周慶濤 韓軍乾

摘要：鋁合金是一種常見的有色金屬工業(yè)材料，廣泛應用于汽車、航空、機械制造等領域。隨著工業(yè)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對鋁合金的需求越來越高。本文以鋁合金在汽車工業(yè)中的應用及前景為主要研究對象。

關鍵詞：鋁合金;汽車輕量化生產(chǎn);應用

一、前言

根據(jù)交通管理局統(tǒng)計，截至2021年上半年，我國汽車保有量2.92億輛，已于美國基本持平。

截至2021年6月底，全國有74個城市的汽車保有量超過100萬輛，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展汽車保有量會持續(xù)提高，但隨之而來也對我國的環(huán)境保護提出了更高的要求。我國已相繼頒發(fā)各類減排法規(guī)，汽車行業(yè)減排為大勢所趨。

汽車在行駛的過程中，必須要克服包括滾動阻力、加速阻力、爬坡阻力和空氣阻力這四種阻力。除了空氣阻力之外，滾動阻力、加速阻力和爬坡阻力都和汽車的整車質(zhì)量成正比關系。試驗數(shù)據(jù)表明若汽車自重每降低?100kg，那么行駛?100km?就可以節(jié)約?0.3L?至?0.6L的燃油，排放下降有4%。

二、汽車輕量化技術

2.1?結構優(yōu)化設計實現(xiàn)輕量化

結構優(yōu)化的主要任務是在滿足工藝要求的前提下設計結構的形狀和尺寸，主要包括尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓撲優(yōu)化和多學科設計優(yōu)化。

2.2?先進制造工藝

實現(xiàn)汽車輕量化的先進技術主要包括液壓成形技術和激光焊接技術。液壓成形技術。20世紀70年代末，德國率先開展管道液壓成形技術的基礎研究，90年代初率先將管道液壓成形技術應用于汽車零部件制造。傳統(tǒng)的沖壓焊接工藝相比，液壓成形技術可使零件成本降低11%，設備成本降低14%，零件質(zhì)量降低7.3%。目前，50%以上的汽車底盤都配備了液壓成形產(chǎn)品。

激光焊接技術。該技術是20世紀60年代發(fā)展起來的以高能量密度激光為熱源的精密焊接技術。其應用領域包括汽車零部件的激光焊接、板材的激光焊機和車身的激光焊接。激光焊接已成為汽車制造和生產(chǎn)中最重要的焊接方法之一。

2.3?輕量化材料的應用在輕量化技術中，輕量化材料的開發(fā)和應用是當前最主要研究方向。在輕量化材料的使用方面，用高強度鋼和鋁、鎂合金替代普通鋼來制造汽車主要承載構件已成為一個發(fā)展趨勢。

三、汽車輕量化材料-以鋁合金為例

鋁是第一種替代鋼的汽車制造材料。目前，在汽車制造業(yè)中，鋁已成為僅次于鋼和鑄鐵的第二大消費材料。在整車中，質(zhì)量最大的部件是動力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)和車身。這三個系統(tǒng)的總質(zhì)量達到整車質(zhì)量的83%，其中車身質(zhì)量占28%。根據(jù)歐洲鋁協(xié)會的預測，汽車材料的滲鋁率達到60%在經(jīng)濟上是可取的。根據(jù)達科國際（Ducker?Worldwide）公布的研究數(shù)據(jù)表明，歐洲汽車平均用鋁量自1990年已經(jīng)翻了三倍，由50kg增長到目前的151kg，并將在2025年增長至196kg。

近年新能源汽車的大規(guī)模推廣應用，更進一步提高了鋁合金材料在汽車輕量化中的應用。新能源車平均鋁消耗量為?141.5?千克，比傳統(tǒng)汽車用料高出50%左右。2019年9月，國際鋁業(yè)協(xié)會發(fā)布《中國汽車工業(yè)用鋁量評估報告（2016-2030）》預測，因為新能源的崛起，2030年中國汽車行業(yè)用鋁量將增加兩倍多，從380萬噸增加到2030年的910萬噸，其中新能源車耗鋁量占全國鋁消費總量的比重從2018年的0.42%提升到2030年的7.22%。

汽車用鋁合金擠壓型材應用有：保險杠防撞梁、吸能盒、電池托盤、儀表盤支架、副車架、滑動軌元件、散熱器及其支架、油管、熱交換器的接頭等截面一致且形狀復雜的構件。

四、結論

受需求和國家政策影響，國內(nèi)越來越多的企業(yè)開始從事輕質(zhì)材料生產(chǎn)。根據(jù)相關研究數(shù)據(jù)顯示，預計2025年中國新能源汽車用鋁需求將達176萬噸，傳統(tǒng)汽車用鋁需求將達446萬噸，20-25年年復合增長率為50%。根據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計，2020年中國新能源汽車產(chǎn)量中純電動乘用車、混動乘用車和新能源客車占比分別為72%、19%和9%。

未來5年汽車用鋁生產(chǎn)項目增速或達8.6%，其中新能源用鋁增速達49%。鋁合金在汽車輕量化生產(chǎn)中的應用將依托新能源產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

參考文獻

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