奧迪早在25年前就已經將鋁應用到汽車上，并且已成為積極追求鋁應用的一個客戶，尤其體現在其最近推出的限量版A8旗艦車型。現在該德國豪華汽車制造商正在拓展其高銷量A6和TT跑車上的鋁應用。Scheps稱，在未來五年，你將看到越來越多的高銷量大眾市場汽車會采用全鋁車身，且北美將會引領這一趨勢，但是他拒絕透露順應這一趨勢的車輛品牌。但是，福特于今年1月份宣稱，其將于2014年推出的下一代F系全尺寸皮卡將會采用鋁車身面板，因為該汽車制造商正在努力滿足日益嚴格的燃油經濟性標準。日產英菲尼迪豪華品牌在今年4月份的紐約汽車展上亮相了其EL電動概念汽車，并采用全鋁車身，且該車將會進行生產。
Scheps也是美國鋁業(yè)協會運輸集團的主席，其還表示，全鋁車身到目前為止還屬于細分車輛，這部分車輛的年銷量約為2萬輛。但是在未來五年內，這部分車型的交付量將達每年20萬輛。其預測，北美汽車行業(yè)在未來五年內將超過歐洲，成為鋁金屬的最大消費市場。一款采用全鋁車身的汽車可能最高可采用1,000磅(454千克)的鋁，包括輪轂、發(fā)動機和變速箱在內。歐洲生產地汽車所采用鋁的比例與美國大致相同，但是由于歐洲汽車在尺寸上較小一些，因此整體的鋁含量也會偏低。此外，亞洲汽車制造商也會加入這一陣容。本田和日產或將成為日本鋁應用的領導者，豐田可能會稍晚一些采用。
Scheps稱，中國生產的汽車想要迎來較大規(guī)模的鋁應用估計還要再等一段時間，并且會分為兩個階段進行：第一個階段將以國外在中國的合資企業(yè)為主;第二個階段或將在十年之后發(fā)生，主要包括當地的原始設備制造商。由于未來燃油經濟性和排量標準更為嚴格，汽車制造商為了滿足這些規(guī)定，最終都將大規(guī)模采用鋁產品，因為鋁應用可以幫助他們在不犧牲內飾空間和汽車性能的前提下，還能采用超高燃效且輕質的動力傳動系統(tǒng)。鋁行業(yè)正在提高產量以滿足日益增長的需求。例如美國鋁業(yè)最新宣布將為其位于愛荷華州達文波特的工廠投資3億美元，提高該廠的汽車鋁制品的產量。屆時該投資將新增150個工作崗位，且一旦該廠于明年擴張完成，將會有2,300名工人在這里工作。
美國鋁業(yè)正在沙特阿拉伯生產全世界最大且成本最低的完全集成的鋁復合物。此外，還有一個生產汽車車身板材的軋鋼廠，年產量可達10萬噸，該項目將與2014年上線。事實上，燃油經濟性并不是唯一一個讓汽車制造商希望使用更多鋁制品的原因，第二個主導因素就是鋁產品的抗腐蝕性和較強的碰撞性能。鋁可吸收的碰撞能量是鋼鐵的兩倍。隨著加速向鋁應用發(fā)展，汽車行業(yè)和鋁行業(yè)也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，需要對更多的技術人員進行培訓，讓他們更好地完成鋁的維修，但是Scheps認為這一點是完全可以實現的。
Scheps指出，一些高強度的鋼制品很難維修。該行業(yè)已經為歐洲的鋁產品更新了一本維修手冊。此外，對于鋁這種金屬的其他需求預計還將來自日益增長的電動車產業(yè)，因為這一產業(yè)“輕質”是必須的。與花在鋁上的開支相比，電池可謂非常昂貴，但是通過采用鋁，可以節(jié)省3美元。Scheps預計美國汽車制造商每磅鋼鐵的成本為0.30-0.50美元，而鋁每磅的成本為2美元，并且鋁復合物的成本價更是高達每磅10美元。雖然鋁的價格很昂貴，但是他相信與高強度的鋼鐵相比，鋁在未來仍然具有優(yōu)勢，因為僅采用高強度的鋼鐵很難降低車重。Scheps并不認為目前鋁成本較高會成為該金屬大規(guī)模使用的絆腳石，他表示，汽車購買者已經準備好將錢花在鋁上，這樣在汽油上的開支就會少很多。如果汽車的燃油經濟性達到54.5mpg(4.3 L/100 km)，消費者也是需要付出很多代價的。
汽車工藝與材料增加1km。若汽車自重減輕10燃油經濟性可提高約5.5。2鋁在汽車上的應用鋁在汽車上的應用可分為鋁合金和鋁基復合材料兩大部分。2.1鋁合金2.1.1汽車工業(yè)用鋁合金分類用于汽車上的鋁合金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金用于重力鑄造件、低壓鑄件和其它特種鑄造零件。變形鋁合金包括板材、箔材、擠壓材、鍛件等。汽車鋁鑄件主要用在發(fā)動機氣缸體、變速器、轉向機構、后橋、配氣機構、機油泵、水泵等殼體件及框架結構的車身骨架、車輪、制動泵和防抱系統(tǒng)零件。變形鋁合金主要用于空調系統(tǒng)零件換熱器、冷凝器等、壓縮機件、行駛部分零件、發(fā)動機冷卻系統(tǒng)散熱器件以及車身零件如車身構件的光滑配合段、尺寸鏈偏差補償器焊縫上的屏障墊、密封件夾和裝飾件等。2.1.2鋁合金在汽車上的應用2.1.2.1在汽車輪轂上的應用隨著A.B.S防抱死、制動裝置的安裝普及率的提高提出了減輕非懸掛件重量的要求從而加速鋁合金車輪的使用進程。目前國外鋁合金車輪的安裝率為30估計今年有些國家將達50以上。鋁合金車輪目前主要采用重力鑄造、低壓鑄造。隨輕量化的更高要求今后的發(fā)展趨勢是:a.向薄壁化、剛性優(yōu)良的壓力鑄造、擠壓鑄造法轉移b.用鋁板進行沖壓加工、旋壓加工做成整體車輪和兩部分組合車輪該工藝已用于實際生產中。如鮑許公司已用鋁板Al-MgSi1F31制造了分離車輪比鑄造車輪輕25成本也減少25。美國的森特萊因?9?9圖爾公司用分離旋壓法試制出整體板材6061車輪僅重4.3kg。且旋壓加工所需時間不到90s/個不需組裝具有和軋材同樣的強度和鑄件同樣的經濟性適合大批量生產市場前景廣闊。日本鋁輪轂生產企業(yè)為適應汽車輕量化的要求提出了生產厚度更薄、形狀更復雜、重量更輕及安全性更高的鋁輪轂。為滿足這些要求日本企業(yè)開發(fā)出惰性氣體的低壓鑄造技術“HIPAC-1”且此技術已引入生產線用于鋁輪轂的生產。該技術具有下述特點:a.惰性氣體氣氛的低壓鑄造法能改善熔體流動性消除氧化物及針孔缺陷提高合金強度b.使用“HIPAC-1”法適宜制輪轂通過降低模溫和流速來提高產品質量及減少鑄造飛邊c.采用“HIPAC-1”法可生產輕型輪轂d.因完成了吹Ar氣裝置特殊引鑄管可進行與高溫作業(yè)對應的無金屬絲網的生產。采用此法生產的鑄鋁輪轂比鋼質輪轂約輕30輪轂占整個車輪重量的70。車輪重量的減輕將減少燃料消耗增加有效負載。而且鋁輪轂散熱較好可延長車輪的疲勞壽命。1993年韓國鋁輪轂需求量急劇上升。當時乘用車的鋁輪轂安裝率為2030很快升為40鋁輪轂產量占世界第10位并與德國BBC公司簽訂了10年的技術合作協議。韓國共有6個輪轂廠均采用低壓鑄造法生產表2列出了此6個輪轂廠的產量。1991年我國西南鋁加工廠與日本輕金屬株式會社合作共同開發(fā)Φ571.5mm×190.5mm汽車鋁輪轂該鋁輪轂的材質為A6061表2韓國鋁輪轂廠年產量表廠家年產量三善工業(yè)100東亞80韓國輪轂廠70珠雷50韶烏爾車體50龍巖金屬30萬件—21—1997年第1期表3鋁輪轂模鍛工藝參數表4鋁輪轂件的熱處理工藝參數項目工藝參數模具溫度℃400開鍛溫度℃500540終鍛溫度℃450潤滑劑礦物油石墨潤滑方式手工涂刷模鍛力MN約85合金。其輪轂生產工藝流程為:鑄錠鑄造→均火→檢驗→中斷→車皮→加熱→鍛造→加熱→模鍛→蝕洗→熱處理→金相組織與性能檢驗→驗收交貨。該廠過去采用3萬噸水壓機模鍛方案。截至1993年共生產鋁輪轂600多件且輪轂形狀、尺寸、外觀和性能均滿足日本用戶的使用要求。但傳統(tǒng)生產工藝尚存在以下不足:a.生產效率低班產量1520件工人勞動強度大難以形成批量生產b.模芯分模、吊裝時散熱快終鍛溫度不易控制輪轂易產生粗晶對產品質量有一定影響。針對原工藝的不足經過一系列實驗和可行性研究開發(fā)了輪轂多向等溫模鍛技術。所謂等溫模鍛是指坯料在模腔內變形過程中模具溫度和終鍛溫度分別維持在能夠抑制晶粒長大的某一溫度之上的模鍛工藝。此已用于實際生產中。100MN水壓機多向等溫模鍛生產鋁輪轂與傳統(tǒng)工藝相比具有如下優(yōu)點。a.多向模具結構設計基本合理100MN水壓機垂直壓力和水平壓力均滿足模鍛輪轂鍛件所需的壓力要求。b.通過提高模鍛頻率來實現等溫模鍛是可行的可以省去模具加熱保溫裝置的投資。c.采用多向等溫模鍛可有效地抑制6061合金模鍛粗晶組織。表3、表4分別列出了鋁輪轂制造工藝參數。2.1.2.2在汽車車身中的應用車身占整車重量的比例很大降低車身的重量對整車輕量化非常有利。近年來為進一步適應汽車工業(yè)的要求日本在4000系的Al-Si合金、6000系Al-Mg-Si合金、7000系的Al-Mg-Zn合金、Al-Zn-Si-Mg-Cu系合金中加入微量的Cu、Ni、Mn、Cr、Zr等可提高強度及成型性的元素同時改進鑄造、軋制及熱處理工藝克服鋁合金材料本身加工成型時的不足。經調整后的合金板材不僅具有較高的強度而且有良好的成型性能。可作為汽車車身、車輪、油箱、鋁罐、機器蓋板、電機殼等材料。表5、6分別列出了日本用于車身的鋁合金性能和化學成分。項目工藝參數固熔溫度℃5405保溫時間min120空氣爐淬火水溫室溫轉移時間s≤25時效溫度℃180保溫時間h8表5日本車身用鋁合金板的力學性能合金系合金化學成分
