淺談鋁合金在專用汽車上的應(yīng)用

吳茹星 王慶國 趙飛 王仁鵬

摘要：專用汽車輕量化已成為國內(nèi)市場的熱點問題，而輕量化材料的應(yīng)用則是最直接最有效的途徑。鋁合金以其特有的低密度、耐腐蝕、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，在專用汽車上逐漸大量使用，已成為輕量化的主要材料。本文概述了鋁合金在罐式車、廂式車、冷藏車以及零部件上的應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展前景及方向，提出了目前鋁合金應(yīng)用于專用汽車的難點和解決思路，為汽車用鋁合金材料的研究提供了新思路。

隨著現(xiàn)代汽車節(jié)能降耗要求的不斷高漲，安全和環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，“輕量化”已成為現(xiàn)階段汽車行業(yè)關(guān)注的熱點，在各類展會及新品推介中，環(huán)保、節(jié)能且高效的輕量化車輛層出不窮。

高強鋼在我國專用汽車上使用最多，其設(shè)計水平、工藝制造水平已經(jīng)基本成熟。而由于鋁合金具有密度小、耐蝕性好等特點，且其塑性優(yōu)良，鑄、鍛、沖壓工藝均適用，故近年來鋁合金專用汽車生產(chǎn)在國內(nèi)快速升溫，產(chǎn)量大幅提高。由文獻(xiàn)[1]可知，專用汽車質(zhì)量每減少50kg，每升燃油行駛的距離可增加2km；汽車質(zhì)量每減輕1%，燃油消耗下降0.6%?1%。從生產(chǎn)成本、質(zhì)量、材料利用等幾個方面比較，鋁合金已成為汽車生產(chǎn)不可缺少的重要材料。目前鋁合金已成為罐式車、廂式車、冷藏車及零部件上輕量化應(yīng)用的主要材料。

鋁合金在罐式車上的應(yīng)用

鋁合金罐車相對于普通碳鋼及不銹鋼罐車，不僅能大幅減輕車輛自重，提高運輸效率，而且能延長罐體的使用壽命。目前國內(nèi)罐體成型工藝裝備和焊接生產(chǎn)線已經(jīng)成熟，采用優(yōu)質(zhì)高強度鋁合金焊接而成的罐體整備質(zhì)量低，相比碳鋼和不銹鋼罐體可減重40%，通過減輕車體自重而增加了有效載荷，單次運輸?shù)呢浳镔|(zhì)量比傳統(tǒng)碳鋼罐車多18%?35%（噸位越大，差異越大），空載時可節(jié)油20%?30%，滿載時單位載荷節(jié)能15%，報廢后回收率可提高49%，并且耐腐蝕性能力比傳統(tǒng)碳鋼高70%以上，該特征使得罐體的相關(guān)維護(hù)成本大幅降低，罐體內(nèi)部清潔度高，具有很好的節(jié)能和環(huán)保效果。

如果按照罐式車所用材質(zhì)比例來看，有10%為碳鋼罐，20%?30%為不銹鋼罐，而60%?70%為鋁合金罐，未來罐式車的走勢是全面淘汰碳鋼罐[2]。從圖1可以看出，鋁合金罐車銷量正逐年快速増長。從2015年到2016年，鋁合金罐車銷量增長率達(dá)到了100%。表1為罐體常用鋁合金性能，5083、5454及5182是目前常用的罐體材料，可用于裝載油、汽油、化學(xué)制品、水泥和其他致密材料。在經(jīng)濟效益和國家標(biāo)準(zhǔn)的雙重壓力下，采用鋁合金罐體己是罐式車大勢所趨。

鋁合金在廂式車上的應(yīng)用

鋁合金廂式車主要有鋁合金廂式半掛車和鋁合金翼開啟運輸車兩大品種。按照車輛鋁合金材料使用率大小可分為全鋁合金廂式車和鋼鋁混合廂式車。全鋁合金廂式車即車架、廂體均采用鋁合金材料制造；鋼鋁混合廂式車即車輛部分結(jié)構(gòu)采用鋁合金材料制造，如廂體采用鋁合金材料制造，而車架仍然采用鋼材制造。鋁合金廂式運輸車可用鋁合金材料有：鋁板材、鋁合金型材、鋁蜂窩板、鋁鑄件等。由于鋁合金型材強度高、易成型等優(yōu)點，因此優(yōu)先使用鋁合金型材制造。

采用鋁合金制造的廂體自重輕，比同類鋼質(zhì)廂體輕0.8t；強度高，抗?jié)q能力強，裝貨不易變形，地板可承載叉車裝卸貨；省維護(hù)，無需任何防腐防銹處理，使用壽命長；外觀美觀，廂體側(cè)板平整，可用于噴涂宣傳廣告；風(fēng)阻小，側(cè)板平整能最大限度降低風(fēng)阻，省油；外觀靚麗，無腐蝕無銹跡；密封性好，利用獨立的型材結(jié)構(gòu)，無漏水現(xiàn)象。

鋁合金廂式車長期以來受到歐美市場的歡迎。鋁合金廂式車有多種側(cè)板形式，既可以做成鋁合金蒙皮+內(nèi)襯板的結(jié)構(gòu)，也可以將鋁合金與纖維增強復(fù)合材料結(jié)合，形成復(fù)合側(cè)板結(jié)構(gòu)。由于其自重輕、裝載空間大、外形美觀，且可在表面噴繪廣告，在美國市場占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位。集裝箱用鋁合金型材所使用的合金主要有6061、6082、6351、6005、6063和6060等，其中6061和6082合金占90%以上，亞、美箱型主要用6061合金，而歐洲箱型主要用6082合金[3]。各材料性能如表2所示。

某汽車公司生產(chǎn)的一款名為“鋁行者”的廂式車廂體采用全鋁合金材料，自重僅6.2t，較鋼車減重3t，較同類鋁車減重1t，載貨平臺降低，空間大，廂體擴容8m3，可裝載更多貨物，且更節(jié)油，車輛使用壽命長達(dá)10年以上，運營效益顯著，樣車如圖2所示。

鋁合金在冷藏車上的應(yīng)用

冷藏車是用于運輸冷凍或保鮮貨物的封閉廂式運輸車，有面包式冷藏車、廂式冷藏車及半掛冷藏車。鋁和鋼在性能與溫度關(guān)系方面的最大不同點在于鋼有低溫脆性，而鋁和鋁合金則沒有。當(dāng)溫度降低時，鋁及鋁合金在強度性能増加的同時，塑性也隨著溫度的降低而上升，因此鋁合金成為低溫裝備的良好材料[4]。汽車上常用鋁合金的低溫性能如表3所示。

圖3為某公司生產(chǎn)的一款14.6m的鋁合金冷藏車。整車廂體做工精良，外部為鋁合金，中部為保溫材料，內(nèi)部廂體采用食品級的FRP板材，安全無異味。地板為鋁合金型材焊接，密封性好，而且還帶有溝槽，有利于冷氣循環(huán)，讓車廂內(nèi)部各處的溫度保持一致。該車質(zhì)量僅為8t，比普通冷藏車減輕2?3t，在長途載貨時有明顯優(yōu)勢。同時，鋁合金冷藏車易清洗，不吸收和散發(fā)氣味，對人體無害，對環(huán)境友好。

鋁合金在其他零部件上的應(yīng)用

鋁合金零件不是要求單一強度或單一塑性，它需要的是強度與塑性相結(jié)合的綜合性能，要求有較低的熱膨脹率與較好的耐磨性。如果鋁合金零部件有后期熱處理要求的，還需要對鋁合金鑄錠中鈣、鈦合金元素含量以及濟含量提出特殊要求，在技術(shù)要求中要明確雜質(zhì)含量和是否進(jìn)行過變質(zhì)處理，以免發(fā)生雜質(zhì)過多或變質(zhì)處理導(dǎo)致的表面色斑及氣密性不良等材料缺陷。

隨著鋁加工技術(shù)的快速發(fā)展，變形鋁合金材料在汽車上的應(yīng)用日益増加。鋁合金在專用汽車零部件上的應(yīng)用越來越廣泛，已遍及汽車發(fā)動機的各個部分[5]。如鋁合金車身覆蓋件（發(fā)動機蓋及行李箱蓋）、缸蓋、發(fā)動機進(jìn)氣管、散熱器、車輪、保險杠防撞梁、儀表盤支架、底盤件、油管、導(dǎo)軌、行李架等部件。

前景及發(fā)展方向

專用汽車輕量化已成為世界專用汽車發(fā)展趨勢，鋁合金將作為今后專用汽車輕量化使用的熱門材料。我國專用汽車制造水平相對歐美發(fā)達(dá)國家落后，但國內(nèi)專用汽車市場巨大，更具幵發(fā)潛力。目前鋁合金材料在專用汽車上應(yīng)用的主要難點在于：

a.是否影響部件的強度和剛度；

b.材料成本負(fù)擔(dān)過重；

c.材料加工成形工藝及后期過高的維修成本。

設(shè)計人員在進(jìn)行強度及剛度技術(shù)設(shè)計的同時，需結(jié)合鋁合金特性，經(jīng)過詳細(xì)的價值核算分析，以達(dá)到最優(yōu)降重方案。只有結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化與多種輕量化材料應(yīng)用相結(jié)合，才能達(dá)到在保證強度和剛度的前提下實現(xiàn)專用汽車輕量化的目的。

結(jié)語

隨著國家政策的扶持，節(jié)能、環(huán)保、安全以及輕量化已成為專用汽車發(fā)展的突破點。鋁合金材料價格不再居高不下，鋁合金焊接設(shè)備也已經(jīng)很成熟，國內(nèi)鋁合金專用車已逐漸走向全招化、多品種、多車型、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，市場逐步升溫。鋁合金的大量使用，是實現(xiàn)專用汽車輕量化有效可靠的途徑。

參考文獻(xiàn)

[1]翰林.裙合金材料在專用汽車上的應(yīng)用[J].專用汽車，2015（8）：38-41.

[2]張筱梅.鋁合金專用車市場未興先亂.專用汽車，2016（1）：50-52.

[3]丁向群.6000系汽車車用鋁合金的研究應(yīng)用進(jìn)展[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報，2005.94（2）：302-305.

[4]王祝堂.汽車用鋁合金[J].鋁合金輕加工技術(shù)，2011.39⑵：1-14.

[5]武仲河.鋁合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展前景[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2008.163（9）：59-60.