摘要：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。
关键词：铝材；汽车轻量化；应用
随着社会发展以及人们对高品质生活的追求，汽车已经成为了现代化物流以及提高生活质量的重要工具。而随着汽车工业的发展，汽车产量和保有量也在逐年增加。，尤其在汽车这一现代化物流工具方面，人们希望能够在获得便利性的基础上，积极的响应国家节能减排、环境保护等号召。近年来，我国的汽车工业获得了迅猛的发展，汽车产量得到了快速的提高，在此背景下，汽车生产制造必须要认识到，虽然汽车为人们生活创造了较大便利，为经济增长作出了巨大贡献，但是随之产生的油耗、环保、安全等问题却成为了人们极为关注的问题。
一、铝在汽车轻量化中的作用
汽车轻量化的途径主要有两条：一是结构优化设计，其基本思想是在满足正常工作各项要求的前提下，设计重量最轻的结构；二是采用轻量化材料，包括铝、镁、塑料等，但塑料制品回收存在环境污染，镁材料的价格和安全性限制了它的广泛应用，因此其中最主要的就是铝。铝作为车用材料有以下优点：
1、铝的密度只有钢铁的1 /3；导热性比铁高3倍；机加工性能比铁高4. 5倍，且其表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蚀性；铝的铸造工艺性能也比较好，可以获得薄壁复杂铸件。随着铝合金化技术的发展，铝中添加镁、铬、硅等合金元素可获得高强度铝合金材料。在等强度设计条件下，铝合金可使发动机缸体和缸盖减重30%-40%，全铝车身比钢车身轻40%以上，铝合金车轮减重达50%左右。而且铝合金导致的轻量化又允许制动器、悬挂等零部件减重，即二次轻量化，后者轻量化效果大概是前者的50%。
2、铝吸收冲击的能力是钢的2倍。有人称轻量化一定会损害车辆安全性，这是绝对不真实的。如果使用铝材进行轻量化，由于铝材的吸能性好，在碰撞安全性方面有明显的优势。汽车前部的变形区在碰撞时会产生皱褶，能吸收大量的冲击力，从而保护了后面的驾驶员和乘客。而且由于车身质量的减轻，就有能力在更短的距离刹车，这样对驾驶员、行人或对方车辆的安全性都有利。即使碰撞，碰撞时的动能也会减小，也能相应降低冲击力。
3、铝易于回收再生。近年来为了保护环境，节约资源，各国对报废汽车材料的回收与再生都非常重视。在这种环境下铝的优势非常明显，铝制品在使用过程中几乎不发生腐蚀或仅发生轻微的腐蚀损失，工业上使用的常规材料中，铝的回收价值率是最高的。目前汽车用铝的80%可以回收，估计到2010年，可达90%。而再生铝的能耗仅相当于从铝土矿开采到电解浇铸成原铝锭所需能源的5%，在铝材- 铝制品- 使用- 回收再生铝锭- 加工成材的循环过程中，铝的损耗也仅5%左右，其再生性能也比任何一种常用金属都高。
二、铝合金在现代汽车轻量化的应用
1、铝在现代汽车上的应用
（1）铝的性能非常好，因为它的强度比较高，又有很好的耐腐蚀功能，生性柔软且易塑性，可以做多种用途等，因此铝在汽车行业的使用方面越来越广泛。近几年的发展中，铝金属通过与其他金属合成铝合金，这种混合金属已普遍用于汽车材料的构成中，比如发动机、车身、底盘等各个部位，而且在国外已经出现了全铝化的汽车。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆与其他轻量化材料相比，铝在汽车制造方面起来更重要的作用，通过合成的铝合金类型也是多样化，有铸造铝合金、铝基复合材料以及变形铝合金等。而在汽车的大部分构件中使用最为频繁的就是铸造铝合金，多半用于汽车的发动机、转向系统、传动机构等各个附件，在国外一些比较发达的汽车工业制造国家，铸造铝合金进行汽车各部件的制造比其他铝铸件的比例额要高很多。
（2）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。铝的表面自然形成氧化膜，故耐蚀性优良，不易生锈；易保持漂亮的表面，因此铝车轮被普遍采用。铝的合金化会使常温下的强度不低于铸铁，所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，这也是铝活塞所要求的特征。
2、铝基复合材料在现代汽车上的应用。铝复合材料就是在金属基体上连续分布其他多种金属成分或者一些特别的陶瓷材料来增强基体自身的强度和硬度，从而避免了使用单一的材料的缺陷，将各种材料进行合理的比例混合，可以更好地实现各种材料的优势性能，实现它们之间的互补，从而达到预期的效果。由于铝基复合材料的质量也是比较轻，强硬度以及抗热性能和耐磨性等方面，是其他金属无法比拟的，因此在各行业的使用中也是非常广泛的。铝基复合材料的增强体有多重类型，比如连续纤维、晶须以及短纤维等。所以可以利用不同的增强体材料以及根据实际情况，研究出多种制造铝基复合材料的方法。另外，跟传统铸造模式相比，这种增强体造价成本低，通过复合材料的混合改进，使得铝基复合材料的性能更是发挥到了极致，因为这个缘故，在汽车等制造业中一开始大量生产和使用。
三、铝在汽车轻量化零件的应用
1、铝气缸体、气缸盖。在现代车用水冷发动机或空冷发动机上可见，铝气缸体有全铝型和缸孔中嵌入铸铁缸套型。为降低成本和更进一步轻量化，提倡采用全铝型。对此开发耐活塞环滑动，耐磨性优良的铝合金是十分必要的。
2、铝合金车轮。铸造用铝合金则要求有良好的铸造性和足够的强度。铝车轮的特点：质量轻；由于散热性好，防止了轮胎的过热；尺寸精度高，减少了纵向和横向的振动。车轮是刚性部件，在中心支撑轮胎，应具有较高的强度与刚度。车轮与汽车的多种性能密切相关，整车的安全性和可靠性很大程度上取决于所用车轮及所装轮胎的性能和使用寿命。因此要求车轮具有足够的负载能力和速度能力；良好的附着性和缓冲特性；耐磨耐老化和良好的气密性。
3、铝车身外板。轧制铝用于车身外板使汽车的铝化进入新的阶段。美国已在车身外板的许多零件上采用铝制造。但车身外板与其他部位的条件有很大差异，除要求力学强度和功能外，表观质量及手感也是要求很高的。从这一角度出发，涂装和表面质量问题就显得很突出。因此日本用得很少，除成本原因外，还有几方面的顾虑：伸长率不如钢好，弹性系数只有钢板的1/3，回弹大。
汽车轻量化可以说是未来汽车生产制造的必然趋势，现阶段国外部分发达国家在汽车轻量化方面已经取得了比较优异的成果，尤其在铝合金等轻量化材料的应用方面，已经开发了多种铝合金成形工艺。我国在铝合金汽车轻量化材料的开发与应用方面仍旧处于初级的探索阶段，与欧美等国家存在较大差距。鉴于此，我国必须要重视培养该方面的专业人才，增加科研经费，制定符合时代发展需求的汽车轻量化材料标准，以此保证我国未来汽车的生产制造当中具有较低的耗油量，较高的汽车性能与行驶安全性，推动我国汽车产业获得更加长远且健康的发展。
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论文作者:孟祥龙
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/30
标签：汽车论文; 铝合金论文; 轻量化论文; 材料论文; 性能论文; 复合材料论文; 车轮论文; 《防护工程》2019年第5期论文;