变形铝合金在汽车轻量化中的应用及挑战

130011） （一汽解放汽车股份有限公司 商用车开发院，长春

摘要：通过节能减排战略提出汽车轻量化的重要性，重点介绍了铝合金在汽车轻量化中的应用优势及应用方向，并提出汽车铝合金轻量化所面临的材料积累不足、连接技术、涂装性能及冲压工艺技术挑战，为铝合金在未来汽车轻量化方面的推广应用提供参考。

关键词：汽车轻量化 铝合金 应用挑战中图分类号：U465.2+2 文献标识码：B 10.19710/J.cnki.1003-8817.20210392 DOI: Application and Challenge of Deformed Aluminum Alloys in Automotive Lightweight Huang Juan, Huang Bo, Qiao Xiaobing, He Mingxue, Xie Lianqing, Wang Xueshuang

（Commercial Vehicle Development Institute, FAW Jiefang Automotive Co., Ltd., Changchun 130011）

Abstract：this paper presented the importance of automobile lightweight through energy- saving and emission reduction strategies, focused on the application advantages and application directions of aluminum alloys in automobile lightweight, and proposed challenges facing automobile aluminum alloy lightweight including insufficient material accumulation, connection technologies, painting performance and stamping process technologies, providing reference for the popularization and application of aluminum alloys in automobile lightweight.

Key words: Automobile lightweight, Aluminum alloy, Application challenge

1量生活的追求，汽车逐渐在人们的生活中变得不可或缺。21前言随着我国经济的飞速发展以及人民对于高质世纪以来，国内汽车工业得到迅猛发年，汽车产

展，汽车产量及保有量不断增加，2019销量均升至全球第一。汽车工业的发展给经济带来增长、人民带来便利的同时，给能源及环境带来

的问题日益凸显。2021年，《中共中央、国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出要将节约能源放在首位，实行全面节约战略，持续降低能源消耗和碳排放，力争

作者简介：黄娟（1994—），女，工程师，硕士学位，研究方向为金属材料成形。

参考文献引用格式：

黄娟，黄波，乔小兵，等.变形铝合金在汽车轻量化中的应用及挑战[J].汽车工艺与材料, 2022（9）: 15-18.

HUANG J, HUANG B, QIAO X B, et al. Application and Challenge of Deformed Aluminum Alloys in Automotive Lightweight [J]. Automobile Tech⁃ nology & Material, 2022(9): 15-18. 2030年前二氧化碳排放达到峰值，2060年前实现碳中和，这使得汽车工业不得不聚焦如何提升能源利用效率、减少二氧化碳排放，而汽车轻量化设计是节能减排的有效措施。汽车轻量化可以通过3个方面综合应用来实现，分别是材料轻量化、结构轻量化和工艺轻量化。随着设计方法和制造工艺的不断改进与成熟，汽车轻量化正重点向着提高材料轻量化的使用方向发展。本文通过对铝合金在汽车轻量化应用中的优势及应用方向进行研究，提出目前铝合金在汽车轻量化应用中所面临的技术挑战，为未来汽车铝合金轻量化的研究提供参考。

2 铝合金在汽车轻量化中的应用优势

铝在地壳中储量非常丰富，因其质量轻，比强度高，良好的焊接性、耐蚀性、优异的加工成形性能及可回收再利用等优点，在汽车轻量化的生产制造中有着良好的应用前景。目前，中国单车用铝量与欧美相比差距较大，但随着汽车轻量化的发展，未来国内汽车用铝合金市场前景广阔。

2.1 有效减重、节能减排

1kg

根据美国铝业学会的报告，汽车中每使用

2.2 kg

的减重效果[1]，且服役期内将减

铝，可以获得

20 kg

少 尾气排放；铝合金在汽车中的使用带来轻量化效果外，又使得制动器等零部件实现减重，即产生二次轻量化，据美国铝业公司的研究，汽车

30%~40%，

典型零件用铝的一次轻量化效果可达

50%二次轻量化效果可提高至 [2]。此外，汽车的油耗与整车质量有着很大关系，而二氧化碳排放量与油耗呈正相关。大量数据表明，汽车质量每

1% 0.6%~1.0%

减轻 ，可节省燃料消耗 ；自重每降

100 kg 100 km 0.7 L

低 ，每行驶 可节约 的汽油消5 g/km；若整车质量降耗，二氧化碳排放可减少约10%，燃油效率可提高6%~8%，尾气排放将减少

低5%~6%；当汽车质量减轻50%，二氧化碳排放减少13%的同时，硫化物、氮化物等其他有害物质的排

放也会相应减少[3-4]。

2.2 行驶性能、安全性能提高

在汽车上使用铝合金能够减轻汽车质量，且其安全性能和行驶性能可以得到提高。据美国铝

25%的轻量化效

业协会研究，铝合金在汽车中实现

96.56 km/h

果，那么汽车加速到 的时间就能够缩短

4 s[5]。同时，铝合金的轻量化效果使得汽车动力传

动系统负荷降低，因此在较低的牵引负荷状态下，汽车就能得到同样甚至更好的行驶性能。此外，在同样设计要求条件下，铝合金不仅能有效减轻汽车自身质量，而且吸收碰撞的性能比钢材优异。当汽车发生碰撞时，与钢材相比，铝合金材料

50%～70%的冲

更容易形成褶皱和变形，会多吸收击力，从而在实现车身轻量化的同时提高了汽车

安全性[6]。另外，铝合金在汽车上使用通常会使得

汽车整体重心降低，汽车驾驶的舒适性及稳定性相应得到提高。

2.3装配效率高、易回收

铝合金整体车身只有部分需要点焊，焊点少，加工工序缩短，且不需要做防锈处理，因此可显著提高汽车的装配效率。此外，铝合金熔点低，在使用期间腐蚀率低且程度轻微，因此便于回收利用。由于生产零件采用再生铝耗能远低于原生铝所用能量，因此再生铝材料在未来汽车上的应用将得到提高。3 铝合金在汽车轻量化中的应用

汽车用铝合金可以分为变形铝合金和铸造铝合金两部分，铸造铝合金在汽车发动机、轮毂、变速器等部位广泛使用，变形铝合金主要应用在发动机罩、翼子板、顶盖、车门、后备箱盖、覆盖件等

1）。研究发现，汽车车身质量约占

汽车车身上（图

40%，因此降低汽车车身质量是整车轻量

总质量的

化的关键。变形铝合金可分为轧制材、挤压材及锻压材，

主要牌号为：2xxx 系、5xxx 6xxx 2xxx

系和 系，其中

6xxx系为可热处理合金。5xxx Al-mg

系和 系 合金

Mg

在 元素的作用下，板材晶粒尺寸越大其成形表

面质量越差，因此通常用于汽车内板；6xxx Almg-si

系

合金不仅具有良好的冲压性能，而且在烤漆

处理后能将强度提高，多用于汽车外覆盖件；2xxx Al-cu

系 合金在汽车车身上的应用较少，因为其耐蚀性差，且自然时效与烤漆强化效果难以协同。近年来，我国汽车企业关于铝合金车身板的

1）。东北轻合金有限公

研究和应用逐渐增多（表

5754

司首次采用 铝合金薄板批量冲压制成了车门内衬，且其成形率高、质量良好；长安汽车公司利