⊙汽车行业发展总体现状
⊙国内汽车钢零件热处理发展现状
⊙国内汽车铝合金零件热处理发展现状
⊙总结
(一)汽车行业发展总体现状(点击阅读)
(二)国内汽车钢零件热处理发展现状
2.1 总体进展(点击阅读)
2.2 汽车钢发展现状(点击阅读)
2.3 汽车车身安全件热成形行业发展现状(点击阅读)
2.4 汽车底盘安全件热处理行业发展现状(点击阅读)
(三)国内汽车铝合金零件热处理发展现状
3.1 总体现状
随着全球汽车产业向轻量化、电动化方向快速发展,铝合金用量逐年增加。根据国际铝业协会(IAI)数据,2023年全球汽车用铝量达1500万吨,预计2030年将突破2500万吨。目前,美国、日本、德国是汽车采用铝合金最多的国家,如德国大众AudiA8、A2,日本的NXS等车身用铝合金量达80%。新能源汽车受动力电池重量、动力电池续航里程的制约以及汽车节能减排政策的限制,在车辆设计和材料应用上,其车体轻量化成为车企首先要考虑的问题,在一些部件采用铝材成为新能源汽车制造企业的首要选择。奥迪A8L Hybird采用的混合动力系统的电池组、电机等组件增加了额外的130kg的负重,不过由于其使用了全铝车身框架结构车身,该车整车质量只有2035kg;特斯拉Model S为了较长的续航能力,搭载了500kg电池组,因此必须通过减轻车身降低整车质量,Model S的车身95%以上采用铝材。北美的单车用铝量2014年已达到约158kg/辆;2015年欧洲小车的用铝量达到300kg/辆;而目前中国每辆汽车平均用铝仅约为115kg/辆。一般家庭用车用材构成为:钢为54%,铸铁为10%,塑料为8%,铝合金为8%,镁合金为1%,橡胶、玻璃为7%,其他为12%。铝合金在新能源汽车市场上还有极大的提升空间。
铝合金密度小、耐蚀性好、塑性优良,从生产成本、零件质量、材料利用、制造技术、机械性能、可持续发展等方面具有其他轻量化材料无可比拟的优越性,因此铝合金将成为汽车工业中的首选轻量化材料。1) 减重效果明显。铝的力学性能好,密度小,具有良好的导热性,表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蚀性,成为实现汽车轻量化最理想的首选材料。据美国铝业公司的数据,汽车中典型的铝质零件的减重效果可达30%~50%。2) 吸收冲击能力强。铝的吸冲击能力是钢的2倍,在碰撞安全性方面有明显的优势。另外,铝合金汽车是在不降低汽车容量的情况下减轻汽车自重,车身重心减低,汽车行驶更稳定、舒适。3) 易于回收。在使用过程中仅发生轻微的腐蚀,且铝合金熔点低,便于重熔回收,回收率高于80%。60%以上的汽车用铝合金材料为再生铝,回收生产1t铝合金要比重新生产1t铝合金少耗能95%,铝的损耗也仅5%左右,采用铝所节省的能量是生产该零件所用原铝耗能的6~12倍。4) 装配效率高。铝合金汽车整体构架,焊点少,减少了加工工序,铝合金整体车身比钢铁焊接车身约轻35%,且无须防锈处理,只有25%~35%的部件需点焊,大幅度提高了汽车装配效率。
汽车用铝合金主要包括轧制材、挤压材、锻造材、铸造铝合金。目前各类铝合金在汽车上使用比例大致为:铸铝77%,轧制材10%,挤压材10%,锻压材3%。铸造铝合金主要用于制造新能源汽车发动机零部件、壳体类零件和底盘上的其他零件,如轿车发动机缸体、缸盖、离合器壳、保险杠、车轮、发动机托架等几十种零件。轧制材、锻造材、挤压材等变形铝合金主要用于汽车车身,如发动机罩、车顶棚、车门、翼子板、行李箱盖、地板、车身骨架及覆盖件。新能源汽车所用铝合金主要为2×××系、3×××系、5×××系、6×××系和7×××系。其中2×××系铝合金主要是车身,3×××系铝合金主要应用于热交换器和动力电池壳体,5×××系铝合金主要应用车身板,6×××系铝合金主要应用于挤压型材和各种动力、悬挂部件等。散热器用材主要由3×××系、4×××系、7×××系或6××x系铝合金复合而成。3×××系铝合金因冲压性能好、屈服比低、硬化指数高、塑性指标大、变形抗力小、厚向异性指数低等优点,通常作为动力电池的外壳。
作者:冯毅,中国汽车工程研究院股份有限公司/重庆大学材料科学与工程学院,企业受聘高级专家,教授级高级工程师
