汽车轻量化以及铝镁合金在汽车工业中的应用

孙子龙

（赛科工业科技开发〈武汉〉有限公司，湖北 武汉430056）

0 引言

在世界能源危机不断加剧， 可再生资源开发利用受限的情况下，作为人类社会进步的支柱产业——汽车工业发展正面临着三大问题：节能、环保和安全，而汽车轻量化则是节能和减排的重要方法和途径。

在整个车体中汽车车身是汽车重量最大的部件，约占汽车总重量的30%。 所以汽车轻量化主要是汽车车身的轻量化，汽车车身轻量化则又是汽车材料的轻量化。这样，作为汽车轻量化材料的铝镁合金，近年在汽车制造领域得到了很大的发展及应用。

1 铝镁合金在汽车工业中的应用

铝镁合金件，因质量轻、强度高、抗裂性和成型性好在轿车上的应用比重不断上升，2000 系（AI-Cu-Mg 系）、5000 系（AI-Mg 系）、6000系（AI-Mg-Si 系）和7000 系（AI-Mg-Zn-Cu 系）等合金板材，能够很好的满足汽车对壳体的要求，均可用作车身框架材料。 如：Audi A8 的车身使用了6000 系铝合金板材，全新捷豹XJ 车身框架更是使用了全镁合金板材。

汽车工业中，按功能/子系统划分，可以使用铝镁合金的有：

悬吊系统总成——车轮，备用轮胎，控制臂(2 个，后方)，控制臂(2个，前方)，引擎架，后方支架

内装总成——仪表板、横梁，仪表板支架，椅背椅座，气囊零件

方向盘总成——方向盘零件

车身总成——保险杆补强横梁，铸造车门内衬，铸造A/B 柱，挡风片开关补强材，行李架，侧镜

刹车系统总成——ABS 零件，离合器/刹车踏板托架，踏板零件

电气机械零件——交流电箱，音响/EEC 零件，雨刷电机，交流电/AC 托架

动力系统总成——传动(阀体、箱、侧盖、启动器)，传动箱(总重量12kg 的15%)，发动机组，支撑托架，罩套(油/水泵，机车马达)，汽缸盖，吸气歧管，引擎支架，油盖，前盖

铝镁合金按制造工艺可分为变形铝镁合金和铸造铝镁合金。

1.1 变形铝镁合金的应用

变形铝镁合金在汽车上多用于车门、行李箱、保险杠、发动机罩等结构件，以及仪表板等装饰件。如：通用Smure 轿车保险杠增强支架用7021 铝板制造，福特Lincoln Town 轿车保险杠增强支架用7021 铝板制造[1]。

1.2 铸造铝镁合金的应用

铸造铝镁合金主要用于离合器壳体、阀盖、变速箱体、曲轴箱、发动机前盖、气缸盖、空调机外壳等壳体类零部件。因铸造铝镁合金在导热性和抗腐蚀性方面的突出优势，被广泛的运用于发动机缸体和缸套的铸造。目前国外很多汽车公司均已采用了全铝制的发动机气缸体和气缸盖。 如美国通用汽车、法国汽车公司、克莱斯勒公司在汽缸套、气缸体上不同程度的使用了铸造铝镁合金，甚至法国汽车公司铝气缸套已达100%。[2]

轮毂用铝镁合金：

铝镁轮毂因为质轻、散热性好，并具有良好的外观，而逐渐取代了钢轮毂。 在过去的十几年，全球铝镁合金汽车轮毂以7.6%的年增长率增长， 根据分析， 到2010 年时， 汽车轮毂铝化率可达72%～78%[3]。A365 是一种铸造铝合金， 它具有良好的铸造性能又具有高的综合力学性能，世界各国的铸造铝合金轮毂都是此类合金生产的。 我国西南铝加工厂与日本轻金属株式会合作开发了A6061 铝合金轮毂[4]。

2 铝镁合金成型工艺简介

铝镁合金按制造工艺可分为变形铝镁合金和铸造铝镁合金。本文主要介绍铸造镁合金的主要工艺过程，简要介绍铸造铝合金的工艺流程。

2.1 镁合金铸造工艺流程[5]

基本工艺流程有：

①将镁锭原料加入熔化炉，并预热到150～300℃

②采用SF6 和N2 做保护气体，封闭状态下在同一台镁合金熔炼保温炉内完成熔炼和保温

③将料杯预热到400℃以防热损耗过大，经浇注泵将镁液输送到压铸机中进行浇注

④以7～10m/s 的高速压铸机，在大充型流量和短充型时间内完成压铸，以防止镁液的凝固⑤去除因高速压铸造成的浇冒口、飞边、毛刺等⑥表面耐蚀处理。

2.2 铝合金铸造工艺流程

基本工艺流程有：熔化、制芯、浇注、清理、加工五个工段，分别完成铝合金熔炼、砂芯、浇注、铸件清理、定位点加工工作[6]。

3 铝镁合金在汽车工业中的发展前景

目前,镁合金的产量只有铝合金的1%。 镁合金作为结构应用的最大用途是铸件,其中90%以上是压铸件[7]。 限制镁合金广泛应用的主要问题是,镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧,因此,镁合金的生产难度很大。 铝合金在成本、制造技术、机械性能、可持续发展（地壳中铝含量最多，占8.1%）等方面综合性能好，因此铝合金是现在及将来汽车工业中的首选轻金属材料。

我国汽车生产量继美国、日本、德国之后，居世界第四位。 而在汽车铝化率方面，我国的技术还相对比较落后。 当前发达国家汽车上铝材的使用已达138kg，铝化率达12%，而我国汽车上铝材的使用与国外差距很大，平均用铝量仅为60kg，铝化率不到5%[8]。 因此，我国汽车用铝合金市场的发展前景非常广阔。

［1］刘天湖,孙有松.新材料新工艺在新型汽车开发中的应用[J].金属成形工艺,2001,1:49-52.

［2］申俊明,等.铝合金在汽车工业中的应用[C]//2008 轻金属与高强材料焊接国际论坛.2008.

［3］周洁,白杉.铝合金轮毂的市场、特点和制造工艺[J].铝加工,2006,3(168):43-44.

［4］刘世友.铝在汽车工业的应用前景[J].有色金属,1999,8:96-97.

［5］李玉青,吴殿杰.汽车轻量化以及铝镁铸件的应用[J].中国铸造装备与技术,2005,4:49-50.

［6］李玉青,吴殿杰.汽车轻量化以及铝镁铸件的应用[J].中国铸造装备与技术,2005,4:49-50.

［7］曾荣昌,柯伟,徐永波,等.Mg 合金的最新进展及应用前景[J].金属学报,2001,37(7):673-685.

［8］马鸣图,李志刚,易红亮,等.汽车轻量化及铝合金的应用[J].世界有色金属,2006,10:10-14.