汽车铝合金车身板材的研究现状及发展趋势论文_李帅飞

汽车铝合金车身板材的研究现状及发展趋势论文_李帅飞

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一、汽车车重与燃料效率

目前各国汽车制造企业所实行的汽车减重措施主要是应用铝合金代替钢制材料,铝合金材料与钢制材料的重量相比轻约60%,入股在汽车车身板的位置应用铝合金材料能够使整个汽车的车重降低47%左右,当钢制材料的汽车车身板与铝合金材料的汽车车身板在承受同样的冲击作用下,铝合金汽车车身板相比于钢制车身板多吸收50%左右的冲击能,从节能环保的角度上看铝合金材料利于回收、可用性较强、能够从根本上减少汽车工业领域的能源消耗、虽然车重得到减轻但是铝合金车身板所承受的重能较大,汽车车身占汽车总体重量的大部分,所以汽车车身板应用铝合金板材对于汽车减重有着极为重要的意义,铝合金材质的应用在近几年来成为了各国汽车工业领域较为重视的一个研究。

二、铝合金汽车车身板的基本分类和特点概述

1、AI-Cu-Mg(2000系)合金

这一类型的铝合金材质段造型较为良好,在实际的汽车制造过程中2000系铝合金材质焊接性能特别好,2000系的铝合金材质主要通过热处理的方式,其特点为自身是一种强化合金与Cu-Mg-AI2相近,自身具备烘烤强化的效应,但是2000系的铝合金材质的抗腐蚀性较差。

2、AI-Mg(5000系)合金

在5000系材质的铝合金结构中存在着Mg固溶,而Mg固溶与铝合金材质中能够形成一定程度的固溶效应,这种固溶效应使得5000系的铝合金材质在强度、成型特质以及抗腐蚀性能方面近似于普碳钢板的性能,目前在汽车工业制造领域主要将5000系铝合金材质应用与车身内部形状较为复杂的部位,但是Mg固溶结晶低于一定标准后5000系铝合金的材质就会因为共晶含量少为发生热脆性的问题。5000系材质的固溶强化铝合金的缺点主要是:当Mg固溶结晶在铝合金材质中含量大于100μm的时候,车身板材容易出现"桔皮效应"相比于6000系材质的铝合金汽车车身板在喷漆后的屈服强度低。

3、AI-Mg-Si(6000系)合金

相比于5000系材质铝合金、2000系材质铝合金6000系材质的铝合金各项性能更为良好,最为突出的特点就是6000系铝合金可塑性强,6000系材质的铝合金各项轻度系数趋近与传统钢板的强度系数,同时6000系铝合金在使用的过程中热处理效果较好是一种强化合金,而且扎起车身板冲压喷漆等制造工序之后,6000系材质铝合金的各项性能能够在原有的基础上得到提高,材料缺点较少应用性较强,在实际的车身板制造工艺中6000系材质的铝合金不需要二次加工可直接利用模型投入生产线加工制造。

三、汽车铝合金车身板材研究现状的基本概述

1、6000系铝合金析出过程以及动力学的研究

目前在各国的汽车工业领域中6000系铝合金材料以自身的综合性优势赢得了工业制造者的青睐,在6000系合金中主要的强化相为Mg2Si,也就是说Mg2Si在合金材质中所含数量的多少和形状直接影响着6000系铝合金车身板的应用性能,影响过程通常为X(过饱和溶体)~GP区域~Y"相~Y'相~y相。在影响过程中Y"相所体现的强化效果最好,而影响过程中Y'相所体现的强化效果较为良好,总体来看Y"和Y'比率与6000系材质的铝合金抗拉强度之间的关系较为敏感。

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2、合金元素与6000系合金的组织、性能之间的关系

Si合金元素和Mg合金元素两个元素在6000系合金中比较重要,6000系铝合金中的Mg2Si是通过Si、Mg两个合金元素相互融合作用形成的,在6000系合金中Si合金元素与Mg合金元素的比值为1.73,相关的研究人员经调查得出当Mg2Si的具体含量增加1%的范围时,铝合金车身板随着Mg2Si的含量增加而增加5MPa的强度峰值,同时延伸量值的范围得到一定程度的提高。在6000系材质的铝合金车身板材中Si合金元素能够使板材的锻造效果、焊接效果以及板材的耐磨性得到一定程度的提高、在6000系材质的铝合金车身板材中的Mg合金元素能够使车身板材的抗腐蚀性和焊接性得到一定程度的提高,也就是说随着合金元素量的增加汽车铝合金板材的性能会逐渐提高。

3、热处理工艺对6000系铝合金车身板材的相关影响

6000系材质的变形合金属于一种热处理强化合金材料,在铝合金材质成型后的热处理制造工艺直接决定着6000系铝合金车身板材的综合应用性能,在铝合金材质的整个热处理过程中较为重要的热处理制度就是固溶时效处理,固溶时效处理在某种程度上是整个汽车铝合金板材热处理的关键环节。首先铝合金板材在进行热处理工艺之前存在一定阶段的空放时间,所以我们对合金性能记性自然时效的研究就没有太大的必要了,自然时效的时间在一定程度上降低了人工时效后的汽车铝合金车身板的各项性能,但是我们可以对相关的时效进行预测和研究从而减少自然时效对汽车车身板材的负面影响,保持铝合金板材的原有性能。热处理工艺主要的工序为:首先固溶拉伸铝合金板材充分发挥油漆烘烤效应,其次控制好固溶拉伸的时间,在最短的烘烤时间内使铝合金板材的强度峰值达到最高,最后在铝合金板材产生形变强化的基础上增加Y"相的相对密度,从而产生一定程度的沉淀强化。根据相关的研究结果可知目前6000系铝合金板材在实际的制造过程中通过5%预拉伸加上自然时效和人工时效的作用可使板材的综合性能处于一个最佳的状态。

四、汽车铝合金车身板材在我国的基本发展趋势

目前我国国内汽车工业市场中铝合金材质的应用较为广泛,在2015年至2020年之间我国的汽车工业将会大力应用铝合金材质制造汽车车身板以实现汽车自重的减轻,基于这一情况未来的几年内我国铝合金材质的需求量将大幅度增加,经调查结果可知预计在2020年左右我国对铝合金板材的需求量将增加到10万吨,铝合金板材需求量的大幅度增加在一定程度上带动了我国国内铝合金生产企业的迅速发展。

结束语

综上所述铝合金车身板材的应用已经是我国汽车工业领域发展的必要措施,虽然对于汽车工业来说是一种革新性质的挑战但是应用铝合金板材能够降低企业汽车制造的能源消耗,提高汽车自身的综合性能,跟随国家可持续发展的脚步,同时铝合金板材的全面应用带动了相关的生产企业,在一定程度上也带动了我国社会经济的发展。

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论文作者:李帅飞

论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第9期

论文发表时间:2019/11/22

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