圖1. 歐洲汽車平均用鋁量變化

圖2. 歐洲汽車用鋁（140kg）分布比例（2012年數(shù)據(jù)）

目前，汽車輕量化趨勢越來越猛烈，鋁合金在輪轂、發(fā)動機(jī)、散熱器、 油管等方面的應(yīng)用非常廣泛。車身質(zhì)量占汽車總質(zhì)量的40%左右，對于整車的輕量化而言，車身的輕量化起著舉足輕重的作用。據(jù)2016年歐洲車身會議（EuroCarBody 2016）資料顯示，鋁合金應(yīng)用率已經(jīng)達(dá)部分高端車型白車身（即完成焊接但未涂裝的車身）質(zhì)量的一半以上。如阿斯頓·馬?。ˋston Martin）DB11鋁合金應(yīng)用率高達(dá)86.1%， 第2代本田NSX（Acura NSX）達(dá)79.0%， 第5代路虎發(fā)現(xiàn)（Land Rover Discovery）達(dá)62.9%。然而，鋁合金在普通車型車身上的應(yīng)用還偏少。著名咨詢公司達(dá)科國際（Ducker Worldwide）的數(shù)據(jù)顯示，鋁合金板在汽車車身的滲透率 2015 年時(shí)僅為 4%。時(shí)至今日，全鋁車身制造依然是一項(xiàng)處于金字塔尖的技術(shù)，只在部分高端車型上得以應(yīng)用。車身輕量化是目前汽車制造商輕量化發(fā)展方面的重要攻關(guān)課題。

圖3. Aston Martin DB11鋁合金應(yīng)用分布

目前汽車用鋁合金基本可分為壓鑄鋁合金和變形鋁合金，其中以壓鑄鋁合金為主,約占66%左右。變形鋁合金又可以分為軋制板材（18%），擠壓型材（11%）及少量鍛壓件（5%）。值得注意的是，2016年鑄造鋁合金雖然仍是車用鋁合金的主要形式，但其份額較2012年下降了8個(gè)百分比。相反，由于車身輕量化的發(fā)展，軋制板材的份額由2012年的13%顯著增長為2016年的18%。與此同時(shí)，擠壓型材與鍛壓件的份額變化不大。

圖4. 2016年與2012年歐洲汽車用鋁種類對比

鑄造鋁合金是目前大部分汽車上用量最大的鋁合金種類，廣泛用于車輪、發(fā)動機(jī)部件、底架、減震器支架以及空間框架等結(jié)構(gòu)件。在汽車工業(yè)中，鑄造鋁合金輪轂是普及最快、鋁化率較高的零部件。目前，絕大多數(shù)鋁合金車輪采用A356合金通過低壓鑄造法制造，部分高檔車輪則采用擠壓鑄造（液態(tài)模鍛）、鍛造或旋壓技術(shù)制造。發(fā)動機(jī)的缸體和缸蓋均要求材料導(dǎo)熱性能好，抗腐蝕能力強(qiáng)，這正是鋁合金的優(yōu)勢所在。目前大量國內(nèi)外汽車采用了鋁制缸體和缸蓋，但鑄鐵仍在部分要求高強(qiáng)高耐性的場合使用。近年來，新型Al-Si-Cu-Mg-Fe系合金的開發(fā)及相應(yīng)鑄造技術(shù)的發(fā)展，使鋁合金鑄件達(dá)到更高性能，進(jìn)一步推動了鋁合金在發(fā)動機(jī)部件（包括柴油發(fā)動機(jī)）上的應(yīng)用。缸體缸蓋的鑄造方法也較為多樣，常見的有重力鑄造、低壓鑄造等。此外，鑄造鋁合金在減震器支架、電動車電池包、結(jié)構(gòu)箱體等結(jié)構(gòu)件得到大量應(yīng)用。由于這些部件多為形狀復(fù)雜的薄壁件，故多采用Al-Si合金由高壓鑄造方法制造。

相較于鑄造鋁合金，變形鋁合金在汽車上的平均應(yīng)用份額還較少。達(dá)科國際（Ducker Worldwide）的調(diào)查表明，2016年變形鋁合金僅占車用鋁合金的34%（軋制板材18%，擠壓型材11%，鍛壓件5%）。然而在部分采用全鋁車身的高端車型上，變形鋁合金的份額遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鑄造鋁合金。目前業(yè)內(nèi)對包括全鋁車身技術(shù)在內(nèi)的變形鋁合金的研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)投入較大，其所占比例迅速增大。達(dá)科國際（Ducker Worldwide）預(yù)測，由于鋁合金車身技術(shù)的快速發(fā)展，變形鋁合金（特別是軋制板材）在汽車上的應(yīng)用將迎來迅速增長（如圖1所示）。

圖5. 擠壓型材制造的“日”字型吸能盒（左側(cè)為碰撞前，右側(cè)為碰撞吸能后）

鋁合金在汽車輕量化浪潮中發(fā)揮了重要作用，然而也面臨著重要挑戰(zhàn)。實(shí)際上，輕量化并不僅僅是要求減重，而是要做到車輛的性能、安全、成本和重量四者之間的平衡。目前，車用鋁合金面臨的核心阻力仍然是高昂的成本，這使得全鋁車身的應(yīng)用只能局限于高端車型而暫時(shí)無法向數(shù)量龐大的經(jīng)濟(jì)車型拓展。鋁合金的性能限制，也是制約其發(fā)展的重要因素。在某些部件上，它仍然無法取代鋼鐵。同時(shí)，鋁合金的連接技術(shù)，尤其是鑄鐵-鋁、鋼-鋁、鎂-鋁等多材料連接技術(shù)也是鋁合金在汽車上應(yīng)用受阻的一大因素。奧迪全新A8 D5就“拋棄”了堅(jiān)持了二十余年的全鋁車身，而采用了重量可觀的高強(qiáng)鋼。受此影響，D5車型比上一代車型增重51KG，但車身抗扭剛性大幅提升24%，安全性大幅增強(qiáng)，同時(shí)也大幅降低了成本。

歐盟曾在第六框架計(jì)劃下于2004-2009年組織9個(gè)國家和地區(qū)的38家單位合作實(shí)施了超輕車身聯(lián)合研發(fā)項(xiàng)目（SuperLight-Car）。該項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)表明，車用鋁合金的進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)同時(shí)致力于新型高性能合金和新型生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)。研發(fā)工作還需要整合資源，由汽車制造商牽頭，聯(lián)合原材料、零部件供應(yīng)商及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)，共同探索先進(jìn)的輕量化技術(shù)，推動車身輕量化相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的建立。

1.Hirsch, J. (2014). Recent development in aluminium for automotive applications. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 24(7), 1995-2002.

2.Hirsch, J. (2011). Aluminium in innovative light-weight car design. Materials Transactions, 52(5), 818-824.

3.Lahaye, C., Hirsch, J., Bassan, D., Criqui, B., Sahr, C., Goede, M., & Volkswagen, A. G. (2008). Contribution of aluminium to the multi-material light-weight BIW design of superlight-car [C]. In HIRSCH J, SKROTZKI B, GOTTSTEIN G. Proceedings of the 11th International Conference on Aluminium Alloys. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (pp. 2363-2373).

4.Aluminum Content in Cars. Ducker Worldwide, https://www.ducker.com/

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6.Goede, M., Stehlin, M., Rafflenbeul, L., Kopp, G., & Beeh, E. (2009). Super Light Car–lightweight construction thanks to a multi-material design and function integration, European Transport Research Review, 1: 5-10.

7.2016歐洲車身會議(EuroCarBody）資料。