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摘要：作为未来汽车节能环保重要措施的汽车轻量化越来越多的受到研究者的关注，而铝合金作为轻量化材料也得到了很大的关注，本文通过介绍铝合金在汽车上的一些应用介绍，使铝合金材料得到更好的应用与发展，指出铝合金在汽车上应用的重要意义。
关键词：铝合金 汽车轻量化 应用
中图分类号：U663.9+1
未来汽车的发展趋势是节能、环保、安全、舒适、只能和网络一体化，其中节能环保是关系到人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃油消耗、减少向大气排出 和有害气体及颗粒已成为汽车界的重大课题。汽车轻量化是汽车降低燃油消耗及减少排放的有效途径，其方法有两种（1）是使汽车框架进一步优化（2）在车身制造上采用轻质材料。目前，铝合金作为较为理想轻质材料应用于汽车上是比较成熟的了。
1.铝合金的属性
1.1铝的属性
（1）耐腐蚀，因为铝很容易被氧化，在表面会形成一层氧化膜 ，对里面的物质具有保护作用。
（2）铝的密度仅为2.7 为铁的 ，导电导热性能好。
（3） 因为铝具有的融化温度低，熔点为660.4℃，因此流动性好易于制造各种复杂形状的零件。
1.2 铝合金的特点
（1） 以纯铝为基础，加入一种或几种元素可构成铝合金，其相对于纯铝可以提高强度、硬度，除固熔强化外，有些铝合金可以热处理强化使有些铝合金的抗拉强度可超过600MPa，与低碳钢相当，另外，铝合金在-253℃的低温下，其强度和塑形较在室温中均有提高。
1.3铝合金的分类
由铝合金的成分、加工特点和性能，铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金又可分为铝硅系、铝铜系、铝锌系等，变形铝合金又可分为热处理不强化（铝锰系、铝镁系等）和热处理强化（铝镁硅系、铝铜镁系等）。
1.4铝合金在汽车上应用的数量
表1铝合金在汽车上应用的数量
时间 1941-1954 1971 2001 2009 2012
用量/磅 12 77 280 327 350
从表中可以看出，铝在汽车上的用量呈现上升趋势，一份研究报告指出：如果一个整备质量为1490kg的未采用铝合金材料的汽车，在采用铝合金优化后，车身结构降低了120kg，发动机零部件重量降低52kg加上汽车其他零部件减少的质量，从而使得汽车的质量降低很是明显，降低了燃油消耗，减少了有害气体的排放。
2铝合金在汽车上的应用
表2 铝合金在汽车上的主要应用
国别 铝合金零部件
日本 气缸体、气缸盖、离合器壳、车轮盘、进气管、变速器壳
德国 缸体、缸盖、方向盘、悬臂架、制动鼓、化油器壳体
美国 离合器盖、转向器壳、主制动缸壳、活塞、悬架、气缸盖
法国 进气管、变速器壳、活塞、制动鼓、车轮盘、气缸盖、离合器盖、盘式制动器壳、万向节叉、转向器壳
英国 进气管、气缸盖、气缸体
从表中可以看出，铝合金部件因其在高强度、耐腐蚀、成型方法多等方面的优点使其在车上得到越来越多的应用，其制造生产出的零部件已经遍及发动机的五大机构和车身底盘等等，实现了汽车的轻量化的设计，铝合金在汽车上的应用已经成为一种趋势。其在汽车上的应用可分为（1）壳体件（2）发动机部件（3）其他部件三个方面
2.1铝合金壳体件
铝合金壳体件主要用于替换钢铁的离合器壳体、变速箱壳体等以及油槽、油泵及水泵壳体、后桥壳体为降低重量而使用铝合金代替的钢铁部件。作为生产此类产品最经济的方法—压铸法得到广泛应用。它可以最大限度的减小铸件壁厚使得后续加工量减少、铸件质量有效的减轻，同时可以使得铸件有较为完美的表面质量和准确的精度。
22 发动机部件
缸盖、进气气管、连杆等作为有重要作用的保安部件，它们的铸造工艺要有比发动机缸体采用的压铸工艺具有更高的力学性能的工艺方法制造。
2.2.1活塞
当前来说所有的发动机活塞都是铝合金制造，它能够满足内燃机对活塞的大部分要求，比如导热性好、热膨胀系数小、尺寸稳定性好等等。目前在国外广泛应用的高硅过共晶铝活塞合金由于其在热膨胀系数方面的优势可以有效减小活塞与缸壁的间隙使发动机的效率得到提高。重力性金属型法是生产活塞的常用方法，但是对于涡轮增压发动机，对其在应力和质地方面提出了更高的要求，因此挤压法更为适合，它可以使得其在冶金质量和力学性能方面超越中立金属型法。
现在社会发展迅速，家用轿车进入千家万户，前置型发动机居多，铝合金部件在发动机上的应用可以使发动机轻量化，在提高汽车燃油经济性、安全性的基础上使得驾驶性能随之提高。
2.2.2 气缸体
在发动机中气缸体不仅是最大的零件也是最复杂的零件。大大减轻发动机的重量是铝合金代替铸铁制造发动机气缸体的最大优点。可是缸体重量减轻30%以上，为汽车轻量化的研究做出了显著贡献。由日本本田公司研究成功的纤维增强铝基复合材料缸套使得气缸的变形得到有效遏制，从一定程度上提高了汽缸和活塞的耐磨性。过共晶铝合金通常用作铸造缸体的材料，但由于其在铸造性能、机械加工性能的方面的缺陷使其在应用发展方面受到一定的限制。在研究用低硅或中硅合金铸造气缸体的基础上一方面要倾向于复合材料的应用，同时另一方面可以应用提高亚共晶铝硅合金耐磨性和耐热性的表面改性技术。
2.2.2 气缸盖
铝合金气缸盖在现代汽车的设计上基本处于首选材料，应用铝合金气缸盖除了在重量上的优势外最重要的一点就是利用其良好的导热性以应对气缸盖在高温高压以及热冲击和应力集中环境下的挑战，提高发动机的热效率，有效避免燃烧室中零件产生的过热现象。近些年出现的气化模和砂型低压铸造工艺有效的解决了缸盖壁厚不均匀，对密封性要求高的难题，它们的工艺具有不分型、不起模从而使得铸件清理方便、表面光洁、有着较为满意的尺寸精度，对于大批量生产很具有促进意义，我国对此技术研究也已趋于成熟，1993年在一汽建成了首条年产量为10万只进气管的气化模生产线。
4 其他部件
铝合金车轮目前越來越多的得到应用，它与钢制车轮相比，其可减轻重量30%～40%，减少振动10%～15%。其主要铸造方法为金属型铸造法、低压铸造法以及李鑫铸造法。
铝接头主要用于全铝车身上连接各种型材，要求在有较高的冶金质量和力学性能基础上还要有很好的可焊性及延展性。它们主要由挤压铸造法、高真空铸造法等无缺陷铸造法铸造。
结论
汽车轻量化是未来汽车在节能环保、降低污染等方面的重要发展方面。铝合金作为典型的轻型材料越来越被人们所认可，因此对于铝合金在汽车上的应用会越来越广泛，汽车轻量化可以说是汽车铝合金化将是未来发展的一种趋势。
参考文献
1 铸造有色合金及熔炼编写组，铸造有色金属及熔炼.北京：国防工业出版社，1981
2.李应堂等. 现代汽车铝铸件. 上海：上海科技出版社，1990
3.王哲. 铝材料工业 一个新的发展方向. 铝合金加工技术，1993
关键词：铝合金 汽车轻量化 应用
中图分类号：U663.9+1
未来汽车的发展趋势是节能、环保、安全、舒适、只能和网络一体化，其中节能环保是关系到人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃油消耗、减少向大气排出 和有害气体及颗粒已成为汽车界的重大课题。汽车轻量化是汽车降低燃油消耗及减少排放的有效途径，其方法有两种（1）是使汽车框架进一步优化（2）在车身制造上采用轻质材料。目前，铝合金作为较为理想轻质材料应用于汽车上是比较成熟的了。
1.铝合金的属性
1.1铝的属性
（1）耐腐蚀，因为铝很容易被氧化，在表面会形成一层氧化膜 ，对里面的物质具有保护作用。
（2）铝的密度仅为2.7 为铁的 ，导电导热性能好。
（3） 因为铝具有的融化温度低，熔点为660.4℃，因此流动性好易于制造各种复杂形状的零件。
1.2 铝合金的特点
（1） 以纯铝为基础，加入一种或几种元素可构成铝合金，其相对于纯铝可以提高强度、硬度，除固熔强化外，有些铝合金可以热处理强化使有些铝合金的抗拉强度可超过600MPa，与低碳钢相当，另外，铝合金在-253℃的低温下，其强度和塑形较在室温中均有提高。
1.3铝合金的分类
由铝合金的成分、加工特点和性能，铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金又可分为铝硅系、铝铜系、铝锌系等，变形铝合金又可分为热处理不强化（铝锰系、铝镁系等）和热处理强化（铝镁硅系、铝铜镁系等）。
1.4铝合金在汽车上应用的数量
表1铝合金在汽车上应用的数量
时间 1941-1954 1971 2001 2009 2012
用量/磅 12 77 280 327 350
从表中可以看出，铝在汽车上的用量呈现上升趋势，一份研究报告指出：如果一个整备质量为1490kg的未采用铝合金材料的汽车，在采用铝合金优化后，车身结构降低了120kg，发动机零部件重量降低52kg加上汽车其他零部件减少的质量，从而使得汽车的质量降低很是明显，降低了燃油消耗，减少了有害气体的排放。
2铝合金在汽车上的应用
表2 铝合金在汽车上的主要应用
国别 铝合金零部件
日本 气缸体、气缸盖、离合器壳、车轮盘、进气管、变速器壳
德国 缸体、缸盖、方向盘、悬臂架、制动鼓、化油器壳体
美国 离合器盖、转向器壳、主制动缸壳、活塞、悬架、气缸盖
法国 进气管、变速器壳、活塞、制动鼓、车轮盘、气缸盖、离合器盖、盘式制动器壳、万向节叉、转向器壳
英国 进气管、气缸盖、气缸体
从表中可以看出，铝合金部件因其在高强度、耐腐蚀、成型方法多等方面的优点使其在车上得到越来越多的应用，其制造生产出的零部件已经遍及发动机的五大机构和车身底盘等等，实现了汽车的轻量化的设计，铝合金在汽车上的应用已经成为一种趋势。其在汽车上的应用可分为（1）壳体件（2）发动机部件（3）其他部件三个方面
2.1铝合金壳体件
铝合金壳体件主要用于替换钢铁的离合器壳体、变速箱壳体等以及油槽、油泵及水泵壳体、后桥壳体为降低重量而使用铝合金代替的钢铁部件。作为生产此类产品最经济的方法—压铸法得到广泛应用。它可以最大限度的减小铸件壁厚使得后续加工量减少、铸件质量有效的减轻，同时可以使得铸件有较为完美的表面质量和准确的精度。
22 发动机部件
缸盖、进气气管、连杆等作为有重要作用的保安部件，它们的铸造工艺要有比发动机缸体采用的压铸工艺具有更高的力学性能的工艺方法制造。
2.2.1活塞
当前来说所有的发动机活塞都是铝合金制造，它能够满足内燃机对活塞的大部分要求，比如导热性好、热膨胀系数小、尺寸稳定性好等等。目前在国外广泛应用的高硅过共晶铝活塞合金由于其在热膨胀系数方面的优势可以有效减小活塞与缸壁的间隙使发动机的效率得到提高。重力性金属型法是生产活塞的常用方法，但是对于涡轮增压发动机，对其在应力和质地方面提出了更高的要求，因此挤压法更为适合，它可以使得其在冶金质量和力学性能方面超越中立金属型法。
现在社会发展迅速，家用轿车进入千家万户，前置型发动机居多，铝合金部件在发动机上的应用可以使发动机轻量化，在提高汽车燃油经济性、安全性的基础上使得驾驶性能随之提高。
2.2.2 气缸体
在发动机中气缸体不仅是最大的零件也是最复杂的零件。大大减轻发动机的重量是铝合金代替铸铁制造发动机气缸体的最大优点。可是缸体重量减轻30%以上，为汽车轻量化的研究做出了显著贡献。由日本本田公司研究成功的纤维增强铝基复合材料缸套使得气缸的变形得到有效遏制，从一定程度上提高了汽缸和活塞的耐磨性。过共晶铝合金通常用作铸造缸体的材料，但由于其在铸造性能、机械加工性能的方面的缺陷使其在应用发展方面受到一定的限制。在研究用低硅或中硅合金铸造气缸体的基础上一方面要倾向于复合材料的应用，同时另一方面可以应用提高亚共晶铝硅合金耐磨性和耐热性的表面改性技术。
2.2.2 气缸盖
铝合金气缸盖在现代汽车的设计上基本处于首选材料，应用铝合金气缸盖除了在重量上的优势外最重要的一点就是利用其良好的导热性以应对气缸盖在高温高压以及热冲击和应力集中环境下的挑战，提高发动机的热效率，有效避免燃烧室中零件产生的过热现象。近些年出现的气化模和砂型低压铸造工艺有效的解决了缸盖壁厚不均匀，对密封性要求高的难题，它们的工艺具有不分型、不起模从而使得铸件清理方便、表面光洁、有着较为满意的尺寸精度，对于大批量生产很具有促进意义，我国对此技术研究也已趋于成熟，1993年在一汽建成了首条年产量为10万只进气管的气化模生产线。
4 其他部件
铝合金车轮目前越來越多的得到应用，它与钢制车轮相比，其可减轻重量30%～40%，减少振动10%～15%。其主要铸造方法为金属型铸造法、低压铸造法以及李鑫铸造法。
铝接头主要用于全铝车身上连接各种型材，要求在有较高的冶金质量和力学性能基础上还要有很好的可焊性及延展性。它们主要由挤压铸造法、高真空铸造法等无缺陷铸造法铸造。
结论
汽车轻量化是未来汽车在节能环保、降低污染等方面的重要发展方面。铝合金作为典型的轻型材料越来越被人们所认可，因此对于铝合金在汽车上的应用会越来越广泛，汽车轻量化可以说是汽车铝合金化将是未来发展的一种趋势。
参考文献
1 铸造有色合金及熔炼编写组，铸造有色金属及熔炼.北京：国防工业出版社，1981
2.李应堂等. 现代汽车铝铸件. 上海：上海科技出版社，1990
3.王哲. 铝材料工业 一个新的发展方向. 铝合金加工技术，1993