轻量化铝合金在汽车上有哪些应用？

轻量化铝合金在汽车上有哪些应用？

近 20 年来，世界性能源问题变得越来越严重，这使得减轻汽车自重、降低

油耗成了各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。据有关数据介绍，汽车重量每减

少 50kg，每升燃油行驶的距离可增加 2km；汽车重量每减轻 1%，燃油消耗下降

0.6%～1%。铝具有密度小、耐蚀性好等特点，且铝合金的塑性优良，铸、锻、冲

压工艺均适用，汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材

料利用等几个方面比较，铝合金已成为汽车生产*的重要材料。目前，美

国、日本、德国是汽车采用铝合金zui多的国家，如德国大众 AudiA8、A2，日本

的 NXS 等车身用铝合金量达 80%。我国汽车除上海桑塔纳、一汽奥迪和捷达（均

为引进生产线）用铝合金外，国产以红旗较多，约 80～100kg。有资料表明，用

铝合金结构代替传统钢结构，可使汽车质量减轻 30%～40%，制造发动机可减轻

30%，制造车轮可减轻 50%。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运

输的重要途径之一。因此，研究开发铝合金汽车目前显得十分必要。

轻量化铝合金在汽车上有哪些应用？

1  铝合金在汽车工业中的应用背景

zui早把铝材运用到汽车上的是印度人，据记载，1896 年印度人用铝制

做了汽车曲轴箱。进入 20 世纪早期，铝在制造豪华汽车和赛车上有一定的应用，

铝制车身的汽车开始出现，如亨利²福特的 Model T 型汽车和二、三十年代欧洲

赛车场上法拉利 360 赛车都是铝制车身。

汽车用铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金在汽车上的使用

量zui多，占 80%以上，其中又分为重力铸造件，低压铸造件和其它特种铸造零件。

变形铝合金包括板材、箔材、挤压材、锻件等。各国工业用铝合金材料的品

种构成虽然有一定的差异，但大体是相同的。其品种构成：铸件占 80%左右，锻

件占 1%～3%，其余为加工材。美国汽车工业中变形铝合金占较大比例，达 36%。

1 1.1  铸造铝合金的应用

铸造铝合金具有优良的铸造性能。可根据使用目的、零件形状、尺寸精度、

数量、质量标准、机械性能等各方面的要求和经济效益选择适宜的合金和合适的

铸造方法。铸造铝合金主要用于铸造发动机气缸体、离合器壳体、后桥壳、转向

器壳体、变速器、配气机构、机油泵、水泵、摇臂盖、车轮、发动机框架、制动

钳、油缸及制动盘等非发动机构件。

1.1.1 发动机用铝合金

汽车发动机用铝合金制造轻量化zui为明显，一般可减重 30%以上，另外，发

动机的气缸体和缸盖均要求材料的导热性能好、抗腐蚀能力强，而铝合金在这些

方面具有非常突出的优势，因此各汽车制造厂纷纷进行发动机铝材化的研制和开

发。目前国外很多汽车公司均已采用了全铝制的发动机气缸体和气缸盖。如美国

通用汽车公司已采用了全铝气缸套；法国汽车公司铝气缸套已达*，铝气缸

体达 45%；日本日产公司 VQ 和丰田公司的凌志 IMZ-FEV6 均采用了铸铝发动机油

底壳；克莱斯勒公司新 V6 发动机气缸体和缸盖都使用了铝合金材料。

1.1.2 轮毂用铝合金

铝轮毂因为质轻、散热性好，并具有良好的外观，而逐渐取代了钢轮毂。在

过去的 10 年，铝合金汽车轮毂以 7.6%的年增长率增长，根据分析，到 2010

年时，汽车轮毂铝化率可达 72%～78%[4]。A365 是一种铸造铝合金，它具有良好

的铸造性能又具有高的综合力学性能，各国的铸造铝合金轮毂都是此类合金

生产的。我国西南铝加工厂与日本轻金属株式会合作开发了 A6061 铝合金轮毂。

1.2  变形铝合金的应用

变形铝合金在汽车上主要用于制造车门、行李箱等车身面板、保险杠、发动

机罩、车轮的轮辐、轮毂罩、轮外饰罩、制动器总成的保护罩、消声罩、防抱死

制动系统、热交换器、车身构架、座位、车箱底板等结构件以及仪表板等装饰件。

1.2.1 车身板件用铝合金

板材在轿车上的应用比重不断上升，如经热处理（如：T4、T6、T8）的 6000

系（AI-Mg-Si 系）铝合金板材，能够很好的满足汽车对壳体的要求，可用做车

身框架材料。Audi A8 的车身钣金件，即采用了本系合金铝材。另外，2000 系

（AI-Cu-Mg 系）、5000 系（AI-Mg 系）和 7000 系（AI-Mg-Zn-Cu 系）铝合金也

可应用于车身材料。近几年，采用6000系和7000系高强度铝合金开发了“口”、

“日”、“目”、“田”字形状的薄板和中空型材，不仅质量轻、强度高、抗裂

性能好，而且成型性能好，在汽车上得到了广泛的应用。

1.2.2 其它铝合金结构件

铝合金也被广泛应用于汽车的其他部位，如：美国通用汽车公司用 7021 铝

板制造 Smure 轿车保险杠增强支架，福特公司用 7021 铝板制造 Lincoln Town

轿车保险杠增强支架[7]。汽车悬挂件也应用了铝合金材料，有效减轻了相应零

部件的质量，提高了汽车行驶的平顺性、稳定性，如用 6061 锻件生产的盘式制

动器卡爪、动力传动框架等。此外，铝合金也广泛用于汽车空调系统，如日本用

6595 铝合金做汽车散热器和冰箱散热器。

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2  新型铝合金在汽车上的应用

2.1  快速凝固铝合金

快速凝固条件下（冷速达 104～109℃/S）,材料将引起一些组织结构上的新

特征：超细化的微观组织；提高合金的固溶度极限；成分的高度均匀、少偏析或

无偏析；形成新的亚稳相等。基于这些特征，快速凝固铝合金必然会在汽车行业

得到应用。Sumitomo 电器公司利用快速凝固 PM AI-Si-X 高硅铝合金代替烧结钢，

大批量制造汽车空调压缩机转子和叶片，使转子重量减轻 60%，整个压缩机重量

减轻 40%；雅马哈汽车制造公司生产的快速凝固高硅铝合金活塞也投入市场，这

种活塞与普通铸铁相比，重量减轻了 20%，寿命提高了 30%，而且显著降低了噪

音，减少污染；马自达汽车公司利用喷射沉积 Al-Si-Fe-Cu-Mg 合金制造了一种

新型发动机转子，提高了发动机效率，能节油 20%。

2.2  铝基复合材料

以陶瓷纤维、晶须、微粒等为增强材料，生产铝基复合材料，其比强度、比

弹性模量、耐热性、耐磨性等大幅度提高，可用做发动机零件，如用粉末冶金法

研制成功的 Al2O3 或 SiC 颗粒（晶须）增强的 Al-Si 系合金活塞，在保留 Al-Si

合金活塞优点的同时，可进一步改善活塞的强度、耐磨性、耐热性和抗疲劳性能，

用于汽车发动机上；此外，颗粒增强铝基复合材料还可用于制造车辆发动机的汽

缸体、活塞和连杆等部件。

2.3  泡沫铝合金

泡沫铝合金是一种在金属基体中分布有无数气泡的多孔材料，这种材料的质

量更轻、强重比更高，并具有高的吸能特性、高的阻尼特性和吸振特性。将泡沫

铝填充于两个高强度外板之间制成的三明治板材，在用于车身顶盖板时，可提高

刚度、轻量化并改善保温性能，用在保险杠、纵梁和一些支柱零件上时，可以增

加撞击吸能的能力，在轻量化的同时，提高了撞击安全性。

3  铝合金在汽车上的发展前景

在轻量化金属中，镁合金密度虽比铝合金小，但镁锭成本较高，且零件制造

过程中还有许多技术障碍，如缺少高温压铸合金和设计数据，表面处理技术粗劣，

结合水平低等，所以目前在汽车上的使用量相当有限；而航空航天用的钛合金虽

有高的机械强度，但制造工艺困难和制造成本昂贵，导致钛合金无法大批量的应

用于汽车生产。铝合金在成本、制造技术、机械性能、可持续发展（地壳中铝含

量zui多，占 8.1%）等方面综合性能好，因此铝合金是现在及将来汽车工业中的

轻金属材料。

目前，我国汽车生产量继美国、日本、德国之后，居*四位。而在汽车

铝化率方面，我国的技术还相对比较落后。当前发达国家汽车上铝材的使用已达

138kg，铝化率达 12%，而我国汽车上铝材的使用与国外差距很大，平均用铝量

仅为 60kg，铝化率不到 5%[9]。因此，我国汽车用铝合金市场的发展前景非常广

阔。（来源：程力汽车）