鋁合金越來(lái)越多的作為汽車結(jié)構(gòu)件使用，但仍然存在大量的問(wèn)題，同時(shí)我們也要面臨材料與工藝開發(fā)的諸多挑戰(zhàn)。帶著這些話題，在由SMM網(wǎng)主辦的“2019(第十四屆)銅鋁峰會(huì)-鋁產(chǎn)業(yè)鏈高峰論壇暨鋁行業(yè)品牌盛典”上，蘇州大學(xué)研究員張海濤對(duì)于汽車輕量化、鋁合金在汽車輕量化的應(yīng)用等方面做出了詳細(xì)解讀。
汽車輕量化背景
2017年,中國(guó)汽車產(chǎn)量為2901.5萬(wàn)輛，汽車銷量為2887.9萬(wàn)輛，年產(chǎn)量年和銷量均為世界第一。
工信部預(yù)計(jì)，在2020年我國(guó)新能源汽車，將達(dá)到200萬(wàn)輛。
在我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的高速持續(xù)增長(zhǎng)同時(shí)，汽車已成為世界能源消耗和污染物排放的主要來(lái)源。為了應(yīng)對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的環(huán)境和能源短缺問(wèn)題，各發(fā)達(dá)國(guó)家均制訂了嚴(yán)格的法規(guī)來(lái)限制汽車燃油消耗和溫室氣體的排放，歐盟到2021年二氧化碳排放量須降至95G/km，美國(guó)到2025年須降至97g/km，日本到2020年須降至122g/km。我國(guó)規(guī)定到2020年須降至117g/km，同時(shí)工信部出臺(tái)了《乘用車燃料消耗量限值》(GB19578-2004)，規(guī)定在2020年乘用車平均油耗5L/100km。眾所周知，減少車輛的整備質(zhì)量是減低油耗和減少排放最為有效的方法，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車每減少100kg，節(jié)省燃油0.3~0.5L/(100km)，可減少CO2排放8~11g/(100km)。
工信部正式發(fā)布了《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》
2017年全球新能源乘用車銷量超100萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)57%。其中，我國(guó)仍然是全球最大的新能源汽車市場(chǎng)(2017年銷量達(dá)到522萬(wàn)輛)。但是，新能源汽車無(wú)法遠(yuǎn)距離續(xù)航的問(wèn)題成為人們選擇新能源最糾結(jié)的關(guān)鍵。針對(duì)這一問(wèn)題，未來(lái)的破局需要從兩個(gè)方面來(lái)解決，第一個(gè)顯而易見是電池容量的增加，第二個(gè)是降低汽車整備質(zhì)量，每減少100公斤的整備質(zhì)量可以增加續(xù)駛里程10%，節(jié)約電池成本15%-20%。
鋁是汽車輕量化的首選材料
鋁合金在汽車輕量化中的應(yīng)用
據(jù)預(yù)測(cè)2020年國(guó)內(nèi)汽車用鋁量將達(dá)190kg/輛，新能源汽車可達(dá)200kg/輛。
鋁合金在汽車輕量化中的應(yīng)用
鋁零部件在HONDA-LEGEND的應(yīng)用例
汽車結(jié)構(gòu)件用變形鋁合金面臨的挑戰(zhàn)變形鋁合金在汽車結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用
變形鋁合金在車身中的應(yīng)用-擠壓材
由于鋁合金擠壓型材可以簡(jiǎn)單地生產(chǎn)出鋼鐵無(wú)法生產(chǎn)的各種復(fù)雜斷面結(jié)構(gòu)的型材，做為汽車輕量化的有效手段之一備受關(guān)注。擠壓型材由于其重量輕，剛性好做為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用在汽車的各個(gè)部分。
1990年日本汽車制造商就在世界上將各種擠壓型材應(yīng)用到汽車上，生產(chǎn)出了全鋁車身的NSX跑車，其中擠壓型材占用材總量的12%。隨著鋁加工技術(shù)的發(fā)展，型材的高精度3維彎曲加工技術(shù)以及6xxx系合金材料的組織控制和均一屈服強(qiáng)度控制熱處理技術(shù)的確立，使擠壓型材在汽車上的應(yīng)用空間得到極大地?cái)U(kuò)展。上世紀(jì)90年代末日本的本田汽車開發(fā)的混合動(dòng)力車INSIGHT，已將擠壓型材的用量從NSX的12%提高到了30%。同時(shí)采用鋁合金框架的車體無(wú)論從減輕重量還是從剛性都比鋼制車體有很大的提高，因此為鋁合金車體在安全上提供了良好的發(fā)展空間。
變形鋁合金在底盤中的應(yīng)用-擠壓材
變形鋁合金在底盤中的應(yīng)用-鍛件
汽車結(jié)構(gòu)件用變形鋁合金面臨的挑戰(zhàn)
問(wèn)題：性能的穩(wěn)定性；更高靜態(tài)性能；更高疲勞性能
影響因素：材料-合金化；微觀組織的控制；合金開發(fā)-6XXX鋁合金
汽車結(jié)構(gòu)件用鑄造鋁合金面臨的挑戰(zhàn)
問(wèn)題：連接方式受限：焊接、鉚接；靜態(tài)性能差；疲勞性能差。
影響因素：材料-合金化；熱處理；含氣量；氧化物、金屬間化合物等夾雜物。
蘇州大學(xué)研究結(jié)果
變形鋁合金
最后，張海濤表示提出了鋁合金相關(guān)建議和發(fā)展思路：
一、不增加成本為前提的新型高強(qiáng)韌結(jié)構(gòu)用鋁合金的開發(fā)思路：微合金化，熱變形，熱處理等；
二、擴(kuò)大高強(qiáng)韌鋁合金在汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用；
三、新生產(chǎn)工藝的研發(fā)：探索新工藝新方法，提升產(chǎn)品的成分均勻、組織致密、晶粒細(xì)化等增加強(qiáng)度和韌性的因素；研制新生產(chǎn)設(shè)備。
