一、鋁合金材料是實現(xiàn)汽車輕量化的重要替代材料之一

       實現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)輕量化的途徑主要有兩條:一是采用合理的設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化車身框架結(jié)構(gòu);二是在車身制造上采用輕質(zhì)材料。由于第一種方式改進空間相對有限，因此第二種方式逐漸成為近年來車身輕量化的主流。目前，具備推廣意義的汽車輕量化材料主要包括高強度鋼、鋁合金、鎂合金、工程塑料等。其中高強度鋼板在汽車行業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用，近兩年新上市的轎車中，高強度、超高強度鋼使用量比例達到50%-70%以上;鎂合金由于價格和高溫抗蠕變問題尚未得到有效解決，目前主要應(yīng)用于儀表盤基座、風扇架、作為框架、方向盤軸、燈托架和燈罩等;工程塑料回收和性能問題，目前主要應(yīng)用于內(nèi)部裝飾結(jié)構(gòu)。相比較而言，鋁合金材料是實現(xiàn)汽車輕量化的首選材料。

       實驗數(shù)據(jù)表明，鋁合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵制造汽車，可使整車重量減輕30%到40%；鋁制造發(fā)動機可減重30%；鋁質(zhì)散熱器比相同的銅制品輕20%到40%；轎車鋁車身比原鋼材制品輕40%以上；汽車鋁車輪可減重30%左右。研究表明，汽車每使用1千克鋁，可降低自重2.25千克，減重效應(yīng)高達125%，在汽車整個使用壽命周期內(nèi)可以減少廢氣排放20千克。此外，鋁回收簡便，是鋼鐵以外能最大限度回收利用的材料，幾乎90%的汽車用鋁回收并循環(huán)利用。同時，鋁合金具有良好的物理和化學(xué)性能，工業(yè)生產(chǎn)中的鑄、鍛、沖工藝均能適用，是少數(shù)幾種可采用多種鑄造工藝生產(chǎn)零件的金屬。此外，鋁資源在全球范圍內(nèi)儲量相對豐富，使之成為次于鋼的結(jié)構(gòu)材料，成為汽車輕量化中經(jīng)濟適用和最有竟爭力的材料。

       全球鋁合金材料在汽車重量中的占比已由1980年的4%提高到2010年的29%，并且這一上升趨勢還在持續(xù)，預(yù)計到2015年可達到35%以上，美、歐、日等國單臺汽車鋁材消費可達到280kg以上。從這一角度來看，汽車用鋁合金材料行業(yè)需求空間及前景相當廣闊。

       二、車用鋁合金擠壓材未來需求增長空間可期

       汽車用鋁合金材料主要分為兩大類，鑄造鋁合金和變形鋁合金，其中鑄造鋁合金，約占80%(質(zhì)量占比);變形鋁合金約19%，其他(鋁基復(fù)化材料、泡沫鋁、鋁粉)低于1%。鑄造鋁合金在汽車上用于壓鑄與鑄造發(fā)動機、傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動器、行走系零件及各種附件等;變形鋁合金是以板、帶、箔、管、棒、型材、線材及鍛件、沖擠件等的形式用于制造各種結(jié)構(gòu)件，鋁箔用于制造空調(diào)器的散熱器。

       具體來看，汽車用鋁合金擠壓材90%以上為6xxx系鋁合金生產(chǎn)，此外少量采用3xxx系、5xxx系和7xxx系合金擠壓材。其中型材與管材用得較多，棒材的用量很少，主要應(yīng)用于切削加工一些小的零件。目前小轎車的車身框架主要為鋼板單殼結(jié)構(gòu)，車身占整車質(zhì)量的30%o鋁合金的可擠壓性能好，可生產(chǎn)斷面復(fù)雜的中空薄壁型材，用其制造車身結(jié)構(gòu)和保險杠，車身質(zhì)量可以減輕30%至40%，且與鋼結(jié)構(gòu)的具有同等的杭沖擊強度，當汽車發(fā)生碰撞等意外事故時，能有效地吸收碰撞沖擊能，保護人身安全。近年來汽車結(jié)構(gòu)中承力加固件也都越來越多的使用鋁合金型材制造，比如6061-T6,7003-T5,7016-T5,7021-T62,7029-T62,7129-T62,7046-T63,7N01-TS等。2009年世界汽車工業(yè)用的擠壓鋁合金型材品種與規(guī)格已超過250種。

       全鋁車是近年來行業(yè)發(fā)展的又一大趨勢，是指在目前的技術(shù)條件下，實現(xiàn)可用鋁合金制造零件的全鋁化，即制造車身用材料包括板材、型材與框架型材壓鑄連接件等全部由鋁合金材料制成。以AudiA8為例，其車身由鋁型材、鋁板與壓鑄件制成，自身質(zhì)量比鋼制車身輕40%，用鋁合金擠壓材制成的空間框架(ASF)如同人體的骨骼支撐著鋁薄板等零部件，而車身外覆蓋件以鋁合金薄板沖制而成。美國鋁業(yè)公司與鄭州宇通客車公司設(shè)計制造的大型鋁合金公共汽車車身框架與內(nèi)飾件用鋁合金型材制造，與鋼結(jié)構(gòu)相比，框架減重800kg、車輪減重170kg、車身銀金件減重SSOkg、內(nèi)飾件減重400kg。全鋁宇通汽車的自身質(zhì)量的減輕近2噸(減重46%)。

全鋁轎車車身的鋁材用量比例

資料來源：中企顧問網(wǎng)整理

       2009年全世界汽車工業(yè)消費鋁擠壓材約1300Kt，占世界鋁消費總量的2.4%，占汽車工業(yè)用鋁量的13.5%左右。我國目前擠壓鋁材在汽車中的應(yīng)用還相對較少，從應(yīng)用范圍來看，也僅僅限于轎車熱傳輸系統(tǒng)管路、動力系統(tǒng)管路、導(dǎo)軌、車窗框架、鑲飾等領(lǐng)域，2009年我國車用擠壓鋁材總消費量約280Kt。

       同時，我國用擠壓鋁材制造轎車車身框架很少。隨著國內(nèi)汽車輕量化的快速發(fā)展，在車身系統(tǒng)部件以及其他零配件上，鋁合金擠壓材需求量也將經(jīng)歷一個快速增長階段，比如車門、車身骨架、底盤、座椅、保險杠、底盤、裝飾件等部分，在中高端轎車以及全鋁車中可得到大范圍推廣應(yīng)用。我們預(yù)計未來10年內(nèi)，國內(nèi)汽車用鋁合金擠壓材需求量年均增長率可達到15%以上。

       從生產(chǎn)工藝角度來看，汽車用擠壓鋁型材在質(zhì)量要求上非常高，要求成分合格、組織致密均勻，具有優(yōu)秀的靜態(tài)與動態(tài)輕度，同時在熱處理后具備良好的延展性和韌性。因此，鋁合金型材加工企業(yè)在生產(chǎn)中要對從磨具設(shè)計，到合金配比、溶液凈化，擠壓和淬火環(huán)節(jié)中對溫度、速度的控制，各道工序的工藝參數(shù)都必須嚴格控制。

變形鋁合金材料在汽車中應(yīng)用的主要部件系統(tǒng)

資料來源：中企顧問網(wǎng)整理