過去20年里，汽車工業(yè)用鋁數(shù)量大幅度增長(zhǎng)。隨著汽車燃料的經(jīng)濟(jì)性不斷受重視，以及減少汽車二氧化碳排放量相關(guān)法律法規(guī)的不斷強(qiáng)化，鋁在汽車上的應(yīng)用極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>
鋁在用于汽車外殼和結(jié)構(gòu)時(shí)，車體車身減重幾乎接近50%，發(fā)動(dòng)機(jī)在不影響性能的前提下制造得小一些，把鋼結(jié)構(gòu)改為鋁車體，一般來講可以減少二氧化碳排放量約30%，這意味著每輛汽車在整個(gè)使用壽命期間能減少5噸的二氧化碳排放量。
未來汽車用鋁數(shù)量必將受到汽車輕量化和燃料效益改善的驅(qū)動(dòng)，從而保持持續(xù)增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)省能源、減少二氧化碳排放的戰(zhàn)略目標(biāo)。
輕量化與節(jié)能減排同步
在汽車部件上，發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器系統(tǒng)用鋁最多，主要是發(fā)動(dòng)機(jī)主體、汽缸頭和變速箱外殼;第二大用鋁部件是主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和車輪;而車體結(jié)構(gòu)和外殼在汽車上用鋁最少。但在北美洲，有超過20%的汽車采用了鋁合金車篷。最近寶馬公司采用了鋁鎂復(fù)合材料制造發(fā)動(dòng)機(jī)主體，這種方案的復(fù)合材料針對(duì)的是一個(gè)特定的部件或系統(tǒng)，把合適的材料用在合適的地方，這似乎也是未來汽車用鋁發(fā)展的一個(gè)方向。
汽車減輕重量，實(shí)現(xiàn)輕量化，可以提高燃料效率。汽車重量減輕10%，可以提高燃料效率8%;汽車重量每減輕10千克，則行駛1千米二氧化碳排放數(shù)量就減少了1克;把二氧化碳排放降低到每千米100克以下，汽車重量必須低于1噸。在保持汽車較好的結(jié)構(gòu)和安全參數(shù)狀況下，車體結(jié)構(gòu)采用鋁來替代鋼，是最有效的方法之一。
目前，北美洲每輛汽車平均用鋁148千克，有超過40種車型的汽車每輛用鋁至少達(dá)到181千克，雪佛蘭Camaro重量中有10%為鋁。過去10年里，歐洲商務(wù)汽車用鋁數(shù)量增長(zhǎng)超過1倍。2000年西歐汽車平均用鋁為102千克，其中發(fā)動(dòng)機(jī)部件為59千克，結(jié)構(gòu)件11千克，底盤部件6千克，車體車身為5千克，其他部件為21千克。而現(xiàn)代小型和中型汽車每輛車用鋁數(shù)量在50～200千克之間。正在開發(fā)的新一代車型采用了鋁合金新型部件，可以預(yù)測(cè)，在未來10年里，歐洲商務(wù)汽車用鋁數(shù)量還將翻番。
“雙管齊下”挑戰(zhàn)技術(shù)制高點(diǎn)
先進(jìn)的加工技術(shù)對(duì)于鋁在汽車上的應(yīng)用具有重大意義，精密砂型鑄造、低壓壓鑄、高壓壓鑄和超真空壓鑄對(duì)于未來鋁在汽車上的應(yīng)用舉足輕重。許多發(fā)動(dòng)機(jī)主體和發(fā)動(dòng)機(jī)頭部都采用低壓壓鑄技術(shù)加工制造，例如凱迪拉克CTS車型的發(fā)動(dòng)機(jī)座采用真空無冒口鑄造，但這一技術(shù)只能用于加工壁厚小于4mm的鋁鑄件。
板材成形技術(shù)目前也用于汽車用鋁部件的生產(chǎn)，但僅用于鋁車篷和型板的沖壓成形，與沖壓大多數(shù)車體和外殼的低碳鋼材料相比，具有較低的成形性。熱成形技術(shù)是在200℃～350℃溫度下沖壓板材，在此溫度范圍內(nèi)，5xxx系列鋁合金成形性明顯提高。預(yù)成形退火正在積極開發(fā)鋁汽車部件的大批量生產(chǎn)，可以使沖壓型板達(dá)到要求的深度并且沒有龜裂或斷裂。
此外，為改進(jìn)鋁電阻點(diǎn)焊工藝技術(shù)，目前正在開發(fā)使表面氧化層最少或消除表面氧化層的方法，已經(jīng)開發(fā)出除去表面氧化層的化學(xué)手段和機(jī)械手段，甚至可以局部采用電弧清理來改善鋁可焊接性。
管材液壓成形是采用加壓液體把簡(jiǎn)單幾何形狀的管材加工成相當(dāng)復(fù)雜的型材。液壓成形汽車部件取代安裝和焊接的沖壓部件，通?？梢詼p輕部件重量15%~20%;由于零部件數(shù)量減少，省去了邊縫焊接從而節(jié)省成本。例如別克的Lesabre車型采用了鋁合金液壓成形發(fā)動(dòng)機(jī)座，使發(fā)動(dòng)機(jī)座總零部件數(shù)量從40個(gè)下降到18個(gè)。世界上最大的鋁合金液壓成形件是4.8米長(zhǎng)的鋁合金框架軌道，用于雪佛蘭2006Corvette車型，這一軌道比同樣的鋼軌道減輕重量20%。其他鋁合金液壓成形部件包括車篷頂、支座、子系統(tǒng)和車體結(jié)構(gòu)。
最近日本本田汽車公司采用熱氣體成形技術(shù)加工鋁合金汽車前后支座，加工在510℃溫度下進(jìn)行，該產(chǎn)品用于本田2005AcuraRL車型。產(chǎn)品最大圓周膨脹率為90%，僅僅采用了標(biāo)準(zhǔn)液壓壓力約1%的壓力。采用熱油和液體的熱液壓成形技術(shù)已經(jīng)展示出其巨大優(yōu)勢(shì)，但尚存在一些技術(shù)難題需要克服。
總而言之，新的鋁汽車部件加工技術(shù)、連接技術(shù)和二次加工技術(shù)，可使工程廢料產(chǎn)生最少，對(duì)多工序沖壓件需求最少，強(qiáng)化成形性和加工安裝速度不斷改進(jìn)。在鋁汽車部件鑄造方面要求合金和工藝技術(shù)能夠產(chǎn)生高韌性、重量輕的部件，將推動(dòng)降低鑄件壁厚的加工工藝的發(fā)展，并提高鑄件的復(fù)雜程度，提高加工效率。
高成本制約汽車用鋁
對(duì)于任何汽車材料來講，成本都是非常重要的。盡管鋁擁有技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，但其高成本使鋁部件在汽車上的大批量應(yīng)用受到限制。鋁板成本是鋼板成本的4~5倍，因此，在采用鋁時(shí)就要考慮到，在每種材料應(yīng)用基礎(chǔ)上，省去加工工序或者減少零部件數(shù)量從而降低系統(tǒng)成本;或者獲得由于實(shí)現(xiàn)輕量化從而節(jié)省燃料實(shí)現(xiàn)的價(jià)值。
鋁合金鑄件可以和鋼鑄件相競(jìng)爭(zhēng)，是因?yàn)殇X鑄件在鑄造時(shí)流動(dòng)性改善可以鑄造更復(fù)雜的深壁部件，能夠減少零部件數(shù)量并能夠克服材料成本的內(nèi)在不利因素。鋁需要通過更多的最新加工和安裝技術(shù)才能和鋼的成形性相比，竭力降低把鋁錠加工成最終板材的加工成本是十分重要的。
生產(chǎn)鋁板成本的一個(gè)重要組成部分是熱機(jī)加工，熱機(jī)加工需要多道工序才能把DC鋁板錠軋制成最終板材。連續(xù)軋鑄工藝技術(shù)可以生產(chǎn)鋁板帶，然后直接進(jìn)行溫軋和冷卻，這為大幅度降低板材成本提供了機(jī)會(huì)，關(guān)鍵是控制中心線偏析、控制低倍組織來生產(chǎn)成形性最需要的最佳結(jié)構(gòu)、連續(xù)鑄軋多用于低強(qiáng)度 1xxx系列、3xxx系列和5xxx系列鋁合金生產(chǎn)，用于加工汽車結(jié)構(gòu)部件。采用低成本鑄造的鋁合金板帶加工有縫焊管是又一個(gè)降低汽車部件成本的機(jī)會(huì)。
再生鋁資源利用成“主流”
汽車鋁部件采用再生鋁可以降低成本，節(jié)省能源，并減少二氧化碳排放量。
據(jù)英國(guó)的商品研究機(jī)構(gòu)和海德魯鋁業(yè)集團(tuán)預(yù)測(cè)，全球廢鋁回收再生能力的年增長(zhǎng)率為5.8%，到2015年，全球廢鋁回收再生產(chǎn)量將達(dá)到2600萬噸。據(jù)估計(jì)，到2015年全球鋁總產(chǎn)量將達(dá)到7300萬噸，其中廢鋁回收再生產(chǎn)量占到鋁總產(chǎn)量的36%。
廢鋁回收和原鋁生產(chǎn)相比，節(jié)省能源可達(dá)95%，相當(dāng)于每年減少溫室氣體總排放量約8000萬噸。汽車廢鋁回收率較高可以達(dá)到95%，例如英國(guó)每年回收?qǐng)?bào)廢汽車約為200萬輛，回收包括鋁在內(nèi)金屬150萬噸。
建立廢鋁回收系統(tǒng)回收廢鋁也是降低成本的另一個(gè)因素。閉環(huán)回收對(duì)于廢鋁回收是最理想的形式，因?yàn)殇X板、大量工程鋁廢料都是在軋制廠以外的地方產(chǎn)生。在閉環(huán)回收里，特定產(chǎn)品應(yīng)用的廢料返回并經(jīng)過加工后，用于同一產(chǎn)品的加工?；厥諆H僅消費(fèi)了從鋁礬土到原鋁所需能源的6%，以及投資金額的10%。
例如美國(guó)福特汽車公司和加鋁就建立起了廢鋁閉環(huán)回收系統(tǒng)，公司下屬密執(zhí)安州迪爾本汽車沖壓件廠每年產(chǎn)生單一鋁合金6111廢鋁數(shù)量5900噸，直接送到加鋁在美國(guó)奧斯威格鋁加工廠重熔成新6111鋁合金錠板坯，再乳制成汽車用鋁板，僅此一項(xiàng)每年節(jié)省福特汽車公司開支250萬美元。
對(duì)于一輛75%采用再生鋁制造車體結(jié)構(gòu)的汽車而言，行駛4年或者行駛93294千米，在汽油價(jià)格為每升0.7美元的狀況下，足以彌補(bǔ)采用鋁代替鋼的成本。采用雙輥鑄壓工藝技術(shù)生產(chǎn)汽車鋁板，比傳統(tǒng)DC鑄造和熱軋加工的帶卷每噸節(jié)省成本30~100美元，在鋁價(jià)接近每噸1000美元時(shí)才具有競(jìng)爭(zhēng)力，鋼價(jià)只有每噸500美元，所以必須利用再生鋁軋制鋁板。再生鋁無疑是汽車用鋁的一大寶貴資源。
