显的增加。由铝合金制造的零件已经遍及汽车的发动机、底盘、车身等各个部分,甚至在国外已有全铝汽车面世铝是轻量化首选材料,在高张力钢板、铝、塑料制成的轻量化材料中,铝起到了特别重要的作用。用于汽车上的铝合金大体上可分为铸造铝合金、变形铝合金和铝基复合材料。铸造铝合金在汽车上主要用于发动机、传动机构、转向系统、制动器、行走系及各种附件。在汽车工业发达国家,汽车用铝铸件占到各类铝铸件产量的大半。例如日本,铝铸件的76%、压铸件的77%为汽车铸件。在美国和欧洲,保险杠、油箱也将钢板改用为铝合金,保险杠用的新铝合金也多次被开发。因此,未来汽车的材料构成比例中,欧美地区的铝将成为主要材料,如在德国的试验车中,铝合金使用率已达到全体材料的30%。铝的导热性好,是制作制冷设备、散热器、热交换器的好材料。活塞使用铝是轻量化效果最好的例子。
用铝铸造或压铸成型的活塞、气缸盖、气缸体等零件与铸铁相比,铝的导热性能约高三倍,因而最适于必须要散热的热交换器零件上。这也是铝活塞所要求的特征。由于铝的熔化温度低、流动性好,故易制造复杂形状的零件。根据表面处理及使用条件,可直接作为轴承面使用,也可用于气缸体。电器和无线电工业根据铝的导电性好这一特性,广泛地用于制造电线、电容器、整流器、器配件、无线电器材等。此外,铝线比较容易冷却,能相对地支持更大的电流,更具有经济性。机械制造业广泛用铝和铝合金制造车轮、轮、离心机、通风机、起重机及泵的零部件,活塞发动机气缸等。这是因为铝及其合金不但密度轻而且能达到要求的强度,从而能降低在运转中的量消耗或者在使用相同能量的条件下大大地提运转速度,同时也有可能延长机件的使用寿命。机器和机械的质量和尺寸减小后使其适于生产、运输、安装和操作。铝和铝合金已成为制造飞机、汽车、船舶、拖拉机、机动车辆等不可缺少的料。在日本,铝铸件、压铸件占汽车全部铝用量90%以上,而在美国,轧制铝的用量比例很大,约40%以上。此外还有锻造铝及其合金。铝用量的增加主要是气缸体、散热器、车轮、保险杠、车身外等零件铝化倾向增强所致。
2、铝材在汽车主要零部件上的应用
对于未来汽车,现在迫切需要研究的是环境污染、安全性和降低燃料消耗量的问题。与地球的温室化、大气污染相对应得轻量化技术被提到相当高的位臵。铝合金是
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促进汽车轻量化最重要的材料之一,研究表明,汽车每使用1kg铝,可降低自身质量2.25kg,减重效应高达125﹪。同时在汽车整个使用寿命期内,还可减少废气排放20kg。即用铝的减重和排放效果比为1:2.25:20。铝合金代替传统的钢铁制造汽车,可使整车质量减轻30﹪~40﹪,制造发动机可减重30﹪,制造缸体和缸盖可减重30﹪~40﹪。铝质散热器比相同的铜制品轻20﹪~40﹪,轿车铝车身比钢材制品轻40﹪以上,铝合金代替铸铁和钢材制品件有显著的减重效果,汽车铝合金车轮减重效果也是很明显。汽车自重降低,能耗必然下降,使CO2、CO、NO2等有害物质排放减少,大幅度减轻汽车对空气污染,改善人类生存环境,有极好的经济效应和社会效应。因此,铝合金材料对促进汽车轻量化、降低能源消耗和改善人类生存环境贡献很大,使现代汽车用材料的方向。
另外铝合金的回收率很高,目前国外可达80﹪以上,60﹪以上的汽车用铝合金材料为再生铝,回收生产1t铝合金要比重新生产1t铝合金少耗能95﹪,可节约大量能源。用于汽车工业中加工铝合金所需的工装设备投资要比钢、铁少得多。同时,汽车铝制车身框架以铝挤压型材为主,焊点少,减少了加工程序,提高了装配效率,也减少了制造成本。
3、目前世界汽车行业应用铝材的情况
据有关资料预测:铁基合金在汽车上的应用将在同更轻质的铝合金竞争中明显落于下风。汽车上使用的铝合金首推铸造铝合金、锻造铝合金和铝合金冲压件。今天汽车用铝已经站到了交通工具制造业用铝的80%以上,远远超过了飞机制造业的需求。
但是目前每辆汽车上使用的铝还是比较少的,如美国每辆汽车上所使用的铝在10%以下,而在俄罗斯这一比例仅为3.5%。这是因为铝合金通常要比传统钢铁贵4-5倍。但许多专家认为:在未来几年,车用铝合金的需求量将逐步增加。汽车非承载元
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件的质量将由此减少2/3,承载元件的质量将减少1/3~1/2。
近几十年汽车铝材的应用范围及使用量
年份 1975-1980 1981-1985 1986-1990 1991-1995 应用范围 活塞、缸套、缸盖、油底壳、车轮、变速器壳 加上散热器、空调 加上变速器、水泵壳体、机油泵壳体、发动机进气歧管 加上车轮悬架平衡臂、板簧支撑架、发动机支撑架、前桥、燃油箱、储气管、凸轮轴支撑架、蓄电池箱 加上车门及其他车身元件、座椅、仪表板、转向柱、安全气囊支架、油门及离合器托架 加上车身空间框架 单车使用量 (kg) 33 43 72 89 1996-2000 2001-2005 94 156 国际车用铝合金大会专家所作出的预测也证实了这一点:到2015年时,每辆轿车铝合金的使用量将达到200kg,也就是说将比2005年增长30%-50%。
车用铝合金产品可以分为铸造铝合金、锻造铝合金以及铝合金板材。2000年铸造铝合金的质量占整车质量的4%,到2006年时,这一比例已经上升到了8%。锻造铝合金的这一比例由原来的2%上升至6%.而铝合金板材由1.7%上升到了4%。
车用铝合金的使用量逐年上升的趋势,并不是近几年才出现。早在上世纪七十年代初期,汽车活塞、缸套、缸盖、减速器壳体以及变速器壳体就开始采用铝合金制造。
比如,4缸发动机铝合金缸盖的质量就比原来减轻了一半。在美国通用公司和福特公司1990年生产的轿车中,搭载安装了这种新型缸盖的发动机就占了1/5。1995年这一比例更是上升至40%,2000年时增加到了70%,而2005年则达到了95%。
在车用铝合金领域,西欧也不甘示弱。1985年西欧70%的汽车装配了铝合金散热器,到1996年时更是达到100%。
铝合金在汽车零部件制造领域找到了广阔空间。特别是汽车车轮采用铝合金铸造
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后,质量减轻了35 kg -40kg,这就减轻了车辆悬架系统和制动系统的负荷。
锻造铝合金也在这几年获得了广泛的应用,独立悬架的横臂、转向节臂采用锻造铝合金。
从整体上说.在目前大批量生产的轿车和轻型(小于3.5L)载货汽车上,铝合金铸件的使用情况是:传动系统、缸套、缸盖、活塞发动机进气歧管占了61.9%,散热器占了12%,车轮占了15.7%。锻造铝合金的使用情况是:底盘及悬架系统占了4.6%,车身覆盖件(发动机盖及行李厢盖)占了1.2%,车身受力元件占了0.7%,保险杠占了0.4%。
据专家预测,到2010年时,铸造铝合金的使用比例为69%,铝合金板材占17.8%,铝合金冲压件占7.4%,还有5.3%的是锻造铝合金其它部件。
使用最为广泛的当属2000系和6000系铝合金,这两种铝合金的硫含量不超过0.4%。更具体一点说.英国、德国、美国和日本主要使用Al-Si-Cu系铝合金,它能较好地满足液态模锻的要求。
复合铝合金在最近几年来也受到了汽车研发人员的重视。奔驰公司生产的Smart微型轿车的减振柱采用铝合金制成,但后轮制动鼓采用填充了碳化硅的复合铝合金铸造而成,极大地提高了制动系统的摩擦系数和导热性能。
目前,车用铝合金主要有2000Al-Cu系,5000Al-Mg-Mn系以及6000Al-Mg-Si系。虽然它们的成型性能要比钢差,但经验表明可以通过热处理来消除这一缺点。
不同车用铝合金的性能与应用范围
系列 性能 铝含量99%以上,机械强化处理,1000 抗腐蚀性好,导电导热能力强 内饰件、标牌、热压管、冷凝管翅片 应用范围 2–18
含合金元素铜,热处理后屈服点和低碳钢的一样,时效处理强化,与2000 6000系或7000系铝合金联合使用能提高抗腐蚀性 含镁、抗腐蚀性及成型能力好,不3000 能热处理强化 内饰件、覆盖件、保险杠、载货汽车车身含镁,不能热处理强化,中高强度,5000 焊接性及腐蚀性好 发动机支架 含镁、硅,可热处理强化、使用范车身板件、保险杠、支撑件、挤压件、万板件、车身内板、隔热板、焊接件、车轮、内饰件、冷热系统散热器、冷凝器硬管 车身内外覆盖件,支撑件 6000 围广(特别是6061合金)具有良好向轴、万向节叉、保险杠支撑架、制动片、的成型性能及抗腐蚀性能、强度高 燃料供给系统支撑架、行李箱搁板 主要成分是锌,可热处理强化、强7000 度高,有时可添加镁和铜 和散热器翅片、头枕支撑杆 座椅导轨、保险杠、保险杠支架、冷凝器另外,铝合金在载货汽车以及客车上的应用愈来愈多。现在铝合金不仅用来制造发动机的缸体,而且还被用以生产齿轮、罐式车的罐体,甚至载货汽车的车身。从而减轻了汽车的整体质量,提高了车辆的承载能力和运输效率。
综上所述.铝合金将在汽车制造领域得到广泛应用,并将稳定地扩大在汽车上的使用量。
4、我国汽车产业现状及发展趋势
自改革开放以来,随着我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高,对汽车的需求呈强劲增长之态势。据有关资料表明,2010年中国汽车产销分别为1826.47万
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