铝合金-汽车轻量化技术-2016
国际铝协发布《中国汽车工业用铝量评估报告(2016-2030)》未来再生铝
文 /CM咨询公司
概述
本报告的目的是介绍 CM 咨询公司对中国汽车工业用 铝量的综合评估结果，包括乘用车、商用车 ( 客车和货车 )、 特种车辆、两轮车和三轮车。
从现在到 2030 年，中国的汽车行业很可能会经历一 个巨大的转变，从燃油汽车转向新能源汽车。作为中国汽 车制造商减少车重的首选材料，铝很好地利用了这一转变。 尽管燃油汽车数量的前景保持不变，但减重措施很可能会 增加铝在车辆制造中的单位用量，从而推动消费增长。
来源：CM 图 3 中国汽车工业铝总消费量及分类情况
乘用车是铝的主要市场，2017 年的铝消费量估计为 290 万吨，占总消费量的 74%。由于中国近期经济活动放
来源：CM 图 4 中国汽车工业铝总消费量 / 新能源车比例
按单车消费量计算，2018 年，新能源客车行业铝消 耗量最大，预计每辆客车消耗 210 公斤铝，混合动力客车 消耗 179.6 公斤。BEV 客车和 ICE 客车的铝消耗量分别为 128.4kg 和 118.7kg，尽管如此，与美国、欧盟、日本等发 达国家相比，中国汽车铝的用量还有较大差距。
与此相反的是中国新能源汽车市场，2018 年新能源 汽车产量为 110 万辆，预计 2030 年将达到 1160 万辆， 年复合增长率为 21.4%。值得注意的是，预计同期纯电动 汽 车 (BEV) 产 量 将 增 长 23%， 从 2018 年 的 77 万 辆 增 至 2030 年的 920 万辆。鉴于对铝行业使用强度的预测，这 一预测增长可能会推动铝市场的强劲增长。
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M arket 市 场
表 1. 中国汽车单车铝消耗量估算 ( 公斤）
铝合金在汽车上的应用与发展
铝合金在汽车上的应用与发展摘要：近年来随着经济的不断发展，能源问题日渐突出，汽车行业对于能源的需求量大，且排出的废气对空气有一定污染，但不能通过遏制汽车制造业的发展来实现节约能源的目的，只能在发展中不断向节能减排的方向靠拢。
汽车节能减排的发展主要有两个方向，一个是改变汽车自身的结构，这个方向就目前来说，已经有了很先进和成熟的技术手段。
另一个就是当今社会提倡的汽车轻量化，通过改变整体车身的重量，提高能源的使用率，废气排放量也随之降低。
在汽车轻量化发展中，铝合金作为一种轻金属，其在汽车上的应用和发展为汽车的轻量化开辟了发展的道路。
关键词：铝合金；汽车；应用；发展随着人们生活水平的提高，对于汽车的需求不再是“有车即可”，而更向往着个性化、人性化以及舒适程度和节能低排放，为了更好的满足客户的需求，并迎合国家倡导的节能减排策略，需要对汽车“瘦身”，在功能比以前更好的情况下减轻汽车车身的整体重量。
1.铝及铝合金铝的密度为 2.7g/ ,相当于钢的三分之一，是轻金属中的佼佼者。
铝的熔点低，流动性强，可以用来塑造形状复杂的零件，且铝的表面易与氧气产生反应形成稳定的，具有较强的耐腐蚀性。
铝合金则是在纯铝中加入某一种或者多种金属元素形成合金。
铝合金与铝相比较，刚性和强度比较高，保留了可塑性，还能进行热处理，有些铝合金抗拉强度甚至于低碳钢旗鼓相当。
最为重要的一点，铝合金质量轻，可以广泛适用于各种机械产品的零部件制造中。
2.铝合金在汽车上的应用2.1铝合金在汽车上的应用背景前面提到汽车要向轻量化方向发展，铝合金是必不可少的材料。
有资料显示，如果用铝合金来取代钢材料，发动机的重量可以减少30%，左右车轮能够减少50%的重量，这样一来，汽车整体的重量能够减少30%-40%。
而一辆汽车的重量减小一千克，同样是一升汽油，行程会比普通汽车的行程多出40米左右，换句话说，当汽车整体重量减轻1%时，其耗油量能够比平时减少0.6%-1%。
汽车轻量化设计-车身常用铝合金材料及性能简介
冷成型工艺
热成型工艺
铸造工艺
工程院车身部
二、铝合金零部件工艺路线
冲压工艺成型工艺路线：
第一阶段：板材制备（熔铸-热轧-冷轧-退火-分切）
自动化 程度高
连续静 压，性
能好
轧制 特点
生产效 率高
板材制备
材料利 用率高
工程院车身部
二、铝合金零部件工艺路线
材料状态选择
不可热处理强化合金（1XXX，3XXX，5XXX合金）： 轧制/挤压：H态，硬态（强度较高） 轧制/挤压—热处理：O态，软态（硬度较小） 轧制/挤压—热处理—轧制/挤压； H12，H14，H16，H18（硬度适中）； 例如5182-O态合金， 工艺路线：热轧-冷轧-360℃X4h退火处理获得5182-O态
工程院车身部
二、铝合金零部件工艺路线
冲压工艺成型工艺路线： 铸棒制备（熔铸-锯切）-挤出（加热铸棒及模具-挤压-锯切-时效）-机加工
工程院车身部
二、铝合金零部件工艺路线
冲压工艺成型工艺路线： 铸棒制备（熔铸-锯切）-挤出（加热铸棒及模具-挤压-锯切-时效）-机加工
整套模具：正模，模垫，模套三部分组成； 正模：工作带，空刀，导流槽，分流孔，分流桥，模芯，焊合室
车身用铝合金及性能简介
目录
1 2 3
铝合金分类及应用 铝合金零件工艺路线
铝合金零件性能
一、铝合金分类及应用
1 铝合金系列
一、铝合金分类及应用
2 铝合金在车身上应用
1XXX：纯铝，例如1050,1060，硬度强度较低，延伸率优良（UTS=70-100MPa； EL=40%）； 汽车中应用： 锂电池正极集流体铝箔（电池）
工程院车身部
二、铝合金工艺路线
铝合金轻量化加工技术研究与应用
铝合金轻量化加工技术研究与应用铝合金作为一种轻量化材料，在工业应用中具有广泛的应用前景。
为了进一步提高其性能和降低重量，铝合金轻量化加工技术成为当前的研究热点。
本文将重点介绍铝合金轻量化加工技术的研究现状和应用前景。
铝合金轻量化加工技术的研究现状主要集中在材料设计、合金制备、成形加工和表面处理等方面。
首先，材料设计是实现铝合金轻量化的关键。
研究人员通过合金元素的调整和添加，优化铝合金的力学性能和轻量化特性。
例如，通过添加微量的稀土元素和纳米颗粒，可以增强铝合金的强度和硬度，提高材料的强化效果。
其次，合金制备技术是铝合金轻量化加工的关键环节。
通过粉末冶金、溶液处理和多元合金等技术，可以获得具有优异性能的铝合金材料。
同时，采用快速凝固技术和注射成型技术，可以获得精密的铝合金制品。
此外，成形加工技术是铝合金轻量化加工的重要环节。
采用轧制、挤压、拉伸和锻造等加工方法，可以制备轻质、高强度的铝合金构件。
铝合金轻量化加工技术的应用前景广阔。
首先，铝合金可以广泛应用于汽车工业。
随着汽车工业对环境友好和低能耗的要求增加，铝合金作为轻量化材料备受关注。
利用铝合金制造汽车零部件，可以有效降低汽车整车质量，提高燃油经济性和行驶安全性。
其次，铝合金可以应用于航空航天领域。
航空航天领域对材料的强度、刚度、耐腐蚀性和重量要求极高，铝合金正好满足这些要求。
通过轻量化处理技术，可以大幅降低飞机结构的重量，提高运载能力和燃油效率。
此外，铝合金在航空航天领域还具有优异的导热性能和耐高温特性，适用于制造发动机零部件和航天器结构。
此外，铝合金轻量化加工技术也可以应用于电子设备、建筑材料和交通工具等领域。
针对铝合金轻量化加工技术存在的挑战和问题，研究人员需要进一步改进和完善相关技术。
首先，合金制备过程中需要解决合金成分的均匀性和稳定性的问题。
合金的成分分布不均匀会影响材料的力学性能和耐腐蚀性。
其次，成形加工过程中需要克服铝合金的软、粘、热敏等特性带来的困难。
货车轻量化涉及的几种新材料技术
附件：货车轻量化涉及的几种新材料技术铝合金。
与钢铁相比，铝合金具有质量轻(其密度为钢的1/3)、耐腐蚀性好、易于加工等特点，但成本较高，是近20年来在国内外载货汽车上使用最多的轻量化材料。
常用的包括：铸造铝合金——活塞、气缸盖、车轮、离合器盖、曲轴箱、进气歧管等；型变铝合金——发动机罩、货箱地板、保险杠、车轮、热交换器(散热器与加热器)、温度调节器(冷凝器与蒸发器)、油冷却器以及冷藏车厢、保温车厢、半挂车的车厢与车架等。
欧、美、日等国多年来铝合金在汽车上的用量平均年增幅为10%。
据统计，2003年全球每辆汽车用铝已从1978年的50kg上升为140kg，增长1.8倍。
镁合金。
与钢铁相比，镁合金密度小(比铝还小)、易于加工、压铸经济，其最大特点是阻尼减振性和抗凹性好。
镁合金早在20世纪40年代末就开始被一些公司采用。
镁合金在应用上比铝合金发展得慢，主因是因为其铸造性差、后处理工艺复杂、成本较高。
当前世界上所有汽车镁合金平均用量仅2.3kg。
随着研制该材料技术水平的提高，目前正以每年15%-20%的速度递增。
塑料及其复合材料。
汽车塑料制品一般分为内饰件、外装件和功能件等。
据统计，美国的汽车塑料使用量自1975年至1980年曾经以每年30%-40%左右的增速发展，后来因某些部件用塑趋于饱和及发展新品技术难度日益增大等因素增速逐渐放缓。
目前世界主要汽车用塑料件的内饰化已基本完成。
玻璃纤维增强塑料(FRP)等新品种已随着技术的成熟而正在扩大应用，主要用于车身的外装件和功能件。
可用于车门、发动机罩、前脸板、叶子板、保险扛骨架、门梁柱、通风百叶窗、导流罩等近20种车身板件。
具有高比强度和高比弹性模量的碳纤维增强塑料(CFRP)及有机合成纤维复合材料(Kevlar)是欧美等国已着手研究的新材料，并已开始使用，但成本较高。
如果能将其成本降至当前的1/3，将有望成为汽车功能件和结构件轻量化的优选用才。
高强度钢。
在轻量化材料中，与铝合金、塑料相比，高强度钢具有以下特点：(1)价格低；(2)基本上可利用原有生产线；(3)其弹性模量高、刚性好、耐冲击性好及较高的疲劳强度，有些高强度钢的抗拉强度为普通钢的2～3倍；(4)耐腐蚀性差。
汽车铝合金轻量化材料的应用及技术工艺
汽车铝合金轻量化材料的应用及技术工艺摘要：我国铝合金材料在汽车轻量化制造中的应用越来越广泛，但是还面临很多影响因素，因此如何针对这些影响因素采取有效的策略是当务之急。
本文首先说明了汽车轻量化制造的意义，然后分析了铝合金材料优势，最后详细阐述了汽车铝合金轻量化材料的应用及技术工艺。
关键词：汽车；铝合金；轻量化；底盘；发动机一、汽车轻量化制造的意义实现企业的轻量化制造能够推动现代汽车制造业的可持续发展，具体主要表现在两个方面：第一，汽车轻量化有助于降低汽车行驶排放量，减少能耗。
汽车的重量直接关系着其能耗，当行驶速度相同的情况下，汽车自身的体重越大，消耗的能源越多，相反汽车的质量越轻，其能耗越低。
并且当油耗减少时还意味着汽车排放的尾气量减少，发挥节能环保的功效。
第二，汽车轻量化有助于提升企业的行驶性能，确保出行安全。
轻量化制造通过降低汽车的自重，从而缩短了汽车加速的用时，若想将汽车加速至每小时100km，轻量化制造便可以将初始10s缩短至7s，便于对汽车的牵引负荷状态进行调整，提升汽车的行驶性能，与此同时还能够降低汽车行驶过程中的惯性，确保汽车行驶的安全性。
二、铝合金材料优势（一）减重效果较为良好铝合金在汽车制造中的应用，便能够达到良好的汽车轻量化效果，具体来讲，铝的密度为2.7g/cm3，为钢铁密度的1/3；铝合金导热性能良好，在金属中仅次于铜；铝合金耐腐蚀性能良好，这是因为其表面能够自动形成一层氧化膜，这些特征使得铝合金成为了汽车制造的主要材料。
（二）生产材料能够回收利用铝合金是回收率较高的金属材料，这是因为铝合金在应用过程中出现腐蚀问题的概率较低。
铝合金材料在制作成产品、使用、回收加工成铝锭、再次制作成产品的循环过程中，损耗率也仅仅为5%，其回收利用价值是所有金属材料中最高的，目前大部分国家应用汽车制造铝合金为再生铝材料。
此外，铝的熔点较低，流动性能良好，因此能够制作成各种结构复杂、形状不规则的构件，这位汽车制造提供了便利条件，同时也便于铝合金回收利用。
镁合金铝合金在汽车轻量化上的应用及发展趋势
镁合金铝合金在汽车轻量化上的应用及发展趋势随着汽车工业的发展，轻量化已成为汽车制造业的重要趋势。
轻量化不仅可以提高汽车的燃油经济性，降低碳排放，也可以提高汽车的性能和安全性。
在轻量化材料中，镁合金和铝合金因其优异的性能和轻量化特性逐渐成为汽车轻量化材料的热门选择。
本文将从镁合金铝合金在汽车轻量化上的应用现状和发展趋势两方面进行探讨。
1. 镁合金在汽车轻量化上的应用现状镁合金作为目前最轻的结构金属材料之一，具有独特的优点，如密度低、比强度高、抗蠕变能力强等。
在汽车轻量化方面具有广阔的应用前景。
各大汽车制造商已经开始将镁合金应用于汽车的车身、发动机、底盘等部位，以实现汽车整车重量的降低，提高汽车的燃油经济性和性能。
在汽车发动机方面，镁合金由于具有良好的导热性和机械性能，可以用于制造发动机的缸体、水箱、曲轴箱等部件。
相比于传统的铸铁和铝合金材料，使用镁合金可以降低发动机的重量，提高发动机的效率和功率密度，有助于减少汽车的燃油消耗和碳排放。
镁合金还可以用于汽车的车身和底盘部件的制造，如车门、车架、悬挂系统等。
借助镁合金的轻量化特性，可以有效降低汽车的整车重量，提高汽车的操控稳定性和安全性。
在汽车车身方面，铝合金主要用于制造车身板件、车门、车顶等组件。
相比于传统的钢质材料，使用铝合金可以显著降低汽车的整车重量，提高汽车的燃油经济性和动力性能。
铝合金具有优异的耐腐蚀性和表面处理性，使得汽车的外观光泽和耐久性得到增强。
1. 新材料技术的发展随着汽车工业的发展和技术的进步，新型镁合金和铝合金材料正在不断涌现。
新型镁合金材料具有更高的强度、更好的可铸造性和热处理性能，能够满足汽车制造业对高强度、轻量化的要求。
铝合金-SiC纳米复合材料、镁合金-碳纤维增强复合材料等新型材料的研究和应用，将进一步推动汽车轻量化材料的发展。
2. 加工技术的改进随着加工技术的不断改进，铝合金和镁合金的加工难题将逐渐得到解决。
新型的热压成形、摩擦搅拌焊接、激光焊接等先进加工技术的应用，将减少材料的损耗和能耗，提高材料的利用率，推动轻量化材料在汽车制造业中的应用。
镁合金铝合金在汽车轻量化上的应用及发展趋势
镁合金铝合金在汽车轻量化上的应用及发展趋势镁合金和铝合金是目前汽车轻量化材料中的主要代表，它们具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，在汽车制造领域得到越来越广泛的应用。
本文将从镁合金和铝合金在汽车轻量化上的应用、发展趋势等方面展开探讨。
一、镁合金在汽车轻量化上的应用随着汽车工业的不断发展，汽车轻量化成为了当前汽车制造领域的一个重要发展方向。
镁合金以其密度小、比强度高、耐热耐腐蚀等优点，成为了汽车轻量化领域中备受瞩目的材料之一。
1. 发动机部件镁合金在汽车发动机部件上的应用是其较为重要的应用领域。
镁合金可以用于制造发动机缸体、传动壳、曲轴箱等部件，其重量轻、导热性能好等特点可以有效地提高汽车发动机的工作效率，减轻整车重量，提高燃油经济性。
2. 变速箱部件镁合金还可用于汽车变速箱的制造中，例如变速箱壳体、液压零部件等。
镁合金的强度高、耐热性好等特点，使得其在变速箱部件上的应用能够有效地提高汽车的整体性能和可靠性。
3. 结构件除了发动机和变速箱部件外，镁合金还可以用于汽车各种结构件的制造，例如车身、悬挂系统、转向系统等。
使用镁合金制造这些部件可以有效地降低整车重量，提高汽车的燃油经济性和操控性能。
2. 轮毂轮毂是汽车上重要的部件之一，也是铝合金的重要应用领域。
采用铝合金制造轮毂可以有效地降低整车重量，并且具有良好的强度和刚性，提高汽车的操控性能和舒适性。
1. 复合材料的应用未来，随着汽车对轻量化、高强度、高刚度的需求不断增加，镁合金和铝合金很可能会与其他高强度材料如碳纤维复合材料等进行混合应用，以更好地满足汽车对材料性能的要求。
2. 制造工艺的提高随着制造工艺的不断提高，镁合金和铝合金的成型、焊接、表面处理等工艺也将得到提升，从而使其在汽车轻量化领域中的应用得以进一步扩大和深化。
3. 新材料的研发随着科技的不断发展，新型镁合金和铝合金材料的研发也将不断推进，例如高强度、高耐热性能的新型合金材料的问世，将为汽车轻量化领域带来更多的可能性。
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固溶淬火处理
将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并 保持一定的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分 溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法 将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态 ，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。但此 时材料塑性较高，可进行冷加工或矫直工序。
2.2 铝合金分类
根据合金元素和加工工艺特性，可将铝合金分为 变形铝合金和铸造铝合金两大类。
2.3 纯铝与铝合金牌号
表 2 纯铝与铝合金牌号
2.4 铝及铝合金的分类
2.5 铝及铝合金材料分类
2.6 铝合金基础代号
变形铝及铝合金状态代号命名的基本原则基础状态代号用一个英文大 写字母表示；细分状态代号采用基础状态代号后跟一位或多位阿拉伯 数字表示
除标准铝合金外，一些铝合金公司与汽车制造者还研 发了一批具有某些特殊性能的非标准铝合金。常用标 准汽车铝合金如下表所示。1 × × ×系~8× × ×系 在汽车制造中都或多或少的获得了应用。
C:\Users\Administrator\Desktop\汽车制造中常用铝 合金.docx
美国生产的全铝自卸车
铝的密度小（2.7 g/cm³ ），约为钢（7.8 g/cm³ ）的 1/3。用铝合金代钢铁可减重50% 左右,由于铝的表 面易氧化形成致密而稳定的氧化膜（钝化），所以 耐蚀性好。铝有较好的铸造性，由于铝的融化温度 低，流动性好，易于制造各种复杂形状的零件。铝 中加入一种或几种元素后即构成铝合金，铝合金相 对于纯铝可以提高强度和硬度，除固溶强化外，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。导热率和导电率是钢的3倍。
三、汽车用铝合金现状
3.1 在汽车上的应用范围
铸造铝合金与变形铝合金都在汽车中获得了应用，但是以前 者为主。当前铝合金的铸件主要用于制造发动机零部件、壳 体类零件和底盘上的其他零件。如轿车发动机缸体、缸盖、 离合器壳、保险杠、车轮、发动机托架等几十种零件。 变形铝合金适合压力加工，通过冷变形和热处理可使其强度 进一步提高。可制成板材、管材、棒材以及各种形状的型材 。变形铝合金主要用于汽车车身。包括：发动机罩、车顶棚 、车门、翼子板、行李箱盖、地板、车身骨架及覆盖件。过 去用于轿车车身的铝合金主要有Al-Cu-Mg(2000系)、AlMg(5000系)an Al-Mg-Si(6000系)三大系列
汽车轻量化技术 铝合金
主要内容
1
2 3 4 5
汽车轻量化背景
铝合金基础知识 汽车用铝合金现状 铝合金汽车板工艺 轻量化发展方向
一、汽车轻量化背景
1.1 轻量化的必然性
• 汽车质量每减轻１%，可节省燃料消耗0.6％~1.0%； • 车辆每减重100 kg，CO2排放量可减少约5 g/km，在轿 车中每使用1 kg铝，可在其使用寿命期内减少20 kg尾 气排放； • 汽车尾气排放与油耗成正相关； • 现有汽车越来越高级化，附加装置也越来越多。同样 使得轻量化成了必然。
550kg
800kg 170kg 400kg 46%
美铝公司和宇通公司合作研发的全铝公共汽车用铝部位图
宝马M3的发动机盖板 沃尔沃S70的车门外板
使用Novelis Fuห้องสมุดไป่ตู้ion AF350 生产的汽车车门内板
全铝轿车车身空间框架示意图
奥迪的空间框架铝合金车身结构技术
铝合金车身结构
沃尔沃越野车纵梁
1.2 汽车轻量化的主要对象
由表2可以知：发动机、底盘、车身及内外装占轿 车总质量的比例较大,减重潜力也较大。轿车车身 是轿车中重量较大的部件，约占汽车总重量的30 ％，所以车身的铝化举足轻重。
表 2 轿车各部分的质量比例
名称 质量比例 （%） 发动机 10~15 底盘（除传 动系） 19~24 车身 20~28 传动系 5~10 内装外装 20~25 其他 8~13
铝合金车身板的应用及减重效果
1.3 轻量化的手段
(1)优化汽车车身框架结构； (2)用高强度轻质材料代替传统的钢铁材料。
主要有： 1.高强度钢板 2.铝合金 3.镁合金 4. 钛合金 5.高分子材料 6.新型复合材料
二、铝合金基础知识
2.1 铝合金的特点：
宝马汽车后车架
奥迪公司的侧面车架
奥迪公司的油底壳
国外品牌汽车铝合金防撞梁、吸能盒
3.2 应用现状
国外的应用现状
美国：1994年用铝量为87kg/辆，2000年达到116kg/辆， 2006年达到了145kg/辆。2000年到2006年6年中的年平 均增长率为3.7％。
时效
经固溶淬火后的材料，在室温或较高温度下保持 一段时间，不稳定的过饱和固溶体会进行分解，第二相 粒子会从过饱和固溶体中析出（或沉淀），分布在α（ Al）铝晶粒周边，从而产生强化作用称之为析出（沉淀 ）强化。
回归
时效型合金在时效强化后，于平衡相或过渡相的 固溶度曲线以下某一温度加热，时效硬化现象会立即消 除，硬度基本上恢复到固溶处理状态，这种现象称为回 归。合金回归后，再次进行时效时，仍可重新产生硬化 ，但时效速度减慢，其余变化不大。
在美国，95%以上的油罐车用铝材料制造
压巴 代 作 美 框的 节 研 铝 架铝 能 发 与 结合 环 的 宇 构金 保 新 通 。挤 大 一 合
吨 件框 重 全 。 分架 效 铝 减 别、 果 公 重 、 减轮 标 用 近 重毂 示 全 。图铝 ， 车。公 。合 身与共 、钣 钢 汽 计 减 金结车 重 件构铝 量 、、 相 件 近 内比的 饰，减 2
2.7 铝及铝合金热处理分类
均匀化退火 退火 中间退火 成品退火
在线淬火
铝 及 铝 合 金 热 处 理
立式淬火 卧式淬火
固溶淬火
离线淬火 一次淬火 阶段淬火 自然时效 过时效 欠时效
时效
人工时效 多级时效
回归
退火
产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一 定的冷却速度冷却到室温。通过原子扩散、迁移， 使之组织更加均匀、稳定、，内应力消除，可大大 提高材料的塑性，但强度会降低。