汽车板用铝合金板材

1汽车板用铝合金板材由于燃油消耗和废气污染在日益加剧，必须努力使汽车轻量化。可热处理强化的6000系列合金可用于汽车车身板。在欧洲，常用含Cu低的AA6016合金，在北美，制造商更注重强度，用含Cu量高的AA6111合金（Si1.15,Mg0.75,Cu0.70,Mn0.27,Fe0.26,Zn0.16,Cr0.11,Ti0.15）。虽然强度低、成形性差，但已在FordCrowVictoria,CrandMarques和Taurus/Sable等车型上应用。它在冲压成型时强度并不高，但在涂装烘烤时（低于180°C，小于30分钟，不能充分强化，必须开发时效强度快的合金，本文研究Mg和Mn成分对时效速度的影响）获得时效强化。99.9%高纯铝、电解铜、工业纯镁、工业纯锌、Al-9.5%Si、Al-9%Mn、Al-4%Cr、Al-3%Ti中间合金。540°C/16h均匀化退火，430°加热温度轧制，4.5mm厚板材时410°C/1h中间退火，再轧到1.2mm厚薄板。540°C/0.5h水淬（也有说550°C保温1小时），室温停留0.5h，170°C/0.5h时效，Mg和Mn含量增加，时效强度增大，但延伸率下降。增加Mg对淬火时效的晶粒度和形状影响不大，而增加Mn，晶粒明显细化并阻碍再结晶。2009年汽车产销量已达1300辆，汽车保有量7000万辆。乘用车重量每减少10%，可节油6%-8%，减排4%。铝的密度是钢的1/3，铝代钢可减重30%-40%。2006年欧、美、日等国的轿车用铝量已达2127kg/辆，欧洲铝协（EAA）预测，在2015年前，欧洲轿车用铝量将增至300kg/辆，采用铝材减少的耗能是原铝生产耗能的6-12倍。1、良好的成形性：为提高铝材的成形性，希望铝材有较低的屈强比、较高的加工硬化速率和均匀延伸率；2、有一定的抗时效稳定性（铝合金板材在室温下存放时不发生时效的特性，因为时效会使合金在拉伸变形时出现屈服点伸长，即吕德丝（luders）带，从而在冲压时造成表面变形不均和起皱，影响冲压件的外观，要求6个月不发生时效），有良好的烘烤硬化性（汽车冲压件在冲压后经油漆烘烤处理后也会产生时效，从而使其屈服强度上升的特性）；3、高的烘烤硬化特性会赋予零件高的抗凹痕性，目前大部分汽车企业的油漆烘烤工艺是针对钢板设计的，而铝合金的烘烤硬化性和钢的明显不同，因此希望铝合金板的烘烤硬化特性最好和钢板的油漆工艺兼容；4、高的抗凹痕性（板材和构件抵抗外力作用而不发生凹陷或永久变形的能力），材料的抗凹痕性与其流变应力f有关，也与材料厚度有关，作为零部件的抗凹痕性还与零件的刚度和结构有关；5、良好的翻边延性（汽车外覆盖件在冲压翻边时，板材抵抗开裂的特性），它与板材总伸长率有关，也与材料的内部组织有关；6、较好的表面光鲜性，铝合金板材和钢板不同，其晶粒度远大于钢的，如果晶粒度不均匀则会导致冲压件的表面沿轧制方向出现象绳索圈（Roping）样的变形不均匀，这种表面缺陷又叫罗平线（Ropingline）,导致油漆后表面光鲜不一致，这种缺陷也与变形各向异性有关，另一种表面缺陷是在表面形成桔皮状的起皱和不平，这与组织均匀性有关；7、表面处理和涂装性3能：钢铁材料在油漆之前，其表面要进行酸洗磷化处理，以改善冲压件表面与油漆的结合力，提高其耐蚀性，而铝合金表面有一层结合紧密的氧化膜，油漆前的表面处理方法就与钢铁材料不同，要采用铬化处理，考虑到六价铬对人体的毒性，近年来采用了无铬或低铬处理技术，其中典型的方法是Arodine方法，并已有成熟的生产线，另一种方法是在含氟离子的特殊磷化液中进行表面处理。以上7种性能相互关联又相互矛盾，必须合理匹配。满足汽车冲压件的性能要求是铝合金板材研发的主要目标。主要是两类合金：5000、6000系列。5000、6000系列典型铝合金汽车板材的主要成分（质量分数）合金牌号合金元素SiFeCuMnMg60161.0-1.5∠0.50∠0.20∠0.200.25-0.6060220.8-1.50.05-0.200.01-0.100.02-0.100.45-0.7061110.7-1.1∠0.400.50-0.900.15-0.450.50-1.05022∠0.25∠0.400.20-0.50∠0.103.50-4.95023∠0.25∠0.400.20-0.50∠0.105.0-6.25182∠0.20∠0.35∠0.100.20-0.504.5-5.06022比6016、6111有更好的成形性和耐蚀性，已用于Plymouthprowler等车身板。采用AlSi20、AlMn10、AlCr5、AlCu50中间合金做的实验。有Mg2Si（相）、初生Si、AlFeSi、Al(ZnMg)Si相。《铝合金汽车板性能及其应用的研究进展》、《铝合金汽车板性能4及其应用》马鸣图等维普网（[e-mail],用户名中填写“[e-mail]”）和知网已充值([e-mail]，用户名中填写“jiangyuanjun”)5000、6000系列典型铝合金汽车板材的主要性能合金牌号状态E/MPa泊松比密度，kg/m3屈服强度抗拉强度伸长率备注6111T4Pd690000.32.89×103-146.0290.025.0纵向6022T4Pd690000.32.86×103-122.0238.030.0纵向5182O690000.32.84×103-123.0276.025.6纵向5023O690000.32.85×103-124.0280.032.0纵向5轻质材料铝合金在汽车上的应用及前景邓闻辉（江西现代职业技术学院江西南昌330012）摘要：现代汽车材料除了满足强度和使用寿命要求以外，还应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需求。节省资源和减少对环境的污染是其迫切需要解决的两大问题。要使汽车更省油，一个主要的措施就是减轻汽车自身的质量，广泛和更多地使用轻质材料。铝合金具有密度小（2.7g/）、比强度高、耐腐蚀、热稳定性好、易成形、可再回收等优点，技术成熟，是汽车工业的理想金属材料，本文介绍了铝合金轻金属材料在汽车上的应用和发展前景。关键词：铝合金汽车轻量化金属材料现代汽车正朝着轻量化、高速、安全舒适、低成本、低排放与节能的发展方向。铝具有密度小、质量轻、成形加工性好、可以重复回收利用、节能环保等优点，加上可以延长汽车的寿命，这对汽车的轻量化。提高汽车行驶性能和安全舒适性能、降低燃油的消耗、减少排放和减轻对环境的污染有显著的作用。此外，铝合金零件可以平衡前、后轴的质量。逐渐受到人们的重视。因此，铝合金被公认为是未来汽车的理想材料之一。具预测，轿车曲轴在今后10-15年内，将主要使用铝合金制造。以下论述铝合金的特点，在现代汽车和汽车零件上的应用和发展趋势。61.铝合金得到广泛应用的原因是由其特点所决定的1.1、铝的特点（1）密度小，仅为2.7g/cm为钢的1/3。奥迪公司采用的铝材料制造的A8型汽车车架，比钢的质量降低了35%。导电，导热性能好。（2）铝由于表面易氧化形成致密而稳定的AL2O3的氧化膜，所以耐腐蚀性好。（3）铝有较好的铸造性，由于铝的熔化温度低，流动性好，易与制造各种复杂形状的零件。1.2、铝合金的特点（1）向铝中加入某种或某种元素后即构成铝合金。铝合金对于纯铝可以提高强度、硬度、除固熔强化外，有些铝合金还可以热处理强化，使有些铝合金的抗拉强度可超过600Mpa,与低碳钢相当（强度与密度之比）则胜过某些合金钢。（2）按铝合金的成分、加工特点和性能，铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金两大类，其中形变铝合金又分为防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝四类。2．铝合金在现代汽车上的应用2.1、铝在现代汽车上的应用表1铝合金在汽车上的应用历程时间国家及地区车型用途1986年（最早）印度汽车曲轴箱20世纪初欧美福特T型车铝制车身20世纪20-30年代欧洲法拉利360等赛车铝制车身720世纪30年代起欧美汽车车轮悬架和其他部件1941年-1954年欧美汽车每辆车平均用铝12磅1971年欧美汽车每辆车平均用铝77磅2001年欧美汽车每辆车平均用铝250磅2002年（预计）欧美汽车每辆车平均用铝268磅铝具有比强度高、耐腐蚀优良性能、适合多种成型方法、较易再生利用等优点.是汽车工业应用较多的金属材料.特别是能源、环境、安全等方面的原因使对汽车轻量化的要求越来越迫切.使用轻量化材料是实现汽车轻量化的重要途径，而铝是应用得比较成熟的轻量化材料，近20年来，铝在汽车上的用量和在汽车材料构成比中所占份额都有明显的增加.由铝合金制造的零件已经遍及汽车的发动机、底盘、车身等各个部分，甚至在国外已有全铝汽车面世铝是轻量化首选材料，在高张力钢板、铝、塑料与一种称为R+iB的轻量化材料中，铝起了特别重要的作用.用于汽车上的铝合金大体上可分为铸造铝合金、变形铝合金和铝基复合材料.铸造铝合金在汽车上主要用于发动机、传动机构、转向系统、制动器、行走系及各种附件.在汽车工业发达国家，汽车用铝铸件占到各类铝铸件产量的大半.例如日本，铝铸件的76%.压铸件的77%为汽车铸件.在美国和欧洲，保险杠、油箱也将钢板改用为铝合金，保险杠用的新铝合金也多次被开发，因此.未来汽车的材料构成比例中，欧美地区的铝将成为主要材料，如在德国的试验车中，铝合金使用率已达到全体材料的30%.铝的导热性好，是制作制冷设备、散热器、热交换器的好材料.活塞使用铝是轻量化效果最好的例子.以可用铝铸造或压铸成型的活塞、气缸盖、气缸体等零件.与铸铁比，铝的导热性能约高三倍，因而最适于必须要散热的热交换器零件上.这也是铝括塞所要求的特征由于铝的熔化温度低、流动性好，故易制造复杂形状的零件.根据表面处理及使用条件，可直接作为轴承面使用，也可用于气缸体.电器和无线电工业根据铝的导电性好这一特性，广泛地用银制造电线雄il、电容器、整流器、器配件、无线电器材等.此外，铝线比较容易冷却能相对地支8持更大的电流，更具有经济性机械制造业广泛用铝和铝合金制造车轮、轮、离心机、通风机、起重机及泵的零部件，活塞发动机气缸等.这是因为铝及其合金不但密度轻而且能达到要求的强度，从而能降低在运转中的量消耗或者在使用相同能量的条件下大大地提运转速度，同时也有可能延长机件的使用寿命.个机器和机械的质量和尺寸减小后Ifig使其适于产、运输、安装和操作.铝和铝合金已成为制造机、汽车、船舶、拖拉机、机动车辆等不可缺少的料.在日本，铝铸件、压铸件占汽车全部铝用量90%以上，而在美国，轧制铝的用量比例很大，约40%以上，此外还有锻造铝及其合金.铝用量的加主要是气缸体、散热器、车轮、保险杠、车身外等零件铝化倾向增强所致.2.2、铝基复合材料在现代汽车上的应用金属基复合材料(MM口是加世纪由年代诞出铝基复合材料活塞‘其性能和寿命超过了传统的铸铁环槽镶块.后对增强材料作了改进，使成本降低、性能进一步改善.复合材料活塞已大批量生产和使用.“生的一种材料，它是在连续的金属基体上分布着其他种金属或陶瓷等增强体的一种物质.这种材料，综合了基体金属和增强体的性能，因而具有单一材料难以达到的优良性能.铝基复合材料质量轻，比强度和比模量高、抗热疲劳性能好、耐磨性好，是金属基复合材料中应用最为户泛的一种.用于铝基复合材料的增强体有连续纤维、短纤维、晶须、颗粒等多种.针对不同的增强材料和木同的应用场合，开发了多种制备铝基复合材料的方法.日本本田汽车公司开发成功了不锈钢丝增强的铝基复合材料连杆，这种材料的比强度和比模量是基体铝合金的两倍，而这种连杆比钢制连杆减轻质量30%，对1.2L的汽油机来说，改善了燃油经济性5%.同时还成功地把铝基复合材料应用到了发动机活塞环槽.先把增强体硅酸铝纤维和氧化铝纤维做成环状物置于铸模内，然后浇注铝合金并用挤压铸造的方法制造2.3、粉末冶金铝合金粉末冶金铝合金产品目前只在日本有少量应用，但欧洲的汽车公司已对此表现出浓厚兴趣.其使用部位主要有汽车空调电动机转子、发动机活塞、气缸