⊙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（点击阅读）
3.2 铝合金汽车零件热处理技术发展现状
（1）铝合金材料
1）新品种铝合金材料
铝合金材料研发进展在近年来取得了显著的成果，特别是在高强度铝合金、耐热铝合金和复合材料等领域。
1.高强度铝合金的开发使得材料在保持轻质的同时，具备了更高的强度和刚度，这对于提高汽车结构的安全性和耐久性具有重要意义。目前，在汽车车身板领域，应用最多的高强度铝合金为6082铝合金，抗拉强度≥310MPa，屈服强度≥260MPa，伸长率≥10，在20世纪80年代被研发成功。汽车领域的高强度铝合金，后续也开发了很多产品。例如，挪威海德鲁铝业公司在 2018 年开发了 HHS360 合金，抗拉强度比 6082 合金提高了 10.8%，达到 360 N/mm2 ，伸长率达到 10%；之后，该公司又在此基础上开发了 HHS400 合金，抗压强度达到 400 N/mm2 ，屈服强度不小于370 N/mm2 ，伸长率为 8%，主要应用于汽车制造。美国的肯联铝业公司开发了 HSA6 系列合金，其中 HSA6-T6 合金挤压型材的最低屈服强度为 370 N/mm2 ，而最低抗拉强度为 400 N/mm2 ，与采用传统铝合金材料制造的全铝汽车质量相比，可减重 30% 以上。目前，国外先进铝加工企业致力于开发低成本的汽车板。印度的诺贝丽斯铝业公司已经推出 AdvanzTM 系列合金 Ac5754R，进一步减轻了汽车重量。该公司还与捷豹路虎汽车有限公司合作开发了具有优异成形和卷边性能的AC-170PX 铝合金，用于汽车覆盖件外板。而美国的奥科宁克公司成功开发了新一代汽车板生产设备与工艺“Micro-Mill”技术，极大地提升了汽车车身和覆盖件用铝板的性能，综合性能提升 20%，成本降低 30%。
2.耐热铝合金的研究则主要集中在提高材料的耐高温性能，以满足发动机、排气系统等高温部件的需求。这类材料通常需要具备良好的耐腐蚀性和抗氧化性，以确保在高温环境下的长期稳定性能。例如，针对商用车传统铸铁部件（飞轮壳、齿轮室等）存在的重量大、能耗高问题，鸿劲研究院开发的耐热铝合金创新性地采用W-Mo-V多元耐热体系，与Si反应生成高熔点（2220℃）的WXSiy相，赋予材料优异的高温稳定性。经T6热处理后室温抗拉强度≥450MPa、屈服强度为≥380MPa，250℃高温抗拉强度≥280MPa、屈服强度≥220MPa。减重效果达30-35%，该材料在持续250℃工况下表现出优异的抗蠕变性能，有望使重型商用车实现单件减重15-20kg，整车能耗降低3-5%。
3.复合材料在铝合金材料研发中扮演着越来越重要的角色。通过将铝合金与其他材料如碳纤维、玻璃纤维等进行复合，可以进一步提高材料的性能。例如，铝基复合材料因其高强度、轻质和良好的耐腐蚀性，被广泛应用于新能源汽车的电池包、电机壳体等部件。这类材料的研究和开发，有助于推动汽车轻量化和高性能化的进程。
2）新生产技术
1.电磁搅拌与电磁约束成型技术：在铝合金熔铸过程中，电磁搅拌技术通过在熔炉或铸型周围设置交变磁场，使铝合金液产生感应电流，进而受到电磁力的作用产生搅拌运动。这种搅拌能够有效打破合金液中的温度梯度和浓度梯度，促进成分均匀化，细化晶粒组织。电磁约束成型技术则是利用电磁力对铝合金液的约束作用，使其在特定的形状和尺寸下凝固成型，无需传统的刚性模具，减少了铸造缺陷的产生。以德国某公司研发的电磁搅拌熔炼炉为例，该设备配备了先进的磁场控制系统，能够精确调节磁场强度和频率，实现对铝合金液搅拌效果的精准控制。其最大熔炼容量可达50吨，适用于大规模工业生产。
2.半固态加工技术：将铝合金加热至固液两相区，使合金处于一种既具有一定流动性又保持部分固态颗粒的半固态状态。在这种状态下，对合金进行成型加工，如压铸、锻造等。由于半固态合金的流变特性与液态合金和固态合金都有所不同，其在成型过程中具有充型平稳、凝固收缩小、铸件致密度高等优点。
3.先进的精炼与除气技术：国外研发的新型精炼与除气设备采用了多种先进技术，如旋转喷吹技术、陶瓷过滤技术等。旋转喷吹技术通过将精炼气体以高速旋转的方式喷入铝合金液中，使气体在合金液中形成大量微小气泡，这些气泡在上升过程中能够吸附合金液中的夹杂物和气体，从而达到精炼和除气的目的。陶瓷过滤技术则是利用具有特殊孔隙结构的陶瓷过滤板，对铝合金液进行过滤，有效去除其中的微小夹杂物，提高合金液的纯净度。在高端铝合金板材生产中，使用先进的精炼与除气设备后，板材的内部质量得到显著改善，其拉伸强度提高了10% - 15%，延伸率提高了5% - 8%。在铝合金管材生产中，经过精炼与除气处理后的合金液，生产出的管材内部缺陷明显减少，耐压性能提高了20%以上，有效提高了管材的使用寿命和安全性。法国某公司生产的旋转喷吹精炼除气设备，具有精炼效率高、除气效果好、操作简便等优点。其最大处理量可达100吨/小时，能够满足大型铝合金生产企业的需求。
4.高效节能熔炼技术
国内研发出了多种高效节能熔炼工艺。例如，蓄热式燃烧技术通过在熔炼炉的烟道上安装蓄热体，利用高温烟气的余热对助燃空气进行预热，从而提高燃烧效率，降低燃料消耗。此外，还开发了电磁感应熔炼技术，该技术利用电磁感应原理使铝合金在交变磁场中产生感应电流，通过电流的焦耳热实现铝合金的快速熔炼，具有熔炼速度快、热效率高、污染小等优点。采用蓄热式燃烧技术的铝合金熔炼炉，与传统熔炼炉相比，燃料消耗可降低20% - 30%，同时减少了废气排放，具有良好的经济效益和环境效益。电磁感应熔炼技术在小型铝合金铸件生产中得到了广泛应用，其熔炼速度比传统电阻炉熔炼提高了3 - 5倍，生产效率大幅提升，且由于熔炼过程中无明火，安全性更高。
5.新型铸造工艺
国内研发的一些新型铸造工艺，如热顶铸造、调压铸造等，在提升铝合金熔铸质量方面具有独特的优势。热顶铸造工艺通过在结晶器顶部设置加热装置，使结晶器顶部的金属液保持液态，形成一个“热顶”，从而改善了铸件的凝固方式，减少了缩孔、缩松等缺陷的产生。调压铸造工艺则是通过控制铸造过程中的压力变化，实现对铸件凝固过程的精确控制，提高铸件的致密度和力学性能。在铝合金圆棒生产中，热顶铸造设备得到了广泛应用。采用热顶铸造工艺生产的铝合金圆棒，其内部组织均匀，表面质量良好，尺寸精度高，能够满足汽车零部件、机械加工等行业对圆棒质量的要求。调压铸造设备则在一些高端铝合金铸件生产中发挥了重要作用，如汽车发动机的关键零部件等，通过调压铸造工艺生产的铸件，其内部质量和力学性能达到了国际先进水平。
（2）铝合金热处理工艺方法
1）铝合金常规的固熔+时效工艺
对于可热处理强化的铝合金，通常采用固溶-淬火-时效实现微观组织的精确调控和性能优化。固溶处理和淬火的目的是获得空位和溶质原子均过饱和的固溶体，为强化相的析出提供载体；时效处理的实质是过饱和固溶体的脱溶分解过程，析出与基体共格的具有纳米尺度的强化相。固溶体过饱和度越大，脱溶驱动力越大，沉淀析出越充分，强化效果越显著。高强度、高韧性的铝合金经T6热处理（固溶处理480-490℃+水淬+人工时效120-130℃）后的屈服强度可达500MPa以上。近年来，随着热处理技术的进步，铝合金材料固熔+时效工艺得到了发展，衍生出一些高性能、绿色低碳的新技术。
1.多级固溶时效工艺：传统固溶时效处理难以兼顾铝合金的强度、塑性和耐蚀性等多方面性能。多级固溶时效工艺则通过分阶段处理来解决这一问题。首先进行低温固溶处理，将铝合金加热至480 - 500℃，保温1 - 2小时，使部分合金元素溶解并均匀分布，然后快速冷却淬火。接着进行第一次时效处理，在120 - 130℃下保温6 - 8小时，促使细小弥散的强化相析出，提高合金强度。随后进行第二次时效，升温至160 - 170℃，保温3 - 4小时，进一步调整强化相的尺寸和分布，在保证强度的同时，提高合金的塑性和韧性。通过这种多级处理，铝合金的综合性能得到显著提升，例如某航空用铝合金经此工艺处理后，抗拉强度达到450MPa以上，延伸率保持在12%左右，耐蚀性也明显增强。
2.形变热处理工艺
将塑性变形与热处理相结合的形变热处理工艺，能有效细化晶粒，提高铝合金的强度和疲劳性能。在固溶处理后，将铝合金加热至再结晶温度以下的合适温度（如对于7075铝合金，约为350 - 400℃），进行一定程度的塑性变形，如轧制、锻造或挤压，变形量控制在20% - 40%。变形过程中产生的位错等缺陷增加了原子扩散的驱动力，随后立即进行时效处理。位错作为溶质原子扩散的通道，加速强化相的析出，使强化相分布更加均匀细小，从而显著提高合金的强度和疲劳寿命。经形变热处理的铝合金，其疲劳寿命可比传统热处理工艺提高30% - 50% ，在汽车发动机零部件等对疲劳性能要求高的领域有重要应用。
3.感应加热技术
传统电阻炉加热速度慢、能耗高，且加热均匀性有限。感应加热技术则利用电磁感应原理，使铝合金在交变磁场中产生感应电流，从而快速发热升温。其加热速度极快，可在数秒内将铝合金加热到固溶温度，大大缩短了加热时间，提高了生产效率。同时，感应加热能实现局部加热，对于形状复杂的铝合金工件，可精确控制加热区域，减少能源浪费和工件变形。此外，由于加热速度快，能有效抑制晶粒长大，有利于获得细小均匀的晶粒组织，提高铝合金的性能。例如在铝合金管材的固溶处理中，采用感应加热技术，管材的内外壁温度均匀性控制在±5℃以内，力学性能波动小，产品质量稳定。
4.超声波辅助热处理技术
在铝合金热处理过程中引入超声波，能显著改善合金的组织和性能。超声波在铝合金中传播时，会产生机械振动、空化效应和热效应。机械振动可促使合金元素均匀扩散，减少成分偏析；空化效应产生的微小气泡在破裂瞬间释放出巨大能量，可细化晶粒，促进强化相的均匀析出；热效应则能在一定程度上加速原子扩散和相变过程。例如在时效处理时，施加频率为20 - 40kHz的超声波，铝合金中的强化相尺寸减小约30%，分布更加均匀，合金的硬度和强度提高15% - 20% ，同时塑性基本保持不变，在电子设备铝合金外壳等对综合性能要求高的产品制造中有良好应用前景。
2）铝合金热成形
固溶处理-成形-冷模内淬火(HFQ)技术是一种典型的针对可时效强化铝合金的热冲压技术。HFQ工艺是非等温成形过程，且冲压成形与淬火同步实现。成形时，先将板材加热到固溶温度并保温一段时间，然后将板料迅速移人通过水冷等方式保持室温的冷模具中，在短时间内成形、淬火并保压。这样的工艺过程可以保证铝合金板材的微观组织在淬火时迅速成为过饱和固溶体状态，降低材料硬度，降低板材冲压成形时的流动应力、提高板材的成形性，削弱了冲压成形回弹，并且降低了所需设备的吨位。对成形淬火后从模具中取出的铝合金零件进行后续人工时效，可以显著提高成形零件的强度。福特汽车早在2014年就利用HFQ技术热冲制成形7075铝合金B柱，其力学性能可达到变形前T6态铝合金板的力学性能；此外，阿斯顿马丁的DB11车型的A柱和路特斯Evora 400R车型的脚踏板也均为铝合金热成形件。2017年，AP&T公司成功交付了全球第一条基于HFQ技术的专用铝合金热成形生产线，可生产出质量更轻、强度更高、形状更复杂且尺寸稳定性更高的零部件。
（3）铝合金热处理质量控制
热处理技术的自动化和智能化也是近年来的重要进展。通过采用自动化生产线和智能控制系统，热处理过程可以更加精确地控制，减少了人为误差，提高了材料的一致性和重复性。完整的智能化控制系统主要由传感器、数据采集与传输模块、智能控制器和执行机构等组成。传感器实时采集热处理车间过程中的温度、压力、流量等关键参数，并将这些数据通过数据采集与传输模块传输到智能控制器中。智能控制器根据预设的工艺参数和控制算法，对采集到的数据进行分析和处理，然后向执行机构发出控制指令，实现对热处理过程的精准控制。智能热处理系统通过实时监测和调整热处理参数，提高了铝合金材料热处理效率和质量稳定性，也降低了能源消耗。
1）仪表控制系统与设备的质量控制
热处理工艺技术、仪表控制系统以及热处理设备，是决定铝合金热处理质量的主要因素。究其原因在于，热处理工艺技术的稳定性，取决于设备的稳定性，基于此，为了实现热处理质量的有效控制，应用智能化控制技术，课有效提高了铝合金热处理过程的稳定性和产品质量的一致性。通过对热处理过程的实时监控和精准控制，能够及时发现和解决生产过程中出现的问题，避免因人为因素导致的质量波动，具体监控内容如下：
第一，炉体的保温效果以及密封性能。其会对炉膛温度的均匀性造成严重的影响，既有可能会导致材料性能失稳，还可能由于二次处理而导致各类损失的出现，与此同时，因为炉门局部保温效果不高或者是密封不严，也会造成大量动力消耗的出现，从而大大增加了铝合金热处理的成本，降低了其经济效益。
第二，风机循环系统的状况。对于风机循环系统，其工作情况是否良好，在很大程度上影响着铝合金轮毂能否受热均匀，基于这样的原因，必须实时监控风机循环，若是发现风机循环系统的转速到达设定下限值之下，应发出报警提示，从而及时对风机循环系统的状况进行有效的检查，根据实际情况，来确定是要对三角带进行调整，还是要更换三角带。将炉内风循环量始终保持在合适的范围之内，从而可以确保处理性能均匀。
第三，加热系统的工作效率。因为在很大程度上受到仪表控温系统的影响。所以，控温仪表的参数、热电偶位置的设置情况，均会给炉膛温度的稳定性、加热时间产生非常大的影响。若想要实现对燃气热处理设备压缩空气流量、燃气流量的合理调整，就要先应用炉温跟踪仪，对炉膛温度曲线进行准确检测，并要根据检测结果，最终确定能够确保热处理工艺稳定性的压缩空气流量、燃气流量。只有做到这一点，才能将加热系统的作用有效发挥出来，同时还可以避免不必要能源消耗的出现，最为重要的一点是，能够降低连续热处理生产过程中产生的温度波动现象。
第四，热电偶以及仪表控制系统的工作状态。其状态是对温度波动情况的一种直接反映，基于这样的原因，应确保热电偶、仪表控制系统以及补偿导线之间实现了可靠性连接，同时，也要保证控温仪表参数与铝合金热处理标准相一致。此外，还要确保其具有切实有效的报警功能以及能够在进行加热的过程中自动进行温度调节。热电偶是牢牢固定在炉体上的，切忌热电偶发生松动，必须对热电偶扣罩端进行良好的密封。应杜绝保护管、偶芯之间产生的短路现象，严格控制热电偶在炉膛内部的插入深度，切忌让热电偶对料架、工件造成刮蹭，从而有效避免热电偶出现弯曲受损而导致的温度无法正常显示。
2）能耗管理
对热处理车间的成本消耗和设备效率进行统计和分析，根据车间实际生产情况，监测车间的电、水、气等能源消耗情况。系统对车间用电量、甲醇量、丙烷量等消耗品做详细的分析。在电力利用方面，计算了车间电力消耗的峰谷电利用率，为企业降本方面参考做了实质性的改善。在设备综合利用率方面，设备OEE图展示不同角度统计和计算了车间设备的装载量、工作时间、设备利用率，为后续作业的安排提供数据支撑，以实现车间资源的最大化利用。
3）安全环保管理
系统通过实时监控对车间环境数据(碳排放量、粉尘、烟雾、温度、有害气体等)，显示近段时间内的敏感气体变化曲线。一旦浓度达到预定阈值，系统会发出警告，实现了对车间环境的自动检测和报警功能，降低环境污染、预防车间事故以及消除安全隐患。
4）热处理工艺预测
基于已知数据，系统通过热处理仿真软件工艺设计、工艺优化、材料选型评估的计算，进而对热处理零部件的变形、硬度、残余应力、淬火的均匀性等进行预测，以合理地设计热处理前的加工余量，选择适合的热处理工艺和材料。
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