅在 1999 年就投入了开发经费共达 9. 8 亿美元。 至今美国福特公司推出了概念车 Prodi gy 、 戴姆勒克莱 斯勒公司推出了概念车 ESX3 、 通用公司推出了概念 车 Precept 。这些概念车的技术参数见表1［1 ］ 。 为了减轻汽车的重量， 各种概念车仔细地考虑了 每 一个细节， 最大限度地减轻重量， 广泛采用铝、 镁、