汽車輕量化以及鋁鎂合金在汽車工業中的應用

孫子龍

（賽科工業科技開發〈武漢〉有限公司，湖北 武漢430056）

0 引言

在世界能源危機不斷加劇， 可再生資源開發利用受限的情況下，作為人類社會進步的支柱產業——汽車工業發展正面臨著三大問題：節能、環保和安全，而汽車輕量化則是節能和減排的重要方法和途徑。

在整個車體中汽車車身是汽車重量最大的部件，約占汽車總重量的30%。 所以汽車輕量化主要是汽車車身的輕量化，汽車車身輕量化則又是汽車材料的輕量化。這樣，作為汽車輕量化材料的鋁鎂合金，近年在汽車制造領域得到了很大的發展及應用。

1 鋁鎂合金在汽車工業中的應用

鋁鎂合金件，因質量輕、強度高、抗裂性和成型性好在轎車上的應用比重不斷上升，2000 系（AI-Cu-Mg 系）、5000 系（AI-Mg 系）、6000系（AI-Mg-Si 系）和7000 系（AI-Mg-Zn-Cu 系）等合金板材，能夠很好的滿足汽車對殼體的要求，均可用作車身框架材料。 如：Audi A8 的車身使用了6000 系鋁合金板材，全新捷豹XJ 車身框架更是使用了全鎂合金板材。

汽車工業中，按功能/子系統劃分，可以使用鋁鎂合金的有：

懸吊系統總成——車輪，備用輪胎，控制臂(2 個，后方)，控制臂(2個，前方)，引擎架，后方支架

內裝總成——儀表板、橫梁，儀表板支架，椅背椅座，氣囊零件

方向盤總成——方向盤零件

車身總成——保險桿補強橫梁，鑄造車門內襯，鑄造A/B 柱，擋風片開關補強材，行李架，側鏡

剎車系統總成——ABS 零件，離合器/剎車踏板托架，踏板零件

電氣機械零件——交流電箱，音響/EEC 零件，雨刷電機，交流電/AC 托架

動力系統總成——傳動(閥體、箱、側蓋、啟動器)，傳動箱(總重量12kg 的15%)，發動機組，支撐托架，罩套(油/水泵，機車馬達)，汽缸蓋，吸氣歧管，引擎支架，油蓋，前蓋

鋁鎂合金按制造工藝可分為變形鋁鎂合金和鑄造鋁鎂合金。

1.1 變形鋁鎂合金的應用

變形鋁鎂合金在汽車上多用于車門、行李箱、保險杠、發動機罩等結構件，以及儀表板等裝飾件。如：通用Smure 轎車保險杠增強支架用7021 鋁板制造，福特Lincoln Town 轎車保險杠增強支架用7021 鋁板制造[1]。

1.2 鑄造鋁鎂合金的應用

鑄造鋁鎂合金主要用于離合器殼體、閥蓋、變速箱體、曲軸箱、發動機前蓋、氣缸蓋、空調機外殼等殼體類零部件。因鑄造鋁鎂合金在導熱性和抗腐蝕性方面的突出優勢，被廣泛的運用于發動機缸體和缸套的鑄造。目前國外很多汽車公司均已采用了全鋁制的發動機氣缸體和氣缸蓋。 如美國通用汽車、法國汽車公司、克萊斯勒公司在汽缸套、氣缸體上不同程度的使用了鑄造鋁鎂合金，甚至法國汽車公司鋁氣缸套已達100%。[2]

輪轂用鋁鎂合金：

鋁鎂輪轂因為質輕、散熱性好，并具有良好的外觀，而逐漸取代了鋼輪轂。 在過去的十幾年，全球鋁鎂合金汽車輪轂以7.6%的年增長率增長， 根據分析， 到2010 年時， 汽車輪轂鋁化率可達72%～78%[3]。A365 是一種鑄造鋁合金， 它具有良好的鑄造性能又具有高的綜合力學性能，世界各國的鑄造鋁合金輪轂都是此類合金生產的。 我國西南鋁加工廠與日本輕金屬株式會合作開發了A6061 鋁合金輪轂[4]。

2 鋁鎂合金成型工藝簡介

鋁鎂合金按制造工藝可分為變形鋁鎂合金和鑄造鋁鎂合金。本文主要介紹鑄造鎂合金的主要工藝過程，簡要介紹鑄造鋁合金的工藝流程。

2.1 鎂合金鑄造工藝流程[5]

基本工藝流程有：

①將鎂錠原料加入熔化爐，并預熱到150～300℃

②采用SF6 和N2 做保護氣體，封閉狀態下在同一臺鎂合金熔煉保溫爐內完成熔煉和保溫

③將料杯預熱到400℃以防熱損耗過大，經澆注泵將鎂液輸送到壓鑄機中進行澆注

④以7～10m/s 的高速壓鑄機，在大充型流量和短充型時間內完成壓鑄，以防止鎂液的凝固⑤去除因高速壓鑄造成的澆冒口、飛邊、毛刺等⑥表面耐蝕處理。

2.2 鋁合金鑄造工藝流程

基本工藝流程有：熔化、制芯、澆注、清理、加工五個工段，分別完成鋁合金熔煉、砂芯、澆注、鑄件清理、定位點加工工作[6]。

3 鋁鎂合金在汽車工業中的發展前景

目前,鎂合金的產量只有鋁合金的1%。 鎂合金作為結構應用的最大用途是鑄件,其中90%以上是壓鑄件[7]。 限制鎂合金廣泛應用的主要問題是,鎂合金在熔煉和加工過程中極容易氧化燃燒,因此,鎂合金的生產難度很大。 鋁合金在成本、制造技術、機械性能、可持續發展（地殼中鋁含量最多，占8.1%）等方面綜合性能好，因此鋁合金是現在及將來汽車工業中的首選輕金屬材料。

我國汽車生產量繼美國、日本、德國之后，居世界第四位。 而在汽車鋁化率方面，我國的技術還相對比較落后。 當前發達國家汽車上鋁材的使用已達138kg，鋁化率達12%，而我國汽車上鋁材的使用與國外差距很大，平均用鋁量僅為60kg，鋁化率不到5%[8]。 因此，我國汽車用鋁合金市場的發展前景非常廣闊。

［1］劉天湖,孫有松.新材料新工藝在新型汽車開發中的應用[J].金屬成形工藝,2001,1:49-52.

［2］申俊明,等.鋁合金在汽車工業中的應用[C]//2008 輕金屬與高強材料焊接國際論壇.2008.

［3］周潔,白杉.鋁合金輪轂的市場、特點和制造工藝[J].鋁加工,2006,3(168):43-44.

［4］劉世友.鋁在汽車工業的應用前景[J].有色金屬,1999,8:96-97.

［5］李玉青,吳殿杰.汽車輕量化以及鋁鎂鑄件的應用[J].中國鑄造裝備與技術,2005,4:49-50.

［6］李玉青,吳殿杰.汽車輕量化以及鋁鎂鑄件的應用[J].中國鑄造裝備與技術,2005,4:49-50.

［7］曾榮昌,柯偉,徐永波,等.Mg 合金的最新進展及應用前景[J].金屬學報,2001,37(7):673-685.

［8］馬鳴圖,李志剛,易紅亮,等.汽車輕量化及鋁合金的應用[J].世界有色金屬,2006,10:10-14.