铝、镁、钛合金材料 在汽车工业中的应用和发展(一)

作者:              发布时间:2008-07-31


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自从人类进入↑↑21↑↑↑世纪,汽车工业面临着能源、公害和安全三大问题。世界各国政府也先后制订了关于能源保护,废气排放,降低噪音和安全保障等许多法规。对汽车工业来说,其节约能源,减少汽车尾气排放最有效的办法就是减轻汽车自身的质量,而减少汽车质量的主要途径是使汽车材料轻量化。据测算:汽车质量每降低↑↑100kg↑↑↑,油耗就可减少↑↑O↑↑↑.↑↑7L↑↑↑左右。因此轻型材料逐渐在汽车工业中得到应用。铝、镁、钛合金材料是现有金属材料中密度最低的轻金属材料,因而成为汽车减轻自重以提高其节能性和环保性的首选材料。另外,铝、镁、钛合金材料还具有比强度和比刚度均高、导热导电性能好、阻尼减震性和电磁屏蔽性都很强、易于加工成形、废料易回收等特点。由于铝、镁、钛合金材料的众多优点,其应用适应了全世界对汽车安全、节能和环保要求越来越高的趋势,受到了各国政府和发达国家汽车制造企业的高度重视。↑↑↑↑↑ ↑

1↑↑↑、↑↑ ↑↑铝合金↑↑↑↑↑ ↑

    ↑↑↑↑金属铝为银白色,不管是固体铝或熔融铝,共密度都随着纯度的提高而降低;同等纯度的熔融金属铝的密度随温度的增高而降低。铝的熔点随其纯度而变化,越纯熔点越高。铝的机械性能与纯度关系密切,纯铝软、强度低,但与某些金属组成铝合金后,不仅在某种程度上仍保持着铝固有的特点,同时又显著地提高了它的硬度和强度,使之几乎可与软钢甚于结构钢相媲美。铝在汽车零件上的应用:↑↑↑↑↑ ↑

    ↑↑↑↑铝汽缸体、汽缸盖↑↑↑ ↑↑在现代车用水冷发动机或空冷发动机上可见,铝汽缸体有全铝型和缸孔中嵌入铸铁缸套型。为降低成本和更进一步轻量化,提倡采用全铝型。对此开发耐活塞环滑动,耐磨性优良的铝合金是十分必要的。美国↑↑GM↑↑↑公司采用全铝缸套,法国车的铝汽缸盖已达↑↑100↑↑↑%,铝汽缸体己达↑↑45↑↑↑%。美国福特公司↑↑NGT↑↑↑货车发动机汽缸盖、↑↑Zeta4↑↑↑缸机、↑↑ModularV6↑↑↑/↑↑V8↑↑↑机、克莱斯勒公司新↑↑V6↑↑↑发动机缸体和缸盖都使用铝合金材料。克莱斯勒公司↑↑Jeep(↑↑↑吉普↑↑)5↑↑↑缸机、↑↑3.8LV6↑↑↑和道奇货车发动机改用铝合金缸盖。日本的日产汽车公司↑↑(Nissan)↑↑↑在↑↑Maxima(↑↑↑麦克西马↑↑)↑↑↑车上使用了新型的↑↑VQ↑↑↑系列↑↑V6↑↑↑发动机,其特点是在制造这种发动机的铸铝缸体时,使用了高压模铸工艺↑↑(HPDC)↑↑↑。这种工艺可改善浇注,增加强度,尤其适于薄壁汽缸,该缸体比原来的缸体轻↑↑50↑↑↑%以上。此外,在动力系统中使用铸铝的零部件还在扩大。在日本和欧洲的发动机中使用铸铝油底壳,可改善刚性结构、降低↑↑NVH↑↑↑。↑↑  ↑↑↑↑日产公司↑↑VQ↑↑↑和丰田公司的↑↑Lexus (↑↑↑凌志↑↑) IMZ-FEV6↑↑↑发动机均使用了铸铝油底壳。通用公司也在↑↑5↑↑↑.↑↑7LCo↑rvetteV8↑↑↑发动机上使用这种油底壳。此外,日产公司↑↑VQ↑↑↑汽缸还采用了铝气门挺杆。由于铝的再生效果显著,本田公司在美国的制造厂还将回收铝用于发动机零件的制造上。↑↑↑↑↑ ↑

   ↑↑ ↑↑↑↑↑铝散热器↑↑↑ ↑↑汽车的冷气设备↑↑(↑↑↑冷凝器、蒸发器↑↑)↑↑↑、机油冷却器、散热器、暖风设备等热交换器中的冷凝器、蒸发器、空冷式机油冷却器几乎↑↑100↑↑↑%的用铝制造。铝散热器的难点是耐久性和散热能力。耐久性主要是因腐蚀而漏水的问题。其原因是冷却液引起的内部腐蚀和盐类引起的外部腐蚀。向冷却水中添加防锈剂可防止内部腐蚀:对于盐类引起的外部腐蚀可采用表面处理和耐蚀合金来防止。↑↑↑ ↑

铝合金车轮↑↑↑ ↑↑↑车轮是重要的保安件,对其安全性要求很高,轿车采用各种式样的铝合金车轮已相当普遍。车轮轮辋用铝合金,要求较高的强度↑↑(↑↑↑疲劳强度、闪光焊焊接性、滚轧成形性等↑↑)↑↑↑:铸造用铝合金则要求有良好的铸造性和足够的强度。铝车轮的特点:重量轻:↑↑  ↑↑↑↑由于散热性好,防止了轮胎的过热;尺寸精度高,减少了纵向和横向的振动。车轮是刚性部件,在中心支撑轮胎,应具有较高的强度与刚度。车轮与汽车的多种性能密切相关,整车的安全性和可靠性很大程度上取决于所用车轮及所装轮胎的性能和使用寿命。因此要求车轮具有:足够的负载能力和速度能力:↑↑  ↑↑↑↑良好的附着性和缓冲特性,耐磨耐老化和良好的气密性,良好的均匀性和质量平衡:较小的滚动阻力和行驶噪声;精美的外观和装饰性,质量小,价格低,拆装方便,互换性好。铝合金车轮与钢制车轮相比,能更好地满足以上要求。车轮与轮胎配合使用,因而其具有高度标准化、系列化、通用化的特点。从↑↑1964↑↑↑年美国开始使用铝合金车轮以来,铝合金车轮以其质量轻,平衡度好,造型美观↑↑(↑↑↑形式变化多样↑↑) ↑↑↑及较好的强度,节约燃料等优点,正逐步取代钢制车轮。我国从↑↑20↑↑↑世纪↑↑80↑↑↑年代开始生产推广使用并出口铝车轮。↑↑↑↑↑ ↑

    ↑↑↑↑铝保险杠↑↑↑ ↑↑保险杠作为吸收冲撞能量的缓冲体己普遍安装在轿车上。但由此却增加了车的重量。为此,铝保险杠、塑料保险杠同时出现以达轻量化的目的。目前,塑料保险杠是主流,铝只作为增强材而使用。↑↑↑↑↑ ↑

    ↑↑↑↑铝车身外板↑↑↑ ↑↑轧制铝用于车身外板使汽车的铝化进入新的阶段。美国已在车身外板的许多零件上采用铝制造。但车身外板与其它部位的条件有很大差异,除要求力学强度和功能外,表观质量及手感也是要求很高的。从这一角度出发,涂装和表面质量问题就显得很突出。因此日本用的很少,除成本原因外,还有几方面的顾虑:伸长率不如钢好。弹性系数只有钢板的↑↑1↑↑↑/↑↑3↑↑↑,回弹大,因此,冲压成形性比钢板低:焊接性不如钢好。与钢板比,电导率高、熔点低、极易生成氧化膜,特别是与钢的焊接更难:由于铝的涂装性与钢板不同,铝板与钢板之间易出现涂装不匀现象:此外由于柔软,易生成细小的伤痕,不但有拉伸滑移线、折皱、裂纹等加工缺陷,使用时的凹陷↑↑ ↑↑(由撞击引起的凹痕↑↑) ↑↑↑也不可避免。↑↑↑↑↑ ↑

    ↑↑↑↑底盘零件↑↑↑ ↑↑↑就减轻汽车质量而言,没有比底盘系统更具潜力、更容易做到的了。在悬挂系统中,目前取代钢铁材料的首选材料是铝。通用公司在卡迪拉克和克尔维特车的悬挂系统使用了铝合金部件,还加大了悬挂系统转向节的制造中以铝替代铸铁的规模。福特公司使用了铝合金的制动盘。该制动盘质量仅为↑↑2↑↑↑.↑↑27kg↑↑↑,为原铸铁盘的↑↑1↑↑↑/↑↑3↑↑↑,尽管费用较高,寿命却是铸铁盘的↑↑3↑↑↑倍。克莱斯勒公司的↑↑NeodLite↑↑↑车底盘由于使用了大量的铝合金部件,质量减轻了许多,如转向机万向节质量降低↑↑3kg↑↑↑,下控制臂降低↑↑2↑↑↑.↑↑6kg↑↑↑,转向机壳降低↑↑1↑↑↑.↑↑36kg↑↑↑,转向轴降低↑↑1↑↑↑.↑↑9kg↑↑↑,后制动鼓降低↑↑3↑↑↑.↑↑6kg↑↑↑,前制动踏板架降低↑↑0↑↑↑.↑↑8kg↑↑↑。↑↑↑↑↑