汽车铝合金材料的应用与发展
焦登宁 王旭飞 谭飞等
摘 要：为了实现汽车行业的可持续发展，汽车轻量化已成为一种发展趋势，铝合金因其优良的性能越来越多的被应用于汽车上，本文通过分析铝合金材料的特点与性能优势，阐述了车用铝合金材料发展历程与应用，进而总结出我国汽车轻量化进程中所面临的主要难题，推动汽车轻量化的良好发展。
关键词：轻量化技术;铝合金;汽车行业
0 引言
随着中国汽车制造由大到强的转变，汽车产品低碳化、智能化及信息化发展趋势已被行业所认可，为了更好的兼顾产品性能和成本的前提下，轻量化技术是汽车工业节能减排重要手段。其旨在保证汽车性能同时不增加或少增加成本的前提下、显著降低汽车油耗。轻量化的实现主要有三种手段：一是制造上采用轻质材料，二是结构优化设计，三是进行工艺的革新。采用新型材料是汽车轻量化最直接的手段。研究表明：汽车整车重量降低10%，其燃油经济性可提高6%-10%，汽车重量降低1%，油耗可降低7%。汽车为了更好地朝着高效能、低能耗、低排放方面发展，轻量化技术已成为提高汽车企业核心竞争力的有效措施。而铝合金的发展在其中扮演着越来越关键的作用。
1 铝合金材料的特点与性能分析
铝密度小，比强度高，经久耐用，耐腐蚀性好、导热性好、良好的成形性能及工艺性能且表面美观，最适合汽车零部件的压铸件，且回收利用率高，根据美国铝业协会报告指出，汽车每使用0.45kg铝就可减轻车重1kg，理论上铝制汽车可以比钢制汽车减重40%左右。据国外经验1kg铝能代替2.25kg铸铁，所以用铝材制造汽车零部件对汽车将有显著的瘦身效果，故铝合金已成为实现汽车轻量化不可或缺的材料。
2 铝合金的发展及在汽车上的应用
汽车用铝的发展大致经历了三个阶段，第一阶段主要是“四门两盖”的车身阶段，车企通过在发动机罩、行李箱盖、汽车挡泥板、车门等部件采用铝合金材料以求降低油耗。第二阶段主要是“壳式支撑结构”车身阶段，其代表是1990年生产的丰田NSX。第三阶段是“空间框架结构”车身阶段，其代表是奥迪A8、捷豹XFL、特斯拉均采用全铝车身。
目前铝合金在汽车上应用的形式：有铸造铝合金和变形铝合金。其主要特点及应用场合如图表1所示：
3 鋁合金发展面临的挑战
虽然铝合金作为轻量化材料方面有很大的优势，汽车零部件铝合金的渗透率也在逐渐加大，但是铝合金发展同样面临挑战，主要原因如下：
（1）高昂的成本，以前铝的加工方式是将厚的铝合金板冲压成薄板再进行加工，目前采用的是和钢板冲压类似的热冲压成形技术。这对工艺要求比较严格，在加工过程中由于摩擦力作用，截面各处材料流动不均，容易在应力集中地方产生急剧减薄而发生破裂，使工艺变的复杂，努力协调好压边力与冲压力的关系，加上良好的润滑，是实现铝合金热冲压再次降低材料成本的关键。因此这使得全铝车身的应用只能局限于高端车型而无法向数量庞大的经济车型拓展，高昂的成本也是导致奥迪A8豪华车型放弃全铝车身的原因，据奥迪官网声称，奥迪计划于2018年发布的新款A8车型的车身选择回归钢铁材料，决定40%的车身结构件将使用钢铁，这是自奥迪1994年研制A8使用全铝制白车身后的重大转变。
（2）铝合金的性能因素也是制约其发展的重要因素，在某些部件上他仍无法取代钢材，同时铝合金的连接技术也制约其发展。
（3）碰撞后的维修问题，铝合金形变能力差（成塑性差）敲打只会打坏部件，加温的话又无法保证降温后的强度，所以基本上说，碰撞变形后，铝合金部件需要整件替换，十分麻烦，且费用昂贵。
4 结束语
汽车节能减排永远是汽车发展的永恒话题，围绕实现制造强国的战略目标，国家在《中国制造2025》中指出继续支持汽车产业的发展，努力提升轻量化材料核心技术的工程化和产业化能力，建立从关键零部件到整车的完整工业体系和创新体系，推动自主品牌节能与新能源汽车同国际先进水平接轨。相信随着成本高和连接困难等一系列技术难题的攻克，铝合金材料会成熟的应用到汽车中去，为轻量化发展做出重要贡献。
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作者简介：焦登宁（1992-），男，陕西咸阳人，研究生，研究方向：汽车节能技术。
