目前，美國、日本、德國是汽車采用鋁合金最多的國家，如德國大眾AudiA8、A2，日本的NXS等車身用鋁合金量達80%。我國汽車除上海桑塔納、一汽奧迪和捷達(均為引進生產(chǎn)線)用鋁合金外，國產(chǎn)以紅旗較多，約80～100kg。有資料表明，用鋁合金結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)，可使汽車質(zhì)量減輕30%～40%，制造發(fā)動機可減輕30%，制造車輪可減輕50%。采用鋁合金是汽車輕量化及環(huán)保、節(jié)能、提速和運輸高效的重要途徑之一。因此，研究開發(fā)鋁合金汽車目前顯得十分必要。鋁合金的主要優(yōu)點是重量輕，散熱性好。隨著發(fā)動技術(shù)的發(fā)展，氣閥結(jié)構(gòu)成為發(fā)動機的主流設(shè)計趨勢。
與兩氣閥發(fā)動機相比，每缸四氣閥的氣缸蓋比每缸兩氣閥的氣缸蓋在工作時要產(chǎn)生更多的熱量，采用全鋁合金缸蓋是最好的解決辦法。目前，轎車發(fā)動機部件中不僅活塞、散熱器、油底殼缸體采用鋁合金材料，而且缸蓋、曲軸箱也采用這種材料。
在目前的形式下，在發(fā)動機上采用鋁合金替代鑄鐵已經(jīng)成為主流趨勢。法國汽車的鋁汽缸套已達100%，鋁汽缸體達45%。在未來幾年里，隨著高強度優(yōu)質(zhì)鋁合金材料的開發(fā)成功和制造工藝的不斷改進，鋁合金材料將愈來愈多的用來制造這一類零部件。汽車用鋁合金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金在汽車上的使用量最多，占80%以上，其中又分為重力鑄造件，低壓鑄造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。世界各國工業(yè)用鋁合金材料的品種構(gòu)成雖然有一定的差異，但大體是相同的。其品種構(gòu)成：鑄件占80%左右，鍛件占1%～3%，其余為加工材。美國汽車工業(yè)中變形鋁合金占較大比例，達36%。
一?鑄造鋁合金的應(yīng)用
鑄造鋁合金具有優(yōu)良的鑄造性能?？筛鶕?jù)使用目的、零件形狀、尺寸精度、數(shù)量、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、機械性能等各方面的要求和經(jīng)濟效益選擇適宜的合金和合適的鑄造方法。鑄造鋁合金主要用于鑄造發(fā)動機氣缸體、離合器殼體、后橋殼、轉(zhuǎn)向器殼體、變速器、配氣機構(gòu)、機油泵、水泵、搖臂蓋、車輪、發(fā)動機框架、制動鉗、油缸及制動盤等非發(fā)動機構(gòu)件。
1.1?發(fā)動機用鋁合金
汽車發(fā)動機用鋁合金(第二屆新基建+鋁加工與促進鋁應(yīng)用技術(shù)研討會)制造輕量化最為明顯，一般可減重30%以上，另外，發(fā)動機的氣缸體和缸蓋均要求材料的導(dǎo)熱性能好、抗腐蝕能力強，而鋁合金在這些方面具有非常突出的優(yōu)勢，因此各汽車制造廠紛紛進行發(fā)動機鋁材化的研制和開發(fā)。目前國外很多汽車公司均已采用了全鋁制的發(fā)動機氣缸體和氣缸蓋。如美國通用汽車公司已采用了全鋁氣缸套;法國汽車公司鋁氣缸套已達100%，鋁氣缸體達45%;日本日產(chǎn)公司VQ和豐田公司的凌志IMZ-FEV6均采用了鑄鋁發(fā)動機油底殼;克萊斯勒公司新V6發(fā)動機氣缸體和缸蓋都使用了鋁合金材料。
德國大眾先進的6.0L?W12發(fā)動機采用的基本上都是鋁鎂合金，奧迪A8L?6.0?quattro轎車上因采用W12發(fā)動機，整車重量隨之被降低到1980kg，低于所有其他車型。而W12引擎450馬力、560Nm的強勁動力，使其單位馬力需加速的重量僅為4.7kg，堪與高性能跑車相媲美。
北極星系列引擎是通用旗下除了LS引擎系列外最頂級的發(fā)動機，它是美國首款頂置凸輪軸的V8鋁合金的引擎。它的汽缸套由全鋁合金壓鑄而成。目前廣泛應(yīng)用于凱迪拉克上的4.6升發(fā)動機最大功率320馬力，最大扭矩427Nm。而應(yīng)用于高性能V系列的機械增壓款更可高達476馬力/606Nm。
1.2?輪轂用鋁合金
鋁輪轂因為質(zhì)輕、散熱性好，并具有良好的外觀，而逐漸取代了鋼輪轂。在過去的10年，全球鋁合金汽車輪轂以7.6%的年增長率增長，根據(jù)分析，到2010年時，汽車輪轂鋁化率可達72%～78%。A365是一種鑄造鋁合金，它具有良好的鑄造性能又具有高的綜合力學(xué)性能，世界各國的鑄造鋁合金輪轂都是此類合金生產(chǎn)的。我國西南鋁加工廠與日本輕金屬株式會合作開發(fā)了A6061鋁合金輪轂。?汽車廣泛應(yīng)用的鋁制輪轂是鋁合金在汽車上應(yīng)用的一個例子，幾乎所有的新車型都采用了鋁合金輪轂。
1.3??變形鋁合金的應(yīng)用
變形鋁合金在汽車上主要用于制造車門、行李箱等車身面板、保險杠、發(fā)動機罩、車輪的輪輻、輪轂罩、輪外飾罩、制動器總成的保護罩、消聲罩、防抱死制動系統(tǒng)、熱交換器、車身構(gòu)架、座位、車箱底板等結(jié)構(gòu)件以及儀表板等裝飾件。
1.3.1?車身板件用鋁合金
板材在轎車上的應(yīng)用比重不斷上升，如經(jīng)熱處理(如：T4、T6、T8)的6000系(AI-Mg-Si系)鋁合金板材，能夠很好的滿足汽車對殼體的要求，可用做車身框架材料。Audi?A8的車身鈑金件，即采用了本系合金鋁材。另外，2000系(AI-Cu-Mg系)、5000系(AI-Mg系)和7000系(AI-Mg-Zn-Cu系)鋁合金也可應(yīng)用于車身材料。近幾年，采用6000系和7000系高強度鋁合金開發(fā)了“口”、“日”、“目”、“田”字形狀的薄板和中空型材，不僅質(zhì)量輕、強度高、抗裂性能好，而且成型性能好，在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。
1.3.2?其它鋁合金結(jié)構(gòu)件
鋁合金也被廣泛應(yīng)用于汽車的其他部位，如：美國通用汽車公司用7021鋁板制造Smure轎車保險杠增強支架，福特公司用7021鋁板制造Lincoln?Town轎車保險杠增強支架。汽車懸掛件也應(yīng)用了鋁合金材料，有效減輕了相應(yīng)零部件的質(zhì)量，提高了汽車行駛的平順性、穩(wěn)定性，如用6061鍛件生產(chǎn)的盤式制動器卡爪、動力傳動框架等。此外，鋁合金也廣泛用于汽車空調(diào)系統(tǒng)，如日本用6595鋁合金做汽車散熱器和冰箱散熱器。
二?新型鋁合金在汽車上的應(yīng)用
2.1?快速凝固鋁合金
快速凝固條件下(冷速達104～109℃/S),材料將引起一些組織結(jié)構(gòu)上的新特征：超細化的微觀組織;提高合金的固溶度極限;成分的高度均勻、少偏析或無偏析;形成新的亞穩(wěn)相等。基于這些特征，快速凝固鋁合金必然會在汽車行業(yè)得到應(yīng)用。Sumitomo電器公司利用快速凝固PM?AI-Si-X高硅鋁合金代替燒結(jié)鋼，大批量制造汽車空調(diào)壓縮機轉(zhuǎn)子和葉片，使轉(zhuǎn)子重量減輕60%，整個壓縮機重量減輕40%;雅馬哈汽車制造公司生產(chǎn)的快速凝固高硅鋁合金活塞也投入市場，這種活塞與普通鑄鐵相比，重量減輕了20%，壽命提高了30%，而且顯著降低了噪音，減少污染;馬自達汽車公司利用噴射沉積Al-Si-Fe-Cu-Mg合金制造了一種新型發(fā)動機轉(zhuǎn)子，提高了發(fā)動機效率，能節(jié)油20%。
2.2?鋁基復(fù)合材料
以陶瓷纖維、晶須、微粒等為增強材料，生產(chǎn)鋁基復(fù)合材料，其比強度、比彈性模量、耐熱性、耐磨性等大幅度提高，可用做發(fā)動機零件，如用粉末冶金法研制成功的Al2O3或SiC顆粒(晶須)增強的Al-Si系合金活塞，在保留Al-Si合金活塞優(yōu)點的同時，可進一步改善活塞的強度、耐磨性、耐熱性和抗疲勞性能，用于汽車發(fā)動機上;此外，顆粒增強鋁基復(fù)合材料還可用于制造車輛發(fā)動機的汽缸體、活塞和連桿等部件。
2.3??泡沫鋁合金
泡沫鋁合金是一種在金屬基體中分布有無數(shù)氣泡的多孔材料，這種材料的質(zhì)量更輕、強重比更高，并具有高的吸能特性、高的阻尼特性和吸振特性。將泡沫鋁填充于兩個高強度外板之間制成的三明治板材，在用于車身頂蓋板時，可提高剛度、輕量化并改善保溫性能，用在保險杠、縱梁和一些支柱零件上時，可以增加撞擊吸能的能力，在輕量化的同時，提高了撞擊安全性。
三?鋁合金在汽車上的發(fā)展前景
在輕量化金屬中，鎂合金密度雖比鋁合金小，但鎂錠成本較高，且零件制造過程中還有許多技術(shù)障礙，如缺少高溫壓鑄合金和設(shè)計數(shù)據(jù)，表面處理技術(shù)粗劣，結(jié)合水平低等，所以目前在汽車上的使用量相當(dāng)有限;而航空航天用的鈦合金雖有高的機械強度，但制造工藝?yán)щy和制造成本昂貴，導(dǎo)致鈦合金無法大批量的應(yīng)用于汽車生產(chǎn)。鋁合金在成本、制造技術(shù)、機械性能、可持續(xù)發(fā)展(地殼中鋁含量最多，占8.1%)等方面綜合性能好，因此鋁合金是現(xiàn)在及將來汽車工業(yè)中的首選輕金屬材料（ 2022全國金屬材料分析測試與模擬計算線上報告會）。
從上表可知，汽車每使用1?kg鋁，可減輕自重2.25?kg，減重效應(yīng)高達125%，在汽車整個使用壽命周期內(nèi)可減少廢氣排放20?kg。此外，鋁回收簡便，是除鋼鐵以外能最大限度從上表可知，汽車每使用1?kg鋁，可減輕自重2.25?kg，減重效應(yīng)高達125%，在汽車整個使用壽命周期內(nèi)可減少廢氣排放20?kg。此外，鋁回收簡便，是除鋼鐵以外能最大限度回收利用的材料，幾乎90%的汽車用鋁可以回收并循環(huán)利用。鋁具有良好的物理和化學(xué)性能，工業(yè)生產(chǎn)中的鑄、鍛、沖工藝均能適用，是可采用多種鑄造工藝制造零件的少數(shù)幾種金屬材料之一，最適于應(yīng)用廣泛的壓力鑄造工藝。但鋁合金的成本仍高于鋼鐵材料。回收利用的材料，幾乎90%的汽車用鋁可以回收并循環(huán)利用。鋁具有良好的物理和化學(xué)性能，工業(yè)生產(chǎn)中的鑄、鍛、沖工藝均能適用，是可采用多種鑄造工藝制造零件的少數(shù)幾種金屬材料之一，最適于應(yīng)用廣泛的壓力鑄造工藝。但鋁合金的成本仍高于鋼鐵材料。?車身的重量約為汽車總重量的30%，故車身的輕量化占有舉足輕重的地位。在汽車內(nèi)外板上用鋁合金板代替鋼板可使車身減重約40%-50%;如采用鋁合金覆蓋件整車減重10%-15%，可見采用鋁合金車身板的減重效果十分顯著。鋁合金在汽車輕量化應(yīng)用方面提供了很好的應(yīng)用基礎(chǔ)和市場前景，必然為鋁合金汽車覆蓋件的應(yīng)用帶來更大機遇。因此，用鋁合金板取代鋼板制造車身覆蓋件也是汽車輕量化的必然之路。?德國奧迪A8型高級轎車的整個車身均采用鋁材制造，框架采用立體框架式結(jié)構(gòu)，覆蓋件為鋁板沖壓而成。這種鋁車身與鋼車身相比，質(zhì)量減輕30-50%，油耗減低5-8%。
目前，我國汽車生產(chǎn)量繼美國、日本、德國之后，居世界第四位。而在汽車鋁化率方面，我國的技術(shù)還相對比較落后。當(dāng)前發(fā)達國家汽車上鋁材的使用已達138kg，鋁化率達12%，而我國汽車上鋁材的使用與國外差距很大，平均用鋁量僅為60kg，鋁化率不到5%。因此，我國汽車用鋁合金市場的發(fā)展前景非常廣闊。
四?鋁合金應(yīng)用的主要障礙
在汽車中擴大鋁合金的應(yīng)用將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但目前尚有以下亟待解決:
(1)鋁合金板材的性能尚需提高;?(2)建立汽車用鋁合金的數(shù)據(jù)庫;?(3)研發(fā)鋁合金零件的設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)計算方法、成形工藝的?; (4)計算機模擬以及焊接工藝方法;?(5)研究鋁合金材料的表面形態(tài)、油漆前的前處理、油漆后的防?;(6)腐效果等問題，積累數(shù)據(jù)為鋁合金應(yīng)用時工藝的制定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?;(7)維修市場對經(jīng)碰撞后的鋁合金結(jié)構(gòu)件和覆蓋件的復(fù)原、恢復(fù)原則以及開裂后的補焊等均缺乏經(jīng)驗和方法。
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