有色金属在汽车轻量化技术中的应用

　　汽车行业未来发展的2个主力方向，一个是新能源，一个便是汽车轻量化。

　　汽车轻量化的核心在于各个部件新材料的应用。理论分析和试验结果都表明，轻量化是改善汽车能源经济性的有效途径。为了适应汽车轻量化的要求，一些新材料(包括粉末冶金)应运而生并扩大了应用范围。

　　以乘用车来说，1973年每辆车所使用的有色合金占全部用材的重量比为5.0%，1980年增至5.6%，而1997年则达到了9.6%。有色合金在汽车上应用量的快速增长是汽车材料发展的大趋势。

　　1、铝合金

　　铝的密度约为钢的1/3，是应用最广泛的轻量化材料。以美国生产的汽车产品为例，1976年每车用铝合金仅39kg，1982年达到62kg，而1998年则达到了100kg。

　　(1)铸造铝合金

　　汽车工业是铝铸件的主要市场，例如日本，铝铸件的76%、铝压铸件的77%为汽车铸件。铝合金铸件主要应用于发动机气缸体、气缸盖、活塞、进气歧管、摇臂、发动机悬置支架、空压机连杆、传动器壳体、离合器壳体、车轮、制动器零件、把手及罩盖壳体类零件等。

　　铝铸件中不可避免地存在缺陷，压铸件还不能热处理，因此在用铝合金来生产要求较高强度铸件时受到限制。为此在铸件生产工艺上作了改进，铸造锻造法和半固态成型法将是未来较多用的工艺。

　　(2)变形铝合金

　　变形铝合金指铝合金板带材、挤压型材和锻造材，在汽车上主要用于车身面板、车身骨架、发动机散热器、空调冷凝器、蒸发器、车轮、装饰件和悬架系统零件等。

　　由于轻量化效果明显，铝合金在车身上的应用正在扩大。如1990年9月开始销售的日本本田NSX车采用了全铝承载式车身，比用冷轧钢板制造的同样车身轻200kg，引起全世界的瞩目。NSX全车用铝材达到31.3%，如在全铝车身上，外板使用6000系列合金，内板使用5052-0合金，骨架大部使用5182-0合金；由于侧门框对强度和刚度要求很高，使用以6N01合金为基础、适当调整了Mg和Si含量的合金。在欧美也有用2036和2008合金作车身内外板的。

　　(3)铝基复合材料

　　目前，铝基复合材料在连杆、活塞、气缸体内孔、制动盘、制动钳和传动轴管等零件上的试验或使用显示出了卓越的性能，如本田公司开发成功的由不?钢丝增强的铝基复合材料连杆比钢制连杆降重30%，对1.2L的汽油发动机可提高燃料经济性5%;采用激冷铝合金粉末与SiC粉末(重量百分数2%)混合并挤压成棒材，用此棒材经锻造成型的活塞因强度高可降重20%，发动机功率大幅度提高；用铝基复合材料强化活塞头部而取消第一道环槽的奥氏体铸铁镶块可降重20%；铝基复合材料制动盘比铸铁制动盘降重50%。

　　2、镁合金

　　镁的密度约为铝的2/3，在实际应用的金属中是最轻的。镁合金的吸振能力强、切削性能好、金属模铸造性能好，很适合制造汽车零件。

　　镁合金大部分以压铸件的形式在汽车上应用，镁压铸件的生产效率比铝高30%~50%。新开发的无孔压铸法(Pore Free Diecast)可生产出没有气孔且可热处理的镁压铸件。

　　镁铸件在汽车上使用最早的实例是车轮轮辋。在汽车上试用或应用镁合金的实例还有离合器壳体、离合器踏板、制动踏板固定支架、仪表板骨架、座椅、转向柱部件、转向盘轮芯、变速箱壳体、发动机悬置、气缸盖和气缸盖罩盖等。与传统的锌制转向柱上支架相比，镁制件降重65%；与传统的钢制转向轮芯相比，镁制件降重45%；与全铝气缸盖相比，镁制件降重30%;与传统的钢制冲压焊接结构制动踏板支架相比，整体的镁铸件降重40%，同时其刚性也得以改善。

　　3、钛合金

　　钛的密度为4.5g/cm3，具有比强度高、高温强度高和耐腐蚀等优点。由于钛的价格昂贵，至今只见在赛车和个别豪华车上少量应用。尽管如此，对钛合金在汽车上应用的试验研究工作却不少。例如用α+β系钛合金制造的发动机连杆，强度相当于45钢调质的水平，而重量可以降低30%；β系钛合金(Ti-13V-11Cr-3Al等)经强冷加工和时效处理，强度可达2000MPa，可用来制造悬架弹簧、气门弹簧和气门等，与拉伸强度为2100MPa的高强度钢相比，钛弹簧可降重20%。

　　钛合金应用的最大阻力来自其高价格，丰田中央研究所开发了一种成本较低的钛基复合材料。该复合材料以Ti-6Al-4V合金为基体，以TiB为增强体，用粉末冶金法生产，已在发动机连杆上应用。