MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺
王正科
四川城市职业学院 四川省成都市 610000
摘 要： 铝合金是目前汽车轻量化研发制造应用频率较高的材料，这是因为铝合金的应用能够切实降低汽车自重。
为此，本文首先分析了铝合金在汽车轻量化中的应用优势，其次分析了铝合金在汽车轻量化中的应用技术、分类、方式，旨在为铝合金在汽车轻量化中的应用提供参考，以此来提高汽车轻量化效率和质量。关键词：铝合金 汽车轻量化 应用技术
1 引言
汽车是主要交通运输工具，尽管能够给人们的工作及生活提供便利条件，但是也导致了资源消耗和环境污染，而汽车轻量化能够适当降低汽车排量，进而节约汽车消耗资源，减少汽车尾气导致的环境污染。铝合金属于密度较低的金属材料，其在汽车生产中的应用不但能确保汽车应用性能，还能实现汽车轻量化。
2 铝合金在汽车轻量化中的应用优势
2.1 减重效果较为良好
据调查结果显示，汽车油耗及尾气排放量与汽车自重有着密切关系，汽车自重每降低1Kg，行驶10000Km的油耗会降低0.7L；汽车自重每降低10%，尾气排放量会降低5-6%，因此，如何实现汽车轻量化已经成为了各大汽车制造企业面临的关键问题[1]。而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。
2.2 生产材料能够回收利用
铝合金属于回收难度较低、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的汽车制造铝合金
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，同时也便于铝合金的回收利用。
2.3 提高汽车安全性能和行驶性能
铝合金在汽车制造中的应用尽管能够降
低汽车自重，但是却不会降低汽车容量，在
这样的情况下，汽车的重心会被降低，因此
汽车行驶的舒适性和稳定性能够得到提高，
汽车构件震动及转动噪音能够得到降低[2]。铝
合金的性能使其能够充分吸收汽车撞击时产
生的能量，汽车前部变形区域在遭受碰撞之
后能够产生褶皱，因此汽车的损伤能够得到
降低，车内人员安全能够得到更好的保障。
此外，铝合金的应用能够减少汽车动力传动
系统的负荷，汽车行驶的牵引负荷得到减低
后，其行驶性能自然会得到提高。
3 铝合金在汽车轻量化中的应用技术
3.1 铸造成形技术
铸造成形技术是汽车用铝合金成形的主
要技术，80%左右的汽车用铝合金应用的都
是这种成形技术，具体可以分为精密铸造、
重力铸造、消失模铸造、低压铸造、挤压铸
造、压力铸造等。其中，应用频率最高、制
作效果最好的为压铸成形技术，这是因为该
技术制造成的铝合金构件具有废品率较低、
成品质量较高、尺寸精准程度较高等特点，
适合应用在大批量铝合金构件生产中，如发
动机缸盖、轮毂等。挤压铸造属于一种新型
的铸造成形技术，不需要进行切削加工或者
是切削加工过少，该技术制造成的铝合金构
件具有轮廓清晰、内部致密等特点，门框饰
条、保险杠支架应用的便是这种成形技术。
3.2 半固态成形技术
半固态成形技术属于一种新型的汽车用
铝合金成形技术，能够制作出与理想铝合金
构件较为相似的构件[3]。一般情况下，铝合金
在成形之前需要经历固态、液态两种形态，
当铝合金状态介于两种形态之间时（即半熔
形态），铝合金填充能够更加平稳和充实，
进而获得更好的成形效果，具体表现是提高
构件精确程度、降低构件凝固收缩程度、
增加构件模具应用寿命、提高构件力学性
能等。目前，半固态成形技术已经被广泛应
用在了汽车轻量化中，具有十分广阔发展前
景；但是由于该技术的应用尚未成熟，还无
Application of Aluminum Alloy in Automobile Lightweight
Wang Zhengke
Abstract： A luminum alloy is currently the most frequently used material in automotive lightweight research and development and manufacturing. This is because the application of aluminum alloy can effectively reduce the weight of automobiles. For this reason, this article first analyzes the application advantages of aluminum alloy in automobile lightweight, and then analyzes the application technology, classification and method of aluminum alloy in automobile lightweight, aiming to provide reference for the application of aluminum alloy in automobile lightweight, to improve the efficiency and quality of automobile lightweight.
Key words： a luminum alloy, automobile lightweight, application technology
AUTO TIME 113
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法应用在大批量铝合金构件生产中。
4 铝合金在汽车轻量化中的应用分类
4.1 铸造铝合金
77%左右的汽车用铝合金为铸造铝合金，由此可见，铸造铝合金在汽车轻量化中的应用量较大，这是因为铸造铝合金具有成品质量稳定、适合大批量生产等特点。目前，铸造铝合金主要应用在变速器、发动机气缸盖、发动机气缸体、轮毂、摇臂、制动盘等汽车构件制造中。其中，发动机气缸盖、发动机气缸体对制造材料的抗腐蚀性能和导热性能要求较高，铸造铝合金能够达到这一要求。轮毂在汽车自重中占比较高，急需要进行轻量化处理，而应用铸造铝合金便能够有效达到这一目标，在轻型汽车和中型汽车中，铸造铝合金材质轮毂较钢质轮毂自重能够下降30-40%左右；并且铸造铝合金材质轮毂还具有散热性能较高、强度较高、尺寸精确程度较高、能够降低横向和纵向震动频率等优势。
4.2 变形铝合金
变形铝合金具有成品质量稳定、强度较高、塑性较高、成分性能比较均匀、内部组织紧密等特点。变形铝合金可以划分为不可热处理变形铝合金和可热处理变形铝合金，前者主要包括AL-Si系合金、纯铝系合
金等，后者主要包括AL-Mg-Si系合金、AL-Cu系合金等[4]。目前，变形铝合金主要应用在车门、轮毂罩、热交换器、保险杠、座位、行李箱、保护罩、消声罩等汽车结构件、悬挂件、装饰件制造中。其中，变形铝合金材质热交换器较铜质热交换器自重能够下降35-45%左右，目前，美国有60-70%左右的热交换器应用了变形铝合金，欧洲国家有90-100%左右的热交换器应用了变形铝合金。
4.3 泡沫铝材
泡沫铝材属于一种多孔材料，其在金属基体中存在大量气泡，具有质量较轻、强度较高、吸附性能良好、吸振性能良好、阻尼性能良好等特点。目前，泡沫铝材主要应用在纵梁、保险杠等汽车支撑构件制造中，具体需要将泡沫铝材填充到两个外板之间形成新的板材，这样能够在实现构件轻量化的同时，提高构件撞击的安全性。
3.4铝基复合材料
铝基复合材料属于一种复合型汽车用铝合金，具有导热性能良好、强度较高、热膨胀系
数较低、耐疲劳性能良好、耐磨性能良好、尺
寸精准程度较高等特点，因此得到了汽车制造
企业的广泛应用。目前，日本已经应用铝基复
合材料制造成了发动机活塞等汽车构件。我国
东南大学应用陶瓷纤维增强铝基复合材料制造
成了发动机活塞，成功的将活塞的应用寿命延
长了3-5倍，同时提高了发动机功率。
5 铝合金在汽车轻量化中的应用方式
5.1 制作车身
车身在汽车自重中的占比达到了30%左
右，油耗量达到了70%左右，实现车身的轻量
化有利于实现汽车整体轻量化，同时降低汽
车油耗量，因此，可以在车身制造中应用铝
合金材料。例如，奥迪公司早在1980年便开
始应用铝合金制造汽车车门，并且在1994年
成功制造了铝合金车身，这使得汽车的自重
下降了40%左右[5]。随后，越来越多的汽车制
造企业开始在车身制造中应用铝合金，并且
进一步开展了对车身轻量化材料的研究，实
现了同时应用多种轻量化材料制造车身的目
标。由此可见，铝合金在汽车车身制造中的
应用能够切实降低车身自重。
5.2 制作底盘
在汽车结构中，底盘是轻量化难度最低的
构件之一，比较容易达到轻量化目标。目前，
铝合金已经在底盘制造中得到了良好应用，例
如，福特公司应用铝合金制造的动盘较铁质动
盘自重下降了63%左右；凯迪拉克公司应用铝
合金制造了悬挂系统部分构件；克莱斯勒公司
应用铝合金制造的底盘将转向机万向节自重降
低了3kg、将下控制臂自重降低了2.6kg、将
转向机壳自重降低了1.36kg，尽管这提高了
底盘制造成本，但是却将底盘应用寿命延长了
2倍。由此可见，铝合金在汽车车身制造中的
应用能够不但能够实现底盘轻量化目标，还能
够优化底盘应用性能、增加底盘应用时间。
5.3 制作发动机
目前，已经有大部分汽车制造企业开始
在发动机制造中应用铝合金，具体的制造构
件有油底壳、连杆、散热器、活塞等。其
中，铝合金应用频率最高的发动机构件为活
塞，大部分汽车应用的活塞都是由铝合金制
作的，不但活塞的自重能够得到有效降低，
活塞的曲轴配重也会降低，活塞的惯性也会
减少，因此提高了活塞的应用效率；铝合金
具有良好的导热性能且膨胀系数较小，这使
得铝合金活塞在350℃条件下也能够保持良好
的力学性能。此外，铝合金制造的其他发动
机构件能够在降低自重的基础上，降低震动
频率、减少运行噪音、降低运行油耗。
5.4 轮毂制造
进行轮毂轻量化处理能够有效降低汽车
自重，铝合金在轮毂制造中的应用，不但能
够降低轮毂自重，还能够实现节能目标，因
为轮毂自重每降低1kg，1L汽油便能够将汽车
的行驶距离延长800m，这样能够降低汽车对
汽油的消耗量，进而减低了汽车的碳排放量，
做到了低碳环保[6]。此外，铝合金材质轮毂具
有抗腐蚀性良好、耐久性能良好等特点。
6 结语
汽车轻量化为未来汽车研发生产的主要趋
势，目前，已经有很多发达国家在汽车轻量化
方面取得了显著成果，实现了铝合金材料的有
效应用。我国对铝合金在汽车轻量化中的应用
还处于探索阶段，与发达国家研发生产水平还
存在一定差距，这需要汽车制造企业加大对铝
合金汽车轻量化技术及方式的研究力度。
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作者简介
王正科： （1987.07—），男，汉族，江苏省南京市，
讲师，本科。汽车运用与维修技术。
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