1 引言

      進入21 世紀, 能源（yuán）和環境問題仍然嚴峻, 繼續（xù）推進汽車輕量化（huà）以（yǐ）降低油耗, 依然是汽車工業的發展關鍵。鋁合金具有密度（dù）小、導電導熱性好（hǎo）、塑性和加工性能好等一係列優點, 在成本、製造技術、力學性能、可持續發（fā）展等方麵具有其（qí）他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（cái）料。

      2 鋁合金塑性加工技術

      鋁合（hé）金塑性成形法是（shì）利用鋁合金的良好塑性,在一定的溫度、速度條件下, 施（shī）加（jiā）各種形式的外力,克服金屬對於變形的抵抗, 使其產生（shēng）塑性變形, 從（cóng）而得到各種形狀、規格尺寸和組（zǔ）織性能的鋁合金板、帶、條、箔、管、棒（bàng）、型、線和鍛件等的加工方法。

      2.1 鍛造（zào）

      鋁合金可以（yǐ）在（zài）鍛錘、機械壓力機、液壓機、頂鍛（duàn）機（jī）、擴孔機等各種鍛造設備上鍛造, 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（hé）金鍛件, 可以（yǐ）容易地錘鍛造出來; 但是（shì）對於規格大、要求劇烈變形的鋁合金鍛件, 則宜選用（yòng）水(液（yè）)壓機來鍛造。目（mù）前在鋁及鋁合金鍛壓技術上, 研發了大量的鍛（duàn）壓新工藝、新技（jì）術, 如液體模鍛、半固態模（mó）鍛、等溫鍛造、粉末鍛造、多（duō）向模鍛、無斜度精密模鍛、分部模鍛、包套模鍛等。這在簡化工藝、減少工序、節省能耗（hào）、擴大品質、增加規格、提高質量和生產效率（lǜ）、保護環境、降低勞（láo）動強度、提高經（jīng）濟效益等方麵（miàn）發揮了重大作用。目前, 世界上可生（shēng）產的鋁合金模鍛件的最大投影麵積達（dá）5m2 (壓力750MN) , 最長的鋁合（hé）金鍛件長（zhǎng）15m, 質量最大的鋁合金鍛件重1.5t, 最大的鋁合金鍛環直徑達7.5m, 基本上可滿足最大的飛機、飛船、火箭（jiàn）、導彈、衛星、艦艇、航母以及發電設備、起重設備等的需要[1]。

      2.2 擠壓

      鋁合金具（jù）有良好的擠（jǐ）壓特（tè）性, 特別適合於擠壓加工, 可以通過多種擠壓工藝和多種模具結構進行加工（gōng）。在擠壓過程（chéng）中被擠壓金屬在變形區能獲得比軋製、鍛造更強的、更均勻的（de）三向壓應力狀態, 可充分發揮被加工金屬的塑性。因此, 用擠壓法可加工用軋製法（fǎ）或鍛造法難（nán）加工甚至無法加工的低塑性、難變形金屬（shǔ）或合金等材料。擠壓是可以用鑄錠（dìng）直（zhí）接生產鋁（lǚ）型材製品的最優越的方法, 它不但可以生產截麵形狀較簡單的管材、棒材（cái）、型材、線材產品, 而且（qiě）可生產截麵變化（huà）、形狀極複雜的型材和（hé）管材（cái）。擠壓製品的精度高, 製品表麵質量也較好。對於具有明顯擠壓效應的鋁合金（jīn）擠（jǐ）壓製品( 如6A02、2A05、2A12、__2A11、7A04 等合金) , 要使其獲（huò）得高強度, 必須采用高溫擠壓, 適宜的溫度為370℃～450℃。目前擠壓技術發展非常迅速, 我國研究開發了conform 和castex連續（xù）擠（jǐ）壓、反擠壓（yā）和（hé）冷擠壓管材技術、靜液擠壓和等溫擠壓技術、無（wú）縫（féng）異形材穿孔擠壓技術、半固態擠壓和多層複合（hé）管擠壓技術等, 滿足了軍工和民用工程的需要。

      2.3 軋製

      軋（zhá）製是錠坯依靠摩擦力被拉進旋轉的軋輥間（jiān）,借助於軋輥（gǔn）施加的壓力, 使其（qí）橫斷麵減小, 形狀改變, 厚（hòu）度變薄而長度增加的一種塑性（xìng）變（biàn）形過程。在生（shēng）產鋁合金（jīn）管材和某些異形產品時常用雙輥或多輥斜軋。根據輥係不同, 鋁合金（jīn）軋製可分（fèn）為兩輥( 一對) 係軋製、多（duō）輥係軋製和特殊輥係( 如行星式軋製、V 形軋（zhá）製等) 軋（zhá）製。根據軋輥形狀不同（tóng）, 鋁合金軋製可分為平輥軋（zhá）製和孔型輥軋製等。根據產品品種不同, 鋁合金軋（zhá）製又可分為板、帶、箔材軋製, 棒材（cái）、扁（biǎn）條和異形型材軋製, 管材和空心型（xíng）材軋製等。

      鋁合金板（bǎn）、帶、條、箔材的產量占鋁加工材總產量的60%左右, 由於其用途十分廣泛, 所以鋁材的軋製技術也（yě）發展很（hěn）快, 主要表現在: 熱軋（zhá）機向大（dà）型化、控製（zhì）自動化和精密化（huà）方向發展。目前世界最（zuì）大的熱軋機為美國的5588mm 熱軋機組, 熱軋板的最大寬度為5000mm, 最（zuì）厚為（wéi）270mm, 最長為30m。二人轉的老式軋製將被淘汰（tài）, 四輥（gǔn）式單機架單卷取（qǔ）將（jiāng）被雙卷取所代替, 適當發展熱粗軋+熱精軋( 即1+1) 的生產方式, 大力發展1+3, 1+4, l+5 等熱連軋生產（chǎn）方式, 大大提（tí）高生產效率和產品質量。連鑄（zhù）連軋向高速（sù）高精薄壁方向（xiàng）發展, 最近美國研製成功的高（gāo）速薄壁連（lián）鑄軋機組可生產（chǎn）寬2000mm, 厚度2mm 的連鑄軋板材, 速度可達l0m/min, 可代替冷軋機（jī）, 直接（jiē）供給鋁箔毛料（liào）, 有（yǒu）的甚至可（kě）作為易拉罐的毛坯料。冷軋向寬幅( >2000mm) 、高（gāo）速( 最大為45m/min) , 高精( 4～2 /μm) 、高度自動化（huà）控製方向發展, 冷連軋（zhá）也開始抬頭, 可（kě）大幅度提高生產效率。鋁箔軋製向更寬、更薄、更精、更自動化的方（fāng）向發展, 可用不等厚（hòu）的雙合軋製生產（chǎn）0.004mm 的特（tè）薄鋁箔。同時開發了噴霧成形等其他生產鋁箔的方法[3]。

      2.4 超塑性成形技術（shù）

      鋁合金超塑性屬於（yú）細晶（jīng）超塑性, 晶粒細化及細晶粒的熱穩定（dìng）性對超塑性鋁合金（jīn）十分重要。超細晶粒是鋁合金獲得高（gāo）應變速（sù）率超塑（sù）性的重要（yào）組（zǔ）織條件。常規的鋁合金具有超塑性, 一般要求晶（jīng）粒（lì）尺寸在（zài）10μm 左右。K.Higashi 教授的（de）研究表明, 晶粒尺寸要在5μm 以（yǐ）下, 才可能使鋁合金具（jù）有高應變速率超塑性[4]。鋁（lǚ）合金的超塑成形( SPF) 和超塑成形/擴散連（lián）接( SPF /DB) 技術是一種利用（yòng）鋁合金的超塑性,采用吹脹或模鍛法形成高精度（dù）大型薄壁零件的無餘量加工方法。該工藝（yì）技術在成形航空航天飛行器（qì）複雜鈑金件( 如飛機壁（bì）板、艙（cāng）門、導彈殼體、整流罩等) 的減重和降低成本等方（fāng）麵顯示了巨大的優越（yuè）性, 被認為是推動現（xiàn）代航空航天結構設計概念發展和突破傳統鈑金成形（xíng）方法的先進製造（zào）技術, 是迎接21 世紀航空航天大型（xíng）複雜鋁合金結構（gòu）挑戰的高消費比工藝。常用的（de）SPF 工藝方法有: 簡單凹模成形法、凹模（mó）區域成（chéng）形法（fǎ）、反壓凸起預拉伸（shēn）成形法和複合凹模成形法等[5]。

      除了以上的加工方法以外, 目前還研究開發了多（duō）種加工方法（fǎ）, 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工等。

      3 鋁（lǚ）合金在汽車工業中的應用

      汽車減輕自重、實現（xiàn）輕（qīng）量化是世界汽車工業不斷追（zhuī）求的戰略目標。理論計（jì）算表明, 適當減輕（qīng）汽車（chē）的質量可以（yǐ）把油耗降低37%; 把懸掛（guà）裝置的負荷降低l8%; 把振（zhèn）動強度降低5%。為此, 要把傳統（tǒng）的結構材料(鋼、鐵)換成密度（dù）小、力學（xué）性能高的新型材料, 這種新型材（cái）料當首推（tuī）鋁合金材（cái）料。

      3.1 汽車用鋁合金曆史

      鋁在汽車（chē）上最早運用的記載是在1896 年, 印度人用鋁做了汽車的曲軸箱。到了二十世紀初, 在歐美開始出現全鋁（lǚ）身的汽車, 如（rú）亨利·福（fú）特的ModelT 型汽車就是鋁製車身。20 世紀二、三十年代（dài）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（qì）車（chē）上得到了越來越（yuè）廣泛的運（yùn）用, 如車輪、懸架和（hé）其（qí）他部件都開（kāi）始用鋁製造[7]。自20 世紀（jì）70 年（nián）代以來鋁合金快步走人汽車工業領域, 發展（zhǎn）迅（xùn）猛, 用量逐年增加（jiā）。從汽車輕量化的前景看, 鋁（lǚ）合金（jīn）的大量采用是必然趨勢。

      3.2 汽車用鋁合金現狀

      目前, 全世界耗鋁量的12%～15%以上用於汽車工業, 有些發達國家已超過25%。2002 年, 整個歐洲（zhōu）汽車（chē）工（gōng）業一年消耗了150 萬t 以上的鋁合（hé）金, 其中大約25 萬t 用於（yú）車身製造, 80 萬t 用於製造汽車傳動係統, 另有42.8 萬t 用於製造（zào）汽車行駛機構和懸掛機構。可以看出, 汽車製造工（gōng）業已成為最重要的鋁材料消費大戶[6]。1994 年（nián）美國（guó）生（shēng）產的（de）每（měi）輛轎車中, 平均用鋁量為86.7kg, 比10 年前增加47kg; 2000 年,每輛車的平均用鋁量為116kg; 到2005 年, 每輛汽車的平均用鋁量上（shàng）升至大約（yuē）172kg。

      3.2.1 鋁合金在汽車上的品種構（gòu）成

      用於汽（qì）車上（shàng）的鋁合金可分為鑄造（zào）鋁合金和變形鋁合（hé）金。鑄造（zào）鋁（lǚ）合金在汽車上的使用量最多, 占80%以上,其中又分為重力鑄造件、低壓（yā）鑄（zhù）件和其他（tā）特種鑄造零件; 變形鋁（lǚ）合金包括板（bǎn）材、箔材、擠壓材、鍛件等（děng）。世界各國工業（yè）用鋁合金材料的品種構成雖然有一定差異,但大體是相（xiàng）同的。其品種構成:鑄件占80%左右,鍛件占1%～3%,其（qí）餘為加工材。美國汽車工業中變形（xíng）鋁材占較（jiào）大比例,達36.3%[8]。表1 為汽車用鑄造鋁合金的主（zhǔ）要部件係統, 表2 為汽車用變（biàn）形鋁合金的主要部（bù）件係統。

      3.2.2 鋁合（hé）金在汽車上主要（yào）零部件的應用狀況

      ( 1) 車身

      汽車工業的精髓是汽車車身的製作, 車身製（zhì）作幾乎占用汽車製造公司投資總額的60%。據統計,汽車車身質（zhì）量約占汽車總質量的30%左右, 降低車身的（de）重量對整車輕量化非常關鍵。現在幾（jǐ）乎所有的世（shì）界各大汽車公司都（dōu）爭相開發鋁（lǚ）合金車（chē）身零部件或全（quán）鋁車身, 而且近期取得了（le）顯著成效。據KGP 公司資（zī）料顯示, 到2006 年全球整個汽車工業用於車身製造的鋁合金總需求量會達到205 萬[10]t。用於車身的鋁合金主要有（yǒu）2000 係、5000 係、6000 係和（hé）7000 係。

      ( 2) 發動機

      發動機（jī）的氣缸體、氣缸蓋要求材料導熱性好, 耐蝕性高（gāo）, 鋁合金正好能滿（mǎn）足（zú）這些（xiē）性能要求, 故很多汽車公司發動（dòng）機的（de）氣缸體、氣缸（gāng）蓋多采用全鋁型。如美國通用汽（qì）車公司（sī）采用全鋁鋼套, 法國汽車的（de）鋁氣缸（gāng）套已達100%, 鋁氣缸體達45%。在發動機中采（cǎi）用鋁鑄件的還有發動機活塞、活塞環、連杆等。由（yóu）於活塞、連杆采用了鑄鋁（lǚ）件, 減輕了（le）重量, 從而減少發（fā）動機的振動, 降（jiàng）低（dī）了（le）噪聲, 使發動機的燃（rán）油耗率下降, 這符合汽車的發展趨勢[11]。

      ( 3) 車輪

      車輪（lún）既可以用變形鋁合金, 也可用鑄造鋁合金。變形鋁合金中（zhōng）防鏽鋁、硬鋁、鍛鋁都有所應用, 整體結構的多用鍛件(有的用液態模鍛), 兩（liǎng）片或三片型（xíng）的輪輞由板材成形, 輪輻由板（bǎn）材成形或鍛（duàn）造成形。據統計, 鋁合金車（chē）輪的使用（yòng）率現（xiàn）已達到50%左右, 有的國家（jiā）已經超過了60%。為了適應汽車輕量化的要求, 鋁輪轂正在向厚度更薄（báo）、形（xíng）態（tài）更複雜、重量更輕（qīng）及（jí）安全性更高的方向（xiàng）發展。同時鋁輪轂散熱性（xìng）好, 可防止輪胎（tāi）過熱, 延長車輪及輪胎的使用壽命。另（lìng）外,從加工的角度看, 鋁製（zhì）車輪（lún）尺寸精度高, 減輕了汽（qì）車（chē）行駛過程中的振動, 提高了汽車（chē）的舒適（shì）性。

      3.3 國內汽車用鋁合金發展狀況

      國內汽車工業用鋁也呈現快速增長態勢, 1993年國內（nèi）汽車工業用鋁量僅（jǐn）為4 萬t, 2003 年則上升到28 萬t,年均增長達60%。“九五”期（qī）間進行了鋁合金材料和鑄件生產成套工藝技術的開發研究, 開發（fā）出了多種鑄造Al2Si 合金和高性能Al2Sn2Si 係軸瓦材料C在半固態成形、快速凝固等先進成（chéng）形技術（shù）研究與應用方麵（miàn）也取得了突（tū）破性進（jìn）展。目前國（guó）內鑄（zhù）造鋁合金的品種及牌號（hào）相（xiàng）對齊全, 生產技術基本上能滿足汽車工業的需要（yào）。同時, 汽車用各類型材( 包括6000 係列和7000 係列高強度牌號) 、箔材國內基本上都能生產, 板材有2000～5000 係列（liè）,以及6000 係列中的少數牌號,7000 係列尚處於研發（fā）中。此外,國內在耐熱鋁合金、高強高韌鋁合金（jīn）、鋁基複合材料等新材料的研究與（yǔ）應用（yòng）方麵也取得了較大進展。從鋁（lǚ）的應用（yòng）水平看, 20 世紀90 年代（dài）生產的國產轎（jiào）車,單車鋁合金用量一般在40kg～80kg, 鋁合金零件基本國產化C近年推（tuī）出的新車型,鋁合金零件的（de）質量基本都在100kg 以上( 如東（dōng）風（fēng）日（rì）產藍（lán）鳥、頤達,一汽（qì）奧迪等) [12]。

      4 結束（shù）語（yǔ）

      由於鋁合金具有一（yī）係列優點, 應用範圍越來越廣泛。鋁合金的塑性（xìng）加工（gōng）技術也被廣泛（fàn）應用, 正朝著精密化（huà）、信息化方向發展, 今後應進一步發掘鋁合金材料塑（sù）性加工技術的潛力,擴大其應（yīng）用領域。同時,由於（yú）汽車工業進一步輕量化的需要, 鋁合金在汽車工業中的應用將會有更大的發展。