铝合金在汽车轻量化领域的应用研究

由于铝合金具有重量轻、比强度高、耐腐蚀、成型性好、可回收利用等优点，可以用铝合金代替钢制造汽车零部件。

目前，国内外众多汽车企业已经实现了铝合金汽车的轻量化升级。与传统钢制汽车相比，铝制车身可减轻30%~40%的整体重量，铝制发动机可减轻30%的重量。并且整车轻便、坚固，便于整车结构模块化、个性化设计和多样化布局。不仅节能减排，还能提高车辆的操纵稳定性和碰撞安全性。

目前实现汽车轻量化主要有以下三种途径：
(1)材料轻量化，如在汽车中增加轻合金、高强度钢、高性能复合材料的使用。
(2)轻量化结构设计，如构件的薄壁和镂空设计。
(3) 制造工艺轻量化，如气体辅助成型、液压胀形和固体颗粒介质胀形一体化成型工艺代替传统的不等厚注射成型和二次焊接加工

铝合金在汽车车身轻量化中的应用

汽车车身一般由覆盖件和车架结构组成。覆盖件组装在车架结构上，形成整车的外观。随着人们对汽车外观审美要求的进一步提高，覆盖件趋向于美观、轻量化、低风阻的方向发展。覆盖件的外板是客户的直观感知部分，注重成型工艺、耐腐蚀性、电泳漆的变形和漆面的光洁度，同时也兼顾了产品的配套性和可行性。车辆形状。

AA6000系列可热处理铝合金具有强度高、成型性能好、喷漆、烘烤、硬化等特点。几乎成为覆盖件外板的专用铝合金。此外，AA7075、AA7N01等7000系列超高强度铝合金在覆盖件外板方面也处于研究前沿，有望获得更广泛的推广应用。

不同于对覆盖面板外面板表面质量的高标准要求，覆盖面板内面板更注重材料的深冲和拉伸性能，良好的粘合和支撑强度。 
近年来，AA5754和AA5182是覆盖件内板最常用的铝合金，具有优越的成型和焊接性能。此外，在车辆发生碰撞时，AA554和AA5182表现出良好的吸能缓冲效果，可为乘客提供更好的安全保护。

车体的框架结构是构成汽车的重要支撑。底盘、电器、动力总成等零部件组装在车体的车架上，是整车的基本载体。无论是3H框架结构还是龙骨框架结构，其刚度和抗扭能力都是不可忽视的重要参数。

铝合金车身骨架的使用，可以有效降低整车准备质量，提高整车的机械性能和安全性能。据欧宝称，铝制车身在质量和性能上比钢提高 23%，在扭转和刚度方面提高 74%，在弯曲方面提高 62%。

分析表明，与传统钢制车身相比，铝化率越高，车辆轻量化效果越好，更有利于节能减排，进一步优化车辆的运行稳定性和乘坐舒适性。但由于铝合金材料在车身上的应用，如铝合金的成型工艺和模具，对具体的环保性能和维修方法研究较少，且成本比钢贵，铝合金一直主要用于高长期以来对轻量化要求极其严格的高端汽车和新能源汽车。 

近年来，随着铝合金材料研究的进一步深入，以及制造和使用成本的逐渐降低，其在中低端车上的使用也在逐渐增多，相信在不久的将来，使用铝合金车身会更受欢迎，全面覆盖车身组装零件。



铝合金在底盘轻量化中的应用

底盘系统作为汽车的三大部件之一，承载着传动、驱动、转向、制动等功能。它直接关系到车辆的通过性、操作稳定性和乘坐舒适性，也是客户关注和感知的系统之一。 

传统的底盘零件是铸铁件，质量大，容易生锈。随着新材料、新技术的发展，铝合金已广泛应用于汽车底盘轮辋、转向节等关键疲劳结构系统。Tebaldini等基于a356-T6铝合金轮辋疲劳裂纹研究表明，疲劳裂纹总是从气孔开始，低压铸造缺陷是导致轮辋疲劳裂纹的重要因素之一。

与锻造相比，低压铸造工艺生产的铝合金轮辋具有更好的成本效益和复杂的成形性能，但由于不可避免的铸造缺陷，铸铝轮辋的力学性能略低于锻造铝轮辋。采用铝合金轮辋可有效降低车辆驱动系统的簧下质量，吸收行驶过程中产生的振动和扭矩，提高车辆的行驶稳定性、操作稳定性和乘坐舒适性。与钢轮辋相比，铝合金轮辋的散热性能和传热性能更优越，能有效散发制动系统和驱动系统的热量，降低热负荷，提高车辆行驶安全性。

底盘总成中的转向节是汽车转向系统的关键结构件。它们在控制车辆行驶方向上起重要作用，在车辆行驶过程中承受可变冲击载荷，容易发生疲劳失效。

结果表明，与铸造缺陷的必然性相比，锻造件的力学性能优于铸造件，能更好地满足铝合金对汽车底盘件的性能要求。因此，低成本、高性能的锻造工艺将成为未来轻量化铝合金底盘零部件领域的研究重点。

铝合金在动力总成轻量化中的应用

随着广大用户对动力性能要求的不断提高，轻量化、低消耗、良好的导热和耐腐蚀性已成为优秀发动机的重要标志，而铝合金材料完美地兼顾了上述性能，使其可替代球墨铸铁制造发动机。

针对发动机的特殊工作环境，要求选用的铝合金材料应具有耐高温、抗冲击、耐腐蚀、抗疲劳等特点，并能在工作环境下保持良好的机械性能。高温高压，反复振动和冲击。

结果表明，适当的热处理有助于提高铸造发动机缸体的抗疲劳性能，铝合金的疲劳极限会随着晶粒组织的细化而提高。

同时随着气缸热喷涂技术的发展和演变，可以有效地增加气缸壁的强度，减少气缸壁与活塞的摩擦，减小气缸容积，提高气缸的使用寿命，同时也降低了气缸的使用寿命。发动机的质量，使发动机朝着轻、快、好、省的方向发展。随着动力、排放和轻量化要求的不断提高，整车动力总成系统面临巨大挑战，要求发动机、变速箱、驱动电机等动力总成零部件向极致轻量化方向发展。

轻量化铝合金动力总成零部件的研究侧重于极端工况下的材料性能提升、优化计算和多部件集成技术，以减少体积和质量；同时在成型技术和生产成本上也应该有突破。

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