1 引言

      進入21 世紀, 能源（yuán）和環境問題仍然嚴峻（jun4）, 繼續推進汽車輕量化以降低油耗, 依（yī）然是汽車工業的發展關鍵。鋁合（hé）金具有密度小、導電導熱性好、塑性和加（jiā）工性能好（hǎo）等一係列優點, 在成本、製造技術、力學性能、可持續發展等方麵具有其他（tā）輕量化材料無可比擬的優越性,因此,鋁合金將成為汽車工業中的首選輕量化材料（liào）。

      2 鋁合金（jīn）塑性加工技術（shù）

      鋁合金塑性成形法是利用鋁合金的良好塑性,在一定的溫度、速度條件下, 施加各種形式的外力,克（kè）服（fú）金屬對於變形的抵抗, 使其產（chǎn）生塑性（xìng）變形, 從而得到各種形狀、規格尺寸和組織性能的鋁（lǚ）合金板、帶、條、箔、管、棒、型、線和鍛件等的加工方法。

      2.1 鍛造

      鋁合金可以在鍛錘、機械壓力機、液壓機、頂鍛機、擴孔機等各種鍛造設備上（shàng）鍛（duàn）造, 可以自由鍛、模鍛、頂鍛、輥鍛和擴孔。一般來說, 尺寸小、形狀簡單、尺寸偏差要求不嚴的鋁合金鍛件, 可（kě）以（yǐ）容易地錘（chuí）鍛造出來; 但是對於規格大、要求劇烈變形的鋁合金（jīn）鍛（duàn）件, 則宜選用水(液)壓機來鍛造。目前在鋁（lǚ）及鋁合金鍛壓（yā）技術上, 研發了大量的鍛壓新工藝、新技術, 如液體模鍛、半固態模鍛、等溫鍛造、粉末鍛造、多向模鍛、無（wú）斜度精密模鍛、分部模鍛、包套模（mó）鍛等。這在（zài）簡化工藝、減少工序、節省（shěng）能耗、擴大品質、增加規格、提高質量和生產效率、保（bǎo）護環境、降（jiàng）低勞動強度、提高經濟效益等（děng）方麵發揮了重大（dà）作（zuò）用（yòng）。目前, 世界上（shàng）可生產的鋁合金模鍛件的最大（dà）投影麵積達5m2 (壓力750MN) , 最長的鋁合金鍛件長15m, 質量（liàng）最大的鋁合（hé）金鍛件重1.5t, 最（zuì）大的鋁合金鍛（duàn）環直徑達7.5m, 基本上可（kě）滿足最大的飛機、飛船、火箭、導（dǎo）彈、衛星、艦艇、航母以及發電設備、起重設備（bèi）等的需要[1]。

      2.2 擠壓

      鋁合金具有良（liáng）好的擠（jǐ）壓特性, 特別適合於擠壓加工, 可以通過多種擠（jǐ）壓工藝和多（duō）種模具結構進行加工。在擠壓過程中被擠壓金屬（shǔ）在變形區能獲得比軋製、鍛造更強的、更均勻的（de）三向（xiàng）壓應力狀態, 可充分發揮（huī）被加工金屬的塑性。因此, 用（yòng）擠壓法可加工用軋製法（fǎ）或鍛造法難加工甚至無法加工的（de）低塑性、難變形金屬（shǔ）或合金等材料。擠壓是可以用鑄錠直（zhí）接生產鋁型（xíng）材製品的最優越（yuè）的（de）方（fāng）法, 它不但可以生產截麵形狀較簡單的管材、棒（bàng）材、型材、線材產品, 而且可生（shēng）產截麵變化、形狀極複雜的型材和管材。擠壓製品的精度高, 製品表麵質量也較（jiào）好。對於具有（yǒu）明顯擠壓（yā）效應的鋁合金擠壓製品( 如6A02、2A05、2A12、__2A11、7A04 等合金（jīn）) , 要使其獲得高強度, 必須采用高溫擠壓（yā）, 適宜的溫度為370℃～450℃。目前擠壓技術（shù）發展非常迅速, 我國研究開發了conform 和castex連續擠壓、反擠（jǐ）壓和冷擠壓管材技術、靜液（yè）擠壓和等溫擠壓技術、無縫異形材穿孔（kǒng）擠壓技術、半固態（tài）擠壓和多層複合管擠壓技（jì）術等, 滿足了（le）軍工和民用工程的需要。

      2.3 軋製

      軋製是錠坯依靠摩擦（cā）力被拉進旋轉的軋輥間,借（jiè）助於軋輥施加的壓力, 使其橫斷麵減小, 形狀（zhuàng）改變, 厚度（dù）變薄而長度增加的一種塑性變（biàn）形過程。在（zài）生產鋁合金管材和某些異形產品時常用雙輥或多輥（gǔn）斜軋。根據輥係不同, 鋁合金軋製可分為兩（liǎng）輥( 一對) 係軋製、多輥係軋製和特殊（shū）輥係( 如行星式軋製、V 形軋製等) 軋製。根據軋輥形狀不同, 鋁合（hé）金軋製可分為平輥軋製和孔型輥（gǔn）軋製等（děng）。根（gēn）據（jù）產品品種不同, 鋁合金軋製又（yòu）可分為板、帶（dài）、箔材軋（zhá）製, 棒材（cái）、扁條和異形型材軋製, 管材（cái）和空心（xīn）型材軋（zhá）製等。

      鋁（lǚ）合金板、帶、條、箔材的產量占鋁加工材總（zǒng）產量的60%左右（yòu）, 由於其用途十（shí）分廣泛（fàn）, 所以鋁材的軋製技術也發展（zhǎn）很快, 主要表現在: 熱軋機（jī）向大型化、控製（zhì）自動化和精密化方向發展。目前世界最大的（de）熱軋機為美（měi）國（guó）的5588mm 熱軋機組（zǔ）, 熱軋板的最大寬度為5000mm, 最厚為（wéi）270mm, 最長為30m。二人轉的老式軋製（zhì）將被淘汰, 四輥（gǔn）式（shì）單機架單卷取將被雙卷（juàn）取（qǔ）所代替, 適當發展熱粗軋+熱精軋( 即1+1) 的（de）生產（chǎn）方式, 大（dà）力發展1+3, 1+4, l+5 等熱連（lián）軋生產方式, 大大提高生產效率和產品（pǐn）質量。連鑄連軋向高速高精薄壁方向發展, 最近美國研製成功的高速薄壁連鑄軋（zhá）機組可生產寬（kuān）2000mm, 厚度2mm 的連鑄軋板材, 速度可達l0m/min, 可代替冷軋機, 直接供（gòng）給鋁箔毛料, 有的甚至可作為易拉罐的毛坯料。冷軋向寬幅( >2000mm) 、高速( 最（zuì）大為（wéi）45m/min) , 高精( 4～2 /μm) 、高度自動化控製方向發展, 冷連軋也（yě）開始（shǐ）抬頭, 可大幅度（dù）提高生產效率。鋁箔軋製向更寬、更（gèng）薄、更精、更（gèng）自動化的方向發（fā）展（zhǎn）, 可用（yòng）不等厚的（de）雙合軋（zhá）製生（shēng）產0.004mm 的特薄鋁箔。同時開發了噴霧成形等（děng）其他生產鋁箔的方法（fǎ）[3]。

      2.4 超塑性成形技術

      鋁合金（jīn）超塑性屬於細晶超（chāo）塑（sù）性, 晶粒細化及細晶粒的熱穩定性對超塑性鋁合金十分重要。超（chāo）細晶粒是鋁合金獲得高應變速率超塑性的重要組織條件。常規的鋁合金具有超塑性, 一般要（yào）求晶（jīng）粒尺寸在10μm 左（zuǒ）右。K.Higashi 教授的研究表明, 晶（jīng）粒尺寸要在（zài）5μm 以下, 才可能使鋁合金（jīn）具（jù）有高應變速率超塑性[4]。鋁合金的（de）超塑成形( SPF) 和超塑成形/擴散連接( SPF /DB) 技術是一種利（lì）用鋁合金的超塑性,采用吹（chuī）脹或模鍛法形成高精（jīng）度大型薄壁零件的無餘量加工方法。該工藝技術在成形航空航天飛行器複雜鈑金件( 如飛機壁板、艙門、導彈殼體、整流罩等) 的減重和降低成本等方麵顯示（shì）了巨大的優越性, 被認為是推動現代航空航（háng）天結構設計（jì）概（gài）念發展和突破傳統鈑金成形方法的（de）先進製造技術（shù）, 是迎接21 世紀航空航天（tiān）大型複雜鋁合金結構挑戰的（de）高消費比工藝。常用的（de）SPF 工藝（yì）方法有: 簡（jiǎn）單凹模成形法、凹模區域成形法、反壓凸起預拉伸成形法和複合凹模成形法等（děng）[5]。

      除了以上的加工方法以（yǐ）外, 目前還研究開發了多種加工方法, 主要有: 壓力鑄造成形法、半固態成形（xíng）法、連續成形法、複合成形法、變形熱處理法和深度加（jiā）工（gōng）等（děng）。

      3 鋁合金在汽車工業中的應用

      汽（qì）車減輕自重、實現輕量化是世（shì）界汽車工業（yè）不（bú）斷（duàn）追求的戰略目標（biāo）。理論計算表明, 適當減輕汽車（chē）的質量可（kě）以把油耗降低37%; 把懸掛裝置的負荷降低l8%; 把振動強度降低5%。為此, 要把傳統的結構材料(鋼、鐵)換成密度小、力學性能高的新型材料, 這種新型材料當首推鋁（lǚ）合金材料。

      3.1 汽車用鋁合金曆史（shǐ）

      鋁在汽車上最早運用的記載是在（zài）1896 年（nián）, 印（yìn）度人（rén）用鋁做了汽（qì）車的曲軸箱。到（dào）了二十世紀初, 在歐美開始（shǐ）出現全（quán）鋁身的汽（qì）車, 如亨利（lì）·福特的ModelT 型汽車就是鋁製（zhì）車身。20 世紀二（èr）、三十年代在歐洲的賽車場上法拉利360 等賽車也都是全鋁車身。從此之後, 鋁在汽車上得到了越來越廣（guǎng）泛的運用, 如車輪、懸架和其他部件都開始用鋁製造[7]。自20 世紀70 年代以來鋁合金快步走人汽車工業領域, 發展迅猛, 用量逐年增加。從（cóng）汽車（chē）輕量化的前景看, 鋁合金的大量采用是（shì）必然趨勢。

      3.2 汽車用（yòng）鋁合金現狀

      目前, 全世界耗鋁量的12%～15%以上用於汽（qì）車工業, 有些發達國家已超過25%。2002 年, 整個歐洲汽車工業一年消耗了150 萬t 以上的鋁合金, 其中大約（yuē）25 萬t 用（yòng）於（yú）車身製造, 80 萬t 用於製造汽車傳（chuán）動係統（tǒng）, 另有42.8 萬t 用於製造汽車行駛機構和懸掛機構。可以看出, 汽車製造工業已（yǐ）成為最重要的鋁材料消費大戶（hù）[6]。1994 年美國生產的每輛轎車中, 平均用鋁（lǚ）量為86.7kg, 比10 年前增加47kg; 2000 年,每輛車的平均用鋁量為（wéi）116kg; 到2005 年, 每（měi）輛汽車的平均用鋁量上升至大約172kg。

      3.2.1 鋁合金在（zài）汽車上的品（pǐn）種（zhǒng）構成

      用於汽車（chē）上的鋁合金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金在汽車上的使用量最多, 占80%以上（shàng）,其（qí）中又分為（wéi）重力鑄造件（jiàn）、低壓鑄件和其他特種鑄造零件（jiàn）; 變形鋁合金包括板材、箔材、擠壓材、鍛件等。世界各國工業用鋁合金材料的品種構成雖然有一定差異,但大體是相同（tóng）的。其品種構成:鑄件占80%左右,鍛件占1%～3%,其餘（yú）為加工材。美國汽車工業中變形鋁材占較大比例,達36.3%[8]。表1 為汽車用（yòng）鑄造鋁合金的主（zhǔ）要部件係（xì）統, 表（biǎo）2 為汽車用變形鋁（lǚ）合金的主要部件係統。

      3.2.2 鋁合金在汽車上主要零（líng）部件的應用狀況

      ( 1) 車身

      汽車工業的精髓（suǐ）是（shì）汽車車身的製作, 車身製作幾乎（hū）占用汽（qì）車製造公司投資總額的60%。據統計,汽車車身質量約占（zhàn）汽車總質量（liàng）的30%左（zuǒ）右, 降（jiàng）低車身的重量對整車輕量化非常關鍵。現在（zài）幾乎所有的世界各大汽車公司都（dōu）爭相開發（fā）鋁合金車身（shēn）零部件或全鋁（lǚ）車身, 而且近（jìn）期（qī）取得了顯著成效。據KGP 公司資料顯（xiǎn）示, 到2006 年全球（qiú）整個汽車工業用於車身製造（zào）的鋁合金（jīn）總需求量會（huì）達到205 萬[10]t。用於車身的鋁合金主要有2000 係、5000 係、6000 係和7000 係。

      ( 2) 發動機

      發動（dòng）機的（de）氣缸體、氣缸蓋要求材料導熱性好, 耐蝕性高, 鋁合金正好能滿足這些性能要求, 故很多汽車公（gōng）司（sī）發動機的氣缸體、氣缸蓋多采用全鋁型（xíng）。如美國（guó）通用汽車公司采用全鋁鋼套, 法國汽車的（de）鋁氣缸套已達100%, 鋁氣（qì）缸體達45%。在發動機中采用鋁鑄件的還有發動機活塞、活塞環、連（lián）杆等。由於活塞、連（lián）杆采用了鑄鋁件, 減輕了重量, 從而（ér）減少發動機的振動（dòng）, 降低了噪聲, 使發動機的燃油耗率下降, 這符合汽車的發展（zhǎn）趨勢[11]。

      ( 3) 車輪

      車輪既可以用變形鋁合金, 也可用鑄造（zào）鋁合金。變形鋁合（hé）金中防鏽鋁、硬鋁、鍛（duàn）鋁都有（yǒu）所應用, 整體結構的多（duō）用鍛件(有的用液態模（mó）鍛), 兩片或（huò）三片型的輪輞由板材成形, 輪輻由（yóu）板材成形或（huò）鍛（duàn）造成形（xíng）。據統計, 鋁合金車輪的使用率現已達到50%左右, 有的國家已經超過了60%。為了適應汽車輕量化的要求, 鋁輪（lún）轂正在向（xiàng）厚度更薄、形態更複雜、重量更輕及安全（quán）性更高的方向發展。同時鋁輪轂散熱性好（hǎo）, 可防止輪胎過熱, 延長車輪及輪胎的使用壽命。另外,從加工的角度看, 鋁製車輪尺寸精度高, 減輕了汽車行駛過程中的振動, 提高了汽車的舒適性。

      3.3 國內汽（qì）車用（yòng）鋁（lǚ）合金發（fā）展狀況

      國內汽車工業用鋁也呈現快速增長態勢, 1993年國內汽車（chē）工業用鋁量僅為4 萬t, 2003 年則上升到28 萬t,年均增長達60%。“九五”期間進行（háng）了鋁合金（jīn）材料和鑄件生產成套工藝技術的開發研究, 開發出了多種鑄造Al2Si 合金（jīn）和高性能Al2Sn2Si 係軸瓦材料C在半固態成形、快速凝固等先（xiān）進成形技術（shù）研究（jiū）與應用方麵也取得了突破性進展（zhǎn）。目前國內鑄造鋁合金的（de）品種及牌號相對齊全, 生產（chǎn）技術基本上能滿（mǎn）足（zú）汽車工業的（de）需要。同時, 汽（qì）車用各類型材( 包括6000 係列和（hé）7000 係列高強度牌號) 、箔材國內基（jī）本上（shàng）都能（néng）生產, 板材有2000～5000 係列,以及6000 係列中的少數牌號,7000 係列尚處於研發中。此外（wài）,國內在耐熱鋁合金、高（gāo）強高韌鋁合（hé）金、鋁基複合材料等新材料的研究與應用方麵也取得了（le）較大進（jìn）展。從鋁的應用水平看, 20 世紀90 年代生產的國產轎車,單（dān）車鋁合金用量一（yī）般在40kg～80kg, 鋁合金零件基本國產化C近年推出（chū）的新（xīn）車（chē）型,鋁合金零件的質量基本都在100kg 以上( 如東風日（rì）產藍（lán）鳥、頤達,一（yī）汽奧迪等) [12]。

      4 結束語（yǔ）

      由於鋁合金具有（yǒu）一係列優點, 應用範圍越來越廣泛（fàn）。鋁合金的塑性加工技術也被廣泛應用, 正朝著精密化、信息化方向（xiàng）發展, 今後應進（jìn）一步發掘鋁合金材料塑性加工技術的潛力,擴大其應（yīng）用領域。同時,由於汽車工業進一步輕量化的需要, 鋁合金在汽車工業中的（de）應用將會有更大的發展。