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​剖析铝合金在汽车结构件中的应用及挑战

来源:同花顺财经 浏览次数:67 发布日期:2019-04-13

铝合金越来越多的作为汽车结构件使用,但仍然存在大量的问题,同时我们也要面临材料与工艺开发的诸多挑战。带着这些话题,在由SMM网主办的“2019(第十四届)铜铝峰会-铝产业链高峰论坛暨铝行业品牌盛典”上,苏州大学研究员张海涛对于汽车轻量化、铝合金在汽车轻量化的应用等方面做出了详细解读。

汽车轻量化背景

2017年,中国汽车产量为2901.5万辆,汽车销量为2887.9万辆,年产量年和销量均为世界第一。


工信部预计,在2020年我国新能源汽车,将达到200万辆。


在我国汽车产业的高速持续增长同时,汽车已成为世界能源消耗和污染物排放的主要来源。为了应对汽车产业带来的环境和能源短缺问题,各发达国家均制订了严格的法规来限制汽车燃油消耗和温室气体的排放,欧盟到2021年二氧化碳排放量须降至95G/km,美国到2025年须降至97g/km,日本到2020年须降至122g/km。我国规定到2020年须降至117g/km,同时工信部出台了《乘用车燃料消耗量限值》(GB19578-2004),规定在2020年乘用车平均油耗5L/100km。众所周知,减少车辆的整备质量是减低油耗和减少排放最为有效的方法,据数据统计,汽车每减少100kg,节省燃油0.3~0.5L/(100km),可减少CO2排放8~11g/(100km)。


工信部正式发布了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》

2017年全球新能源乘用车销量超100万辆,同比增长57%。其中,我国仍然是全球最大的新能源汽车市场(2017年销量达到522万辆)。但是,新能源汽车无法远距离续航的问题成为人们选择新能源最纠结的关键。针对这一问题,未来的破局需要从两个方面来解决,第一个显而易见是电池容量的增加,第二个是降低汽车整备质量,每减少100公斤的整备质量可以增加续驶里程10%,节约电池成本15%-20%。


铝是汽车轻量化的首选材料

铝合金在汽车轻量化中的应用


据预测2020年国内汽车用铝量将达190kg/辆,新能源汽车可达200kg/辆。

铝合金在汽车轻量化中的应用

铝零部件在HONDA-LEGEND的应用例


汽车结构件用变形铝合金面临的挑战变形铝合金在汽车结构件中的应用

变形铝合金在车身中的应用-挤压材

由于铝合金挤压型材可以简单地生产出钢铁无法生产的各种复杂断面结构的型材,做为汽车轻量化的有效手段之一备受关注。挤压型材由于其重量轻,刚性好做为结构材料广泛应用在汽车的各个部分。

1990年日本汽车制造商就在世界上将各种挤压型材应用到汽车上,生产出了全铝车身的NSX跑车,其中挤压型材占用材总量的12%。随着铝加工技术的发展,型材的高精度3维弯曲加工技术以及6xxx系合金材料的组织控制和均一屈服强度控制热处理技术的确立,使挤压型材在汽车上的应用空间得到极大地扩展。上世纪90年代末日本的本田汽车开发的混合动力车INSIGHT,已将挤压型材的用量从NSX的12%提高到了30%。同时采用铝合金框架的车体无论从减轻重量还是从刚性都比钢制车体有很大的提高,因此为铝合金车体在安全上提供了良好的发展空间。
变形铝合金在底盘中的应用-挤压材


变形铝合金在底盘中的应用-锻件


汽车结构件用变形铝合金面临的挑战

问题:性能的稳定性;更高静态性能;更高疲劳性能

影响因素:材料-合金化;微观组织的控制;合金开发-6XXX铝合金


汽车结构件用铸造铝合金面临的挑战

问题:连接方式受限:焊接、铆接;静态性能差;疲劳性能差。

影响因素:材料-合金化;热处理;含气量;氧化物、金属间化合物等夹杂物。

苏州大学研究结果

变形铝合金


最后,张海涛表示提出了铝合金相关建议和发展思路:

一、不增加成本为前提的新型高强韧结构用铝合金的开发思路:微合金化,热变形,热处理等;

二、扩大高强韧铝合金在汽车等领域的应用;

三、新生产工艺的研发:探索新工艺新方法,提升产品的成分均匀、组织致密、晶粒细化等增加强度和韧性的因素;研制新生产设备。

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