奧迪早在25年前就已經(jīng)將鋁應(yīng)用到汽車上，并且已成為積極追求鋁應(yīng)用的一個(gè)客戶，尤其體現(xiàn)在其最近推出的限量版A8旗艦車型?，F(xiàn)在該德國豪華汽車制造商正在拓展其高銷量A6和TT跑車上的鋁應(yīng)用。Scheps稱，在未來五年，你將看到越來越多的高銷量大眾市場汽車會(huì)采用全鋁車身，且北美將會(huì)引領(lǐng)這一趨勢，但是他拒絕透露順應(yīng)這一趨勢的車輛品牌。但是，福特于今年1月份宣稱，其將于2014年推出的下一代F系全尺寸皮卡將會(huì)采用鋁車身面板，因?yàn)樵撈囍圃焐陶谂M足日益嚴(yán)格的燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)。日產(chǎn)英菲尼迪豪華品牌在今年4月份的紐約汽車展上亮相了其EL電動(dòng)概念汽車，并采用全鋁車身，且該車將會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)。
Scheps也是美國鋁業(yè)協(xié)會(huì)運(yùn)輸集團(tuán)的主席，其還表示，全鋁車身到目前為止還屬于細(xì)分車輛，這部分車輛的年銷量約為2萬輛。但是在未來五年內(nèi)，這部分車型的交付量將達(dá)每年20萬輛。其預(yù)測，北美汽車行業(yè)在未來五年內(nèi)將超過歐洲，成為鋁金屬的最大消費(fèi)市場。一款采用全鋁車身的汽車可能最高可采用1,000磅(454千克)的鋁，包括輪轂、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱在內(nèi)。歐洲生產(chǎn)地汽車所采用鋁的比例與美國大致相同，但是由于歐洲汽車在尺寸上較小一些，因此整體的鋁含量也會(huì)偏低。此外，亞洲汽車制造商也會(huì)加入這一陣容。本田和日產(chǎn)或?qū)⒊蔀槿毡句X應(yīng)用的領(lǐng)導(dǎo)者，豐田可能會(huì)稍晚一些采用。
Scheps稱，中國生產(chǎn)的汽車想要迎來較大規(guī)模的鋁應(yīng)用估計(jì)還要再等一段時(shí)間，并且會(huì)分為兩個(gè)階段進(jìn)行：第一個(gè)階段將以國外在中國的合資企業(yè)為主;第二個(gè)階段或?qū)⒃谑曛蟀l(fā)生，主要包括當(dāng)?shù)氐脑荚O(shè)備制造商。由于未來燃油經(jīng)濟(jì)性和排量標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，汽車制造商為了滿足這些規(guī)定，最終都將大規(guī)模采用鋁產(chǎn)品，因?yàn)殇X應(yīng)用可以幫助他們在不犧牲內(nèi)飾空間和汽車性能的前提下，還能采用超高燃效且輕質(zhì)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。鋁行業(yè)正在提高產(chǎn)量以滿足日益增長的需求。例如美國鋁業(yè)最新宣布將為其位于愛荷華州達(dá)文波特的工廠投資3億美元，提高該廠的汽車鋁制品的產(chǎn)量。屆時(shí)該投資將新增150個(gè)工作崗位，且一旦該廠于明年擴(kuò)張完成，將會(huì)有2,300名工人在這里工作。
美國鋁業(yè)正在沙特阿拉伯生產(chǎn)全世界最大且成本最低的完全集成的鋁復(fù)合物。此外，還有一個(gè)生產(chǎn)汽車車身板材的軋鋼廠，年產(chǎn)量可達(dá)10萬噸，該項(xiàng)目將與2014年上線。事實(shí)上，燃油經(jīng)濟(jì)性并不是唯一一個(gè)讓汽車制造商希望使用更多鋁制品的原因，第二個(gè)主導(dǎo)因素就是鋁產(chǎn)品的抗腐蝕性和較強(qiáng)的碰撞性能。鋁可吸收的碰撞能量是鋼鐵的兩倍。隨著加速向鋁應(yīng)用發(fā)展，汽車行業(yè)和鋁行業(yè)也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，需要對更多的技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，讓他們更好地完成鋁的維修，但是Scheps認(rèn)為這一點(diǎn)是完全可以實(shí)現(xiàn)的。
Scheps指出，一些高強(qiáng)度的鋼制品很難維修。該行業(yè)已經(jīng)為歐洲的鋁產(chǎn)品更新了一本維修手冊。此外，對于鋁這種金屬的其他需求預(yù)計(jì)還將來自日益增長的電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)，因?yàn)檫@一產(chǎn)業(yè)“輕質(zhì)”是必須的。與花在鋁上的開支相比，電池可謂非常昂貴，但是通過采用鋁，可以節(jié)省3美元。Scheps預(yù)計(jì)美國汽車制造商每磅鋼鐵的成本為0.30-0.50美元，而鋁每磅的成本為2美元，并且鋁復(fù)合物的成本價(jià)更是高達(dá)每磅10美元。雖然鋁的價(jià)格很昂貴，但是他相信與高強(qiáng)度的鋼鐵相比，鋁在未來仍然具有優(yōu)勢，因?yàn)閮H采用高強(qiáng)度的鋼鐵很難降低車重。Scheps并不認(rèn)為目前鋁成本較高會(huì)成為該金屬大規(guī)模使用的絆腳石，他表示，汽車購買者已經(jīng)準(zhǔn)備好將錢花在鋁上，這樣在汽油上的開支就會(huì)少很多。如果汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性達(dá)到54.5mpg(4.3 L/100 km)，消費(fèi)者也是需要付出很多代價(jià)的。
汽車工藝與材料增加1km。若汽車自重減輕10燃油經(jīng)濟(jì)性可提高約5.5。2鋁在汽車上的應(yīng)用鋁在汽車上的應(yīng)用可分為鋁合金和鋁基復(fù)合材料兩大部分。2.1鋁合金2.1.1汽車工業(yè)用鋁合金分類用于汽車上的鋁合金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金用于重力鑄造件、低壓鑄件和其它特種鑄造零件。變形鋁合金包括板材、箔材、擠壓材、鍛件等。汽車鋁鑄件主要用在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體、變速器、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、后橋、配氣機(jī)構(gòu)、機(jī)油泵、水泵等殼體件及框架結(jié)構(gòu)的車身骨架、車輪、制動(dòng)泵和防抱系統(tǒng)零件。變形鋁合金主要用于空調(diào)系統(tǒng)零件換熱器、冷凝器等、壓縮機(jī)件、行駛部分零件、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)散熱器件以及車身零件如車身構(gòu)件的光滑配合段、尺寸鏈偏差補(bǔ)償器焊縫上的屏障墊、密封件夾和裝飾件等。2.1.2鋁合金在汽車上的應(yīng)用2.1.2.1在汽車輪轂上的應(yīng)用隨著A.B.S防抱死、制動(dòng)裝置的安裝普及率的提高提出了減輕非懸掛件重量的要求從而加速鋁合金車輪的使用進(jìn)程。目前國外鋁合金車輪的安裝率為30估計(jì)今年有些國家將達(dá)50以上。鋁合金車輪目前主要采用重力鑄造、低壓鑄造。隨輕量化的更高要求今后的發(fā)展趨勢是:a.向薄壁化、剛性優(yōu)良的壓力鑄造、擠壓鑄造法轉(zhuǎn)移b.用鋁板進(jìn)行沖壓加工、旋壓加工做成整體車輪和兩部分組合車輪該工藝已用于實(shí)際生產(chǎn)中。如鮑許公司已用鋁板Al-MgSi1F31制造了分離車輪比鑄造車輪輕25成本也減少25。美國的森特萊因?9?9圖爾公司用分離旋壓法試制出整體板材6061車輪僅重4.3kg。且旋壓加工所需時(shí)間不到90s/個(gè)不需組裝具有和軋材同樣的強(qiáng)度和鑄件同樣的經(jīng)濟(jì)性適合大批量生產(chǎn)市場前景廣闊。日本鋁輪轂生產(chǎn)企業(yè)為適應(yīng)汽車輕量化的要求提出了生產(chǎn)厚度更薄、形狀更復(fù)雜、重量更輕及安全性更高的鋁輪轂。為滿足這些要求日本企業(yè)開發(fā)出惰性氣體的低壓鑄造技術(shù)“HIPAC-1”且此技術(shù)已引入生產(chǎn)線用于鋁輪轂的生產(chǎn)。該技術(shù)具有下述特點(diǎn):a.惰性氣體氣氛的低壓鑄造法能改善熔體流動(dòng)性消除氧化物及針孔缺陷提高合金強(qiáng)度b.使用“HIPAC-1”法適宜制輪轂通過降低模溫和流速來提高產(chǎn)品質(zhì)量及減少鑄造飛邊c.采用“HIPAC-1”法可生產(chǎn)輕型輪轂d.因完成了吹A(chǔ)r氣裝置特殊引鑄管可進(jìn)行與高溫作業(yè)對應(yīng)的無金屬絲網(wǎng)的生產(chǎn)。采用此法生產(chǎn)的鑄鋁輪轂比鋼質(zhì)輪轂約輕30輪轂占整個(gè)車輪重量的70。車輪重量的減輕將減少燃料消耗增加有效負(fù)載。而且鋁輪轂散熱較好可延長車輪的疲勞壽命。1993年韓國鋁輪轂需求量急劇上升。當(dāng)時(shí)乘用車的鋁輪轂安裝率為2030很快升為40鋁輪轂產(chǎn)量占世界第10位并與德國BBC公司簽訂了10年的技術(shù)合作協(xié)議。韓國共有6個(gè)輪轂廠均采用低壓鑄造法生產(chǎn)表2列出了此6個(gè)輪轂廠的產(chǎn)量。1991年我國西南鋁加工廠與日本輕金屬株式會(huì)社合作共同開發(fā)Φ571.5mm×190.5mm汽車鋁輪轂該鋁輪轂的材質(zhì)為A6061表2韓國鋁輪轂廠年產(chǎn)量表廠家年產(chǎn)量三善工業(yè)100東亞80韓國輪轂廠70珠雷50韶烏爾車體50龍巖金屬30萬件—21—1997年第1期表3鋁輪轂?zāi)ｅ懝に噮?shù)表4鋁輪轂件的熱處理工藝參數(shù)項(xiàng)目工藝參數(shù)模具溫度℃400開鍛溫度℃500540終鍛溫度℃450潤滑劑礦物油石墨潤滑方式手工涂刷模鍛力MN約85合金。其輪轂生產(chǎn)工藝流程為:鑄錠鑄造→均火→檢驗(yàn)→中斷→車皮→加熱→鍛造→加熱→模鍛→蝕洗→熱處理→金相組織與性能檢驗(yàn)→驗(yàn)收交貨。該廠過去采用3萬噸水壓機(jī)模鍛方案。截至1993年共生產(chǎn)鋁輪轂600多件且輪轂形狀、尺寸、外觀和性能均滿足日本用戶的使用要求。但傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝尚存在以下不足:a.生產(chǎn)效率低班產(chǎn)量1520件工人勞動(dòng)強(qiáng)度大難以形成批量生產(chǎn)b.模芯分模、吊裝時(shí)散熱快終鍛溫度不易控制輪轂易產(chǎn)生粗晶對產(chǎn)品質(zhì)量有一定影響。針對原工藝的不足經(jīng)過一系列實(shí)驗(yàn)和可行性研究開發(fā)了輪轂多向等溫模鍛技術(shù)。所謂等溫模鍛是指坯料在模腔內(nèi)變形過程中模具溫度和終鍛溫度分別維持在能夠抑制晶粒長大的某一溫度之上的模鍛工藝。此已用于實(shí)際生產(chǎn)中。100MN水壓機(jī)多向等溫模鍛生產(chǎn)鋁輪轂與傳統(tǒng)工藝相比具有如下優(yōu)點(diǎn)。a.多向模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本合理100MN水壓機(jī)垂直壓力和水平壓力均滿足模鍛輪轂鍛件所需的壓力要求。b.通過提高模鍛頻率來實(shí)現(xiàn)等溫模鍛是可行的可以省去模具加熱保溫裝置的投資。c.采用多向等溫模鍛可有效地抑制6061合金模鍛粗晶組織。表3、表4分別列出了鋁輪轂制造工藝參數(shù)。2.1.2.2在汽車車身中的應(yīng)用車身占整車重量的比例很大降低車身的重量對整車輕量化非常有利。近年來為進(jìn)一步適應(yīng)汽車工業(yè)的要求日本在4000系的Al-Si合金、6000系A(chǔ)l-Mg-Si合金、7000系的Al-Mg-Zn合金、Al-Zn-Si-Mg-Cu系合金中加入微量的Cu、Ni、Mn、Cr、Zr等可提高強(qiáng)度及成型性的元素同時(shí)改進(jìn)鑄造、軋制及熱處理工藝克服鋁合金材料本身加工成型時(shí)的不足。經(jīng)調(diào)整后的合金板材不僅具有較高的強(qiáng)度而且有良好的成型性能。可作為汽車車身、車輪、油箱、鋁罐、機(jī)器蓋板、電機(jī)殼等材料。表5、6分別列出了日本用于車身的鋁合金性能和化學(xué)成分。項(xiàng)目工藝參數(shù)固熔溫度℃5405保溫時(shí)間min120空氣爐淬火水溫室溫轉(zhuǎn)移時(shí)間s≤25時(shí)效溫度℃180保溫時(shí)間h8表5日本車身用鋁合金板的力學(xué)性能合金系合金化學(xué)成分
