1 引言

      進入21 世紀, 能源和環境問題仍然嚴峻, 繼續推進汽車輕量化以降低油耗, 依然是汽（qì）車工業的發展關鍵。鋁合金具有密度（dù）小、導電導熱性好、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（kě）持續發展等方麵具有其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料。

      2 鋁合金塑性加工（gōng）技術

      鋁合金塑性成形法是利用鋁合金的良（liáng）好塑性,在一定的溫度、速度條件下, 施加各種形式（shì）的外力,克服金屬對於變形的抵抗, 使其產生塑性變形, 從而得到各種形狀、規格尺寸和組織性能的鋁合金板、帶、條、箔、管、棒、型、線（xiàn）和鍛件等的加工方法。

      2.1 鍛造

      鋁（lǚ）合金可以在鍛錘、機械壓力機、液壓機、頂鍛機、擴（kuò）孔機等各種鍛造（zào）設備上鍛（duàn）造, 可以自由鍛、模鍛、頂鍛、輥鍛和擴孔。一（yī）般來說, 尺寸小、形狀簡單、尺寸偏（piān）差要求不嚴的（de）鋁合金鍛件, 可（kě）以容易地錘鍛造出來; 但是（shì）對（duì）於規格大（dà）、要求劇烈變形的鋁合（hé）金鍛件（jiàn）, 則宜選用水(液（yè）)壓機來鍛造（zào）。目前在鋁及（jí）鋁合金（jīn）鍛壓技術上, 研發了大（dà）量的鍛壓新工（gōng）藝、新技術, 如液體模鍛、半固態模鍛、等溫鍛造、粉末鍛造、多向模鍛、無斜度精（jīng）密模鍛、分部模鍛、包套模（mó）鍛等。這在簡化工藝、減少工序、節省能耗、擴大品質、增加規格、提高質量和生產效率、保護環境、降低勞動強度、提高經濟效益等方麵發揮了重大作用。目前, 世界上可生（shēng）產的鋁合金模鍛件的最大投影麵（miàn）積達5m2 (壓力750MN) , 最長的鋁（lǚ）合金鍛件長15m, 質（zhì）量最大的（de）鋁合金鍛件重1.5t, 最大（dà）的鋁合金鍛（duàn）環直徑達7.5m, 基本上可滿足最（zuì）大的飛機、飛船、火箭、導彈、衛（wèi）星、艦艇、航母以及發電設備、起重設備等的需要[1]。

      2.2 擠壓

      鋁合金具有良（liáng）好的擠壓特性, 特別適合於擠壓加工, 可以通（tōng）過多種（zhǒng）擠壓工藝和（hé）多種模具結構進行加（jiā）工。在擠壓過程中被擠壓金屬在變形區能獲得比軋製、鍛造更強的、更均（jun1）勻的三向壓應力狀態, 可充分發揮被加工金屬的塑性。因此, 用擠壓法可加工用（yòng）軋製法或鍛造法難加工甚至無法加工的低塑性、難變形金屬或合金等材料。擠壓是可以用鑄錠直接生產鋁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、型材、線材產品, 而且可生產截麵變化、形狀極複雜的型材和管材。擠壓製品的精度高, 製品表麵質（zhì）量也較好。對於（yú）具有明顯擠壓效（xiào）應的（de）鋁合金擠壓製品( 如6A02、2A05、2A12、__2A11、7A04 等合金) , 要使其獲得高（gāo）強度, 必須采用高溫擠壓, 適宜（yí）的溫度（dù）為370℃～450℃。目前擠壓技（jì）術發展非（fēi）常迅（xùn）速, 我國研究開發了conform 和castex連續擠壓、反擠壓和冷（lěng）擠壓（yā）管材（cái）技術、靜液擠壓和等溫擠壓技術、無縫異（yì）形材（cái）穿孔擠壓（yā）技術、半固（gù）態擠壓和多層複合管擠壓（yā）技術（shù）等, 滿足了軍（jun1）工和民（mín）用工程的需要（yào）。

      2.3 軋製

      軋製是錠坯依靠摩擦力被拉進旋轉（zhuǎn）的軋輥間,借助於軋輥施加的壓力, 使其橫斷麵減小, 形狀改變, 厚度變薄而長度增加的一種（zhǒng）塑性變形過程（chéng）。在生產鋁合金管材和某些（xiē）異形產品時常用雙輥或多（duō）輥斜軋。根據輥係（xì）不同, 鋁合金軋製可（kě）分為兩輥( 一對) 係軋製、多輥係（xì）軋（zhá）製和特殊輥係( 如行（háng）星式（shì）軋（zhá）製、V 形軋製等) 軋製。根據軋（zhá）輥形狀不同, 鋁合金軋製可分為平輥軋製和孔型輥軋製等（děng）。根據產品（pǐn）品種不同, 鋁合金軋製又可（kě）分為板、帶（dài）、箔材軋製, 棒材、扁條和異形型（xíng）材軋製, 管材和空心型材軋製等。

      鋁合金板、帶、條、箔材的產量占（zhàn）鋁加（jiā）工材總產量的60%左（zuǒ）右, 由（yóu）於其用途十分廣泛, 所以鋁材的軋製技術也發展很快, 主要表現在: 熱軋機向大型化、控製自（zì）動化（huà）和精密化方向（xiàng）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, 最厚（hòu）為270mm, 最長為30m。二人轉的老式軋製將被淘汰, 四（sì）輥式單機架（jià）單卷取將被雙卷取所代替, 適當（dāng）發（fā）展熱粗（cū）軋+熱精軋( 即1+1) 的生產（chǎn）方式（shì）, 大力發展（zhǎn）1+3, 1+4, l+5 等熱連軋生產方式, 大（dà）大（dà）提高生產效率和產品質量。連鑄連軋向高（gāo）速高精薄壁方（fāng）向發展, 最近美國（guó）研製成功的（de）高速薄壁連鑄軋機組可生（shēng）產寬2000mm, 厚度2mm 的連鑄軋板材（cái）, 速度可達l0m/min, 可代替冷軋機, 直接供給鋁箔毛料, 有的甚至可作為易拉罐的毛坯料。冷軋向寬幅( >2000mm) 、高速( 最大為45m/min) , 高精( 4～2 /μm) 、高度（dù）自動化控製方向（xiàng）發展, 冷連軋也開（kāi）始抬（tái）頭, 可大幅度提高生產效率。鋁箔軋製向更寬、更薄、更精、更自（zì）動化（huà）的（de）方向發展, 可用不等厚的雙合軋製生產0.004mm 的特薄鋁（lǚ）箔。同時開發了噴（pēn）霧成形等其他生產鋁箔的方（fāng）法（fǎ）[3]。

      2.4 超塑性成形技術

      鋁合金超塑性屬於細晶超塑性, 晶粒（lì）細化及細晶粒的熱穩（wěn）定性對超塑性鋁（lǚ）合金十分重要（yào）。超細晶（jīng）粒是鋁合金獲得高應變速率超塑性的重要組織條件（jiàn）。常規的鋁合金具有超塑性, 一般要求晶粒尺寸在10μm 左右。K.Higashi 教授的研究表明, 晶（jīng）粒（lì）尺寸要在5μm 以下, 才可能使鋁合金具有高應變速率超塑性[4]。鋁合金的超塑成形( SPF) 和超塑（sù）成形/擴散連接( SPF /DB) 技術是一種利用鋁合金的超塑性,采用吹脹或模（mó）鍛法形成高精度大（dà）型薄壁零件的無餘量加工方法。該工（gōng）藝技術在成形航空航天飛行器複雜鈑金件( 如飛機壁（bì）板、艙門、導彈（dàn）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性, 被認為是推動現代航空航天結構設計概（gài）念發展和突破傳統鈑金成形方法的先進（jìn）製造技術, 是迎（yíng）接21 世紀（jì）航空航天大型複雜鋁（lǚ）合金結構挑戰的高消費比工藝。常用的SPF 工藝方法有: 簡單凹模成形法、凹模區域（yù）成形法、反壓凸起預拉伸成形法（fǎ）和複合凹模成形法等[5]。

      除了以上的加工方法以外, 目（mù）前（qián）還研究開發了多種加工方法（fǎ）, 主要有: 壓力（lì）鑄造成形法、半固態成形法、連續成形法、複合成形法、變形熱處理法和深度加工等。

      3 鋁合金（jīn）在汽（qì）車工業中的應用

      汽車減輕自重、實現輕（qīng）量化是世界汽車工業不斷追求的（de）戰（zhàn）略目標。理（lǐ）論計算表（biǎo）明（míng）, 適當減輕汽車的（de）質量可以把油耗降低37%; 把懸（xuán）掛裝置的負荷降低（dī）l8%; 把振動強度降低5%。為（wéi）此, 要把傳統的結構材料（liào）(鋼、鐵)換成密度小、力學（xué）性能高的新型材料, 這種新型材料當首推鋁合金材料（liào）。

      3.1 汽車（chē）用鋁（lǚ）合金曆史

      鋁在汽車上最早運用的記載是在（zài）1896 年, 印度人用鋁做了汽車的（de）曲軸箱（xiāng）。到了二十世紀初, 在歐（ōu）美開始出現全鋁身的汽（qì）車, 如亨（hēng）利·福特（tè）的（de）ModelT 型汽車就是鋁製車身。20 世紀二、三（sān）十年代在歐洲的賽車場上法拉利360 等（děng）賽車也都（dōu）是全鋁車身。從此之後, 鋁在汽車上（shàng）得到了越來越廣泛的運用, 如車輪、懸架和（hé）其他部件都開始用鋁製造[7]。自20 世紀70 年代以來鋁（lǚ）合金快步走（zǒu）人汽車工業領域, 發展迅猛, 用量逐（zhú）年增加。從汽（qì）車輕量化的前景看, 鋁合金的大量采用是必然趨勢。

      3.2 汽車用（yòng）鋁合金現狀

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

      3.2.1 鋁合金在汽車上的品種構（gòu）成

      用（yòng）於汽車上的鋁合（hé）金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金（jīn）。鑄造鋁合金在汽車上（shàng）的使用量（liàng）最多, 占80%以（yǐ）上（shàng）,其中又分為重力鑄造件、低壓鑄件和其他特種鑄造零件; 變形（xíng）鋁合金包括板材、箔（bó）材、擠壓材（cái）、鍛件等。世界各國（guó）工業用鋁合金材料的品種構成雖然有一定差異,但大體是相同的。其品種（zhǒng）構（gòu）成（chéng）:鑄件（jiàn）占80%左右,鍛件占1%～3%,其餘為加工材。美國汽車工業中變形鋁材占較（jiào）大比例,達（dá）36.3%[8]。表1 為汽車用鑄造（zào）鋁（lǚ）合金的（de）主要部件係（xì）統, 表2 為汽車用變形鋁合金的主要部件係統。

      3.2.2 鋁（lǚ）合金在汽車上主要零部件（jiàn）的應（yīng）用狀況

      ( 1) 車（chē）身

      汽車工業的（de）精（jīng）髓是汽車車身的製作, 車身製作幾乎（hū）占用汽車製造公司投資總額的60%。據（jù）統計,汽（qì）車車身質量約占汽車總質量（liàng）的30%左右, 降低車身的重量對整車輕量化非常關鍵。現在幾乎所有的世界各（gè）大汽車公司都爭（zhēng）相開發鋁合（hé）金車身零部件或全鋁（lǚ）車身, 而且近期（qī）取得了（le）顯著成效。據KGP 公司資料顯示（shì）, 到2006 年全球整個汽車（chē）工業用於車身（shēn）製造的鋁合金總需求（qiú）量會達到205 萬[10]t。用於車身的鋁合金主（zhǔ）要有2000 係、5000 係、6000 係和7000 係。

      ( 2) 發動機

      發動機的氣缸體、氣缸（gāng）蓋要（yào）求材料導熱性好, 耐蝕性高, 鋁合金正好能滿足（zú）這些性能要求, 故很多汽車公司發動機的氣（qì）缸體、氣缸蓋多采（cǎi）用（yòng）全鋁型。如美國通用汽車公司采用全鋁鋼套, 法國汽車的鋁氣缸套（tào）已達（dá）100%, 鋁氣缸體（tǐ）達45%。在發動機中（zhōng）采用鋁（lǚ）鑄件的還有發動（dòng）機活塞、活塞環、連杆等。由於活塞、連杆采用了鑄鋁件, 減（jiǎn）輕了重量（liàng）, 從（cóng）而減少（shǎo）發動機的振動, 降低了噪聲, 使發動機的燃油耗率（lǜ）下降（jiàng）, 這符合汽車的發展趨勢[11]。

      ( 3) 車輪

      車輪既可以用變形鋁合金, 也可（kě）用鑄造鋁合金。變（biàn）形鋁合金中防鏽鋁、硬鋁、鍛鋁都有（yǒu）所應用, 整體結構的多用鍛件(有的用液態模鍛), 兩片或三片型的輪輞由板材成形, 輪輻由（yóu）板材（cái）成形或鍛造成形。據統（tǒng）計, 鋁合金車（chē）輪的使（shǐ）用率現已達到（dào）50%左右, 有的國家已經超過了60%。為了適應汽車輕量化的要求（qiú）, 鋁輪轂正在向厚度更薄（báo）、形態更複雜、重量更輕及安全性更（gèng）高的方向發（fā）展。同時鋁輪轂散熱性好, 可防止輪胎過熱, 延長車輪及輪胎的使用壽（shòu）命。另外,從加工的角度看, 鋁（lǚ）製車輪尺寸精度高, 減輕了汽車行駛過程中的振動, 提高了汽車（chē）的舒適性。

      3.3 國內汽車用鋁合金發展狀況（kuàng）

      國內汽車工業用鋁也呈現快速增長態勢, 1993年國內汽車工業用鋁量（liàng）僅為4 萬t, 2003 年則上升（shēng）到28 萬t,年均增長達60%。“九五”期間進行了（le）鋁（lǚ）合金材料和鑄件生產成套工藝技術的開發研究, 開發出了多種鑄造Al2Si 合金和高性能（néng）Al2Sn2Si 係軸瓦材料C在半固態成（chéng）形、快速凝固等先進成形（xíng）技術研究與應用方麵也取（qǔ）得（dé）了突（tū）破性進展。目前國內鑄造鋁合金的品種及牌號（hào）相對齊全, 生產技術基（jī）本上能滿足汽車工業的需要。同時, 汽車用各類型材( 包括6000 係列和7000 係列高強（qiáng）度牌號) 、箔材國內基本上都（dōu）能生產, 板材（cái）有2000～5000 係列,以及6000 係列中的少數牌號,7000 係列尚處於研發中（zhōng）。此外（wài）,國內在耐熱鋁合金、高強高韌鋁合金、鋁基（jī）複合材料等新（xīn）材料的研究與應用方麵也取得了較大進展。從鋁的（de）應用水平看, 20 世紀90 年代生產的（de）國（guó）產轎車,單車鋁合金用量一般（bān）在40kg～80kg, 鋁合金零件基本國產化C近年推出的新（xīn）車型,鋁合金零件的質量基本都在100kg 以上( 如東風日產藍鳥、頤（yí）達,一汽奧迪等) [12]。

      4 結束語

      由於鋁合金具（jù）有（yǒu）一係列（liè）優點, 應用範圍越來越廣泛。鋁合金的塑性加工技術也被廣泛應用, 正朝著精密化、信息化（huà）方向發展（zhǎn）, 今後應進（jìn）一步（bù）發掘鋁合金材料塑性加工技術的（de）潛力,擴大其應用領域。同時（shí）,由於汽車工業進一步輕量（liàng）化的需要, 鋁合金在汽車工業中的應（yīng）用將（jiāng）會有更大的發（fā）展。