新材料与工艺手册

[轻量化材料] 汽车轻量化发展离不开铝型材的应用

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发表于 2020-7-14 19:14:57 | 显示全部楼层 |阅读模式

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                 将铝合金型材用于汽车上,利用材料的高强度和轻质量,以达到汽车轻量化的效果,全铝车身的很多车型都是通过大量使用铝型材为主要结构件,来实现汽车轻量化的。

所谓的全铝车身,并不是指汽车的全身都是纯铝制成,而是指主要结构件由铝型材打造,其它部分的零件可以由非铝材料完成。铝型材的种类很多,可分为1系到7系几大系列,用于全铝车身的型材主要有5系铝镁合金和6系铝镁硅合金,当然也有一些车身钣金件用的2系铝铜合金。


使用铝型材来实现汽车轻量化效果,具有以下特点:
1、质量轻
铝合金之所以质量轻,是因为铝的密度小,只有钢材的1/3,一般来讲,汽车的车身重量要占整个汽车重量的35%左右,高强度钢材比普通钢材要轻,而铝型材又要比高强度钢材轻,通常一辆车可使用500kg的铝合金材料,整体重量至少可以减少40%的,就是减少了200kg,相当于从车上下来4个成年男性,汽车轻量化的效果显而易见。
2、强度高
和钢材相比,铝型材具有很小的密度,假设使用2mm厚的钢材,要使用4mm厚的铝型材,才能达到同样的强度;但是钢材的重量却要比铝型材重一半,也就是说只要使用一半重量的铝型材就可以达到与钢材同等的强度。所以一般全铝车身的铝板比钢材厚0.2-0.5mm,利用铝材料的低密度优势,通过增加材料的厚度来达到车身的高强度,以提高汽车的安全性能。
3、腐蚀性强
铝是一种很活泼的金属,在空气中极容易氧化,铝合金与空气中的水、氧结合后氧化,在材料表面形成一层致密的Al₂O₃氧化膜,它可以与铝基体紧密结合,形成一层非常稳定的保护层,通过后期的阳极氧化与电泳涂装以及粉末喷涂,这层保护膜还可以不断加厚,具有非常好的抗腐蚀性能,可适应于各种恶劣的工业环境,可以延长汽车的使用寿命。
4、可塑性好
车身用铝型材主要采用的是5系和6系铝合金,具有很高的强度,抗拉强度可达180MPa,抗屈服强度可达127MPa以上,可塑性非常强;碳钢的抗拉强度为235MPa,抗屈服强度为207MPa,二者相比,铝型材具有更好的可塑性。依靠现代高科技的冲压和钣金技术,可以制造出曲面形状非常复杂的全铝车身,如捷豹和奥迪二款代表车型,这种优美的曲线是使用钢材无法做出的效果。
5、价格贵

虽然全铝车身有如上优点,但目前还无法普及,最重要的一点就是成本高,这个成本包括原材料成本和生产工艺成本。一般的车型是无法承受全铝车身的,因为它在造价上是非常高的,就连新一代奥迪A8这样的豪车也“伤不起”,从成本上来考虑,有些地方也只能用高强度钢来替代全铝部位了。

从生产工艺上来看,铝合金的生产成本更为复杂,可焊接的地方在焊接时由于氧化铝不溶解有可能会形成裂缝,要借助更高的激光焊接或冷金属焊接技术才能完成;而不可焊接的地方要使用铆钉和粘合剂来进行连接,铆钉一般会用自冲铆钉、自攻螺钉,生产工艺要求也非常复杂和严格。粘合剂在使用前也需要对铝型材表面的氧化层进行处理,对生产环境的要求很高,要求使用人工操作,将各方面的生产成本相加起来,整车的造价就显得非常高了。

铝型材的质量轻、抗蚀性强、可塑性强等一系列优点应用于全铝车身上,使车辆具有非常好的安全性能和可操控性,来达到节能减排的汽车轻量化效果,还是具有非常广阔的市场前景的。后期通过增加续航里程、优化电池配置、降低生产成本等措施,来扩大汽车轻量化的发展,所有这些都离不开铝型材的应用,未来要通过技术改造将全铝车身从豪车过渡到中低档车型上,让普通百姓也可以拥有。





                                           
               
            
         

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