铝合金材料在现代汽车制造业的应用.pdf

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1、第2 9 卷第2 期2 009 年6 月黑龙江冶金H e i l o n g j i a n gM e t a l l u r g yV d 2 9N o 2J a m20 0 9铝合金材料在现代汽车制造业的应用苗景国(东北轻合金有限责任公司。哈尔滨1 5 0 0 6 0 J摘要：铝合金材料在现代汽车制造业的应用越来越广泛。本文重点研究了我国现代汽车制造业对铝合金材料的应用前景以及今后的研究发展方向，指出了现代汽车轻量化的最佳途径铝合金材料，并对今后汽车制造业的发展提出了几点建议。关键词：汽车用铝合金；轻量化；发展趋势A n a l y z i n ga p p f i c a f i o n

2、o fa l u m i n u m 枷0 ym a t e r i a l si nm o d e r na u t o m o b i l et h em a n u f a c t u r eM i a vJ i,1 职u o(N o r t h e a s tL i g h tA l l o yC o L t d H a r b i n，1 5 0 0 6 0C h i n a)A h s t r a c t：I nr e c e n ty e a r s，A l u m i n u ma l l o ym a t e r i a l sa r ef i n d i n gw i d

3、e ra n dw i d e r 删c 目正o ni nt h en 帕l u-f a c i l eo ft h en 麒l e ma u t o m o b i l e s T h ef i x,a so ft h ee s s a yi st h ep o t e n t i a la p p l i c a t i o na n dr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tt r e n di nm a n u f a c t u r eo ft h em o d e ma u t o m o b i l e s i tp o i n t so

4、 u tt h a tA l u m i n u ma l l o ym a t e r i a l sa l et h eo n l yw a yt ol i g h t w e i g h to ft h em o d e ma u t o m o b i l e，a n ds o r t i es U 留e s t i o n sa r ep l 珥m s e df o rt h ed e v e l o p m e n to ft h em o d e ma u t o m o b i l em a n u f a c t u r i n gi nt h ef u t u r e K

5、e y W o r d s：a l u m i n u ma l l o ym a t e r i a lo f 缸I t c 粕0 b i l e；l i 蜘i g h l；也娜e 1 0 p m e n tt r e n d全面建设小康社会给中国的汽车业带来了广大的发展生机。汽车给人类带来方便快捷的同时，也相应地带来了一些诸如能源、安全、环保等安全隐患。无疑，这些都需要汽车工业自身和相关行业共同研究探索，以求得解决。高速、节能、安全、环保是现代汽车制造业最为重要的课题，而轻量化是实现上述目标的最有效途径。为此，汽车行业多年来一直把促进汽车轻量化作为首要解决的问题。1 铝及铝合金材料的优良特

6、性1 1 比重较小铝的密度为2 7，与铁的密度相比，约为它的1 3。制成的铝制品质量轻，便于搬运。1 2 比强度高铝的力学性能不如钢铁。但它的比强度高，在铝中添加铜、镁、锰、铬等合金元素制成铝合金，再经热处理，从而能得到很高的强度。1 3 容易加工大多数铝合金都容易进行切削、压力加工成型。铝的延展性优良，易于加工成形状复杂的各种汽车用材料。铝及铝合金的表面有氧化膜，呈现白色，相当美观。这种氧化膜具有优良的耐蚀性和耐气候性。如果进行氧化处理，其表面的氧化膜特别牢固。1 4 传导性强铝的导电、导热性仅次于铜，约为钢铁的3 4倍，适合于做汽车散热器、热交换器及各种电子元件等。铝在低温时它的强度反而增

7、加而无脆性。收稿日期；2 0 0 9 0 2 1 2作者简介：苗景国(1 9 7 0 一)，男，工程师，东北轻合金有限责任公司销售公司，材料工程硕士研究生。2 6 万方数据第2 期苗景国：浅析铝合金材料在现代汽车制造业的应用1 5 表面美观经阳极氧化处理可在表面生成无色透明的氧化膜。另外，利用染色、电解等可获得各种各样的色调。1 6 综合性好铝的资源丰富，铝合金除了保持了纯铝的优点以外，还具有良好的机械性能、物理性能和工艺性能。综上所述，铝及其铝合金具有一系列优异特性，在金属材料的应用中铝材仅次于钢铁而跃居第二位。铝合金材料具有接近钛合金、结构钢的比强度，高的比强度性能以及工艺性能优良、成形方

8、便、成本低廉等，具有其它合金不可比拟的优点，被广泛用于现代汽车制造业。2 铝合金使现代汽车轻量化为了节约能源，减少汽车尾气对空气的污染，铝合金材料迅速地进入到汽车制造业。铝材在现代汽车制造业备受青睐，铝材正在代替钢铁成为现代汽车制造业的基础材料。汽车用铝合金材料量增加后带来的效益主要体现在以下几个方面：2 1 减重效果明显为了减轻汽车自重，一是改进结构设计；二是选用轻质材料(如铝合金、塑料等)。到目前为止，前者已无太大的回旋余地，因而汽车行业普遍注重于利用新的高强度钢材或铝、镁等轻合金材料。在轻质材料中，由于聚合物类的塑料制品在回收中又存在环境污染问题，镁合金材料的价格和安全性也限制了它的广泛

9、应用。铝合金材料由于具有上述一系列特点、并且是可回收利用的材料。因此，铝合金材料是汽车轻量化最理想的材料之一。2 2 节能效果可观减少燃油消耗的途径一般为：提高发动机效率、减少行驶阻力、改善传动机构效率及减轻汽车自重等，其中最有效的措施是减轻汽车自重。铝合金材料的大量使用，正好满足这一特点。据有关资料介绍，一般车重每减轻l I g 则l L 汽油可使汽车多行驶O 0 1 l k m，或者每运行1 00 0 0k m 就可节省汽油0 7 k g。预计到2 0 1 0 年，我国轿车的拥有量将达到80 0 0 1 20 0 0 万辆左右，届时每年可节省汽油l0 0 0 亿升以上，节能效果十分可观。2

10、 3 环境污染减少联合国环保组织的调查显示，目前城市中的空气污染，大约5 0 来自燃油汽车的废气排放。从世界到中国，汽车环保越来越为人们所重视，并开始逐步花大力气去研究。今后大力发展“绿色”汽车将是我国汽车工业发展的必然选择。汽车减重的同时，也减少了二氧化碳的排放量，因而可大大减少环境污染，提高环境质量。2 4 综合性能提高减轻车重可提高汽车的行驶性能，如果车重减轻2 5，就可使汽车的加速时间从原来的l O s减少到6 s。使用铝合金车轮，使震动变小，可以使用更轻的反弹缓冲器。同时，在不减少汽车容量的情况下减轻汽车自重，可使汽车更稳定，乘客空间变得更大，在受到冲击时铝合金结构能吸收、分散更多的

11、能量，因而更具舒适性和安全性。3 发展前景3 1 现代汽车优良特性从节能环保，安全可靠、舒适美观等性能要求出发，人们提出了现代汽车特征的几点要求：(1)整车结构可靠，具有可靠的安全系数。(2)耗油少，废气排量少，对空气污染降低。(3)实现整车框架结构和车体蒙皮全铝合金化。(4)当整车报废以后，汽车附件均可重新回收再生。(5)与同车型的钢结构相比，质量减轻3 0 一4 0，能耗减半。随着2 l 世纪“新概念”汽车时代的到来，我们不难看到：抓紧研究和开发具有卓越性能的铝合金材料，增加品种，提高质量，降低成本，已成为铝加工行业和汽车制造业迫在眉睫的新使命。3 2 汽车用铝量的变化随着汽车产量的递增，

12、汽车用铝量也呈逐年递增趋势。由表l 可见，预计到2 0 1 0 年铝用量可达到2 7 以上，将部分代替钢铁成为汽车工业的基础材料。3 3 政府关注汽车产业目前，环境保护是全世界共同关注的问题，世界各国都在做精心研究。汽车环保越来越为各国2 7 万方数据黑龙江冶金第2 9 卷所重视，并提出了越来越严格的要求，开始花大力气去研究。中国政府也非常支持汽车制造商在汽车环保方面做出的改革，包括材料的选择、铝替换钢铁材料等。3 4 汽车制造业的认可验。大搞科技进步、技术创新，优化产品工艺，把铝合金材料作为现代汽车轻量化的首选材料。虽然政府大力支持，但汽车轻量化的趋势将是我国一项长期而艰巨的任务。我国汽车生

13、产商积极吸取国内外的先进经裹1 汽车材料组成的变化1 9 8 0 担(每量车重15 2 0 I g)1 9 9 0 年(每量车重I4 0 0 l g)2 0 0 0 罐(每量车重12 2 5 k g)2 0 1 0 年(每量车重11 0 0 k g)钢铁铝合金非金属其他6 951 21 45 81 01 41 83 92 31 82 52 72 42 43 5 新材料的不断涌现在积极研究铝合金新材料，使得铝合金材料在汽铝一锂合金的密度比普通铝合金低1 0 一车上的用量在逐年递增，不久将来将有无污染的1 5，比强度高，是一种优良的轻量化材料，开拓“全铝绿色环保”汽车问世。对于未来汽车制造用铝一锂

14、合金在汽车工业中的应用是一个新课题。材料的研究，铝合金材料是其它材料无法比拟的其次铝基复合材料因其具有质量轻、比强度和比首选材料。模量高、抗热疲劳性能好、耐磨性好等优点，目前参考文献是应用在汽车制造业最为广泛的新材料。1 刘静安，谢水生铝合金材料的应用与技术开发 M】综上所述，从节能、环保等方面来看，迫切要北京：冶金工业出版社，2 0 0 4 求现代汽车朝着轻量化的方向发展。大量使用铝 2 肖永清，杨忠敏汽车的发展与未来 M 北京：化学合金材料是汽车轻量化的主要手段。世界各国都工业出版社，2 0 0 4 l 上接2 5 页)工。方柱箍筋应使用井字箍，并按规范加密。角柱、楼梯间柱应增大纵筋并全柱

15、高加密箍筋。柱内不得穿暖气管。柱断面不宜小于4 5 0X4 5 0 I l 珊，混凝土不宜小于C 2 5，否则梁纵筋锚人柱内的水平段不容易满足O 4 5 L 丑的要求，不满足时应加横筋。异型柱结构，梁纵筋一排根数不宜过多，柱端部纵筋不宜过密，否则节点混凝土浇筑困难。柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制，减小断面尺寸。尽量避免短柱，短柱箍筋应全高加密，短柱纵筋不宜过大。独立柱上或柱的中部(半层处)有挑梁时，挑梁长度应有限制。在用P K P M 软件计算梁柱时，应尽量采用T A T 或S A I W E 三维软件。相对平面框架P l(来讲，第一，计算结果更接近实际受力状态，如地震力或风力是按

16、抗侧移刚度分配，而不是按框架的楼面从属面积，又如从框架柱出挑的梁和从次梁出挑的梁，因次梁的支座(框架梁)发生下沉变形，内力重分布，从框架柱出挑的挑梁配筋将较大。第二，快速方便，三维软件整体计算，不必生成单榀框架，再人工归并，可整楼归并。第三，T A T 或S A T W E 还可以进行井式梁的计算，由于P K P M 软件计算梁时仅按矩形计算，而井式梁的断面较小，有可能超筋，此时可取出弯距再按T 型梁补充计算，不必直接加大梁高。在绘制施工图时，较大直径的钢筋连接宜用机械连接取代焊接，造价相差不大，但机械连接可靠并易于检查。6 重点注意或设计原则(1)框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级；(2)由于

17、某些原因造成梁或过梁等截面较大时，应验算构件的最小配筋率；(3)出屋面的楼电梯间不得采用砖混结构；(4)框架结构中的电梯井壁宜采用粘土砖砌筑，但不能采用砖墙承重，应采用每层的梁承托每层的墙体重量；(5)当采用井字梁时，梁的自重大于板自重，粱自重不可忽略不计。万方数据铝合金材料在现代汽车制造业的应用铝合金材料在现代汽车制造业的应用作者：苗景国，Miao Jingguo作者单位：东北轻合金有限责任公司,哈尔滨,150060刊名：黑龙江冶金英文刊名：HEILONGJIANG YEJIN年，卷(期)：2009,29(2)参考文献(2条)参考文献(2条)1.肖永清;杨忠敏 汽车的发展与未来 20042.刘静安;谢水生 铝合金材料的应用与技术开发 2004 本文链接：http:/