【文章內(nèi)容簡介】 余地的原則； d) 充分利用開發(fā)區(qū)的基礎(chǔ)公輔設(shè)施。嚴(yán)格控制建設(shè)投資，精心設(shè)計(jì)，精打細(xì)算，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，切實(shí)做到既好又?。? e) 采取一切可行措施，降低生產(chǎn)成本，節(jié)省能源，降低原、燃料消耗； f) 貫徹執(zhí)行環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種污染源采取有效防治措施，并盡可能做到綜合利用，使其滿足國家和地方 規(guī)定的有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)； g) 嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)安全、工業(yè)衛(wèi)生和消防等的法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。 市場調(diào)查及預(yù)測 世界汽車鋁材產(chǎn)業(yè)的歷史沿革 在汽車材料中，鋁是鋼鐵的主要競爭材料；據(jù)調(diào)查在 2021年美國生產(chǎn)的每輛轎車中平均用鋁量達(dá)到 116kg，比 20 年前增加了 46%，而汽車自重平均下降了 20%。到 2021 年汽車鋁材的使用量已經(jīng)僅次于剛和鐵。全球約有 11%的鋼產(chǎn)量用于汽車工業(yè)， 2021 年的用量約為 億噸。鋁應(yīng)用于汽車上的產(chǎn)量比例是鋼的 2 倍，達(dá)到 22%，但按噸位計(jì)算，鋁的年用量僅約為 900萬噸，（即使考慮密 度的差異，也僅相當(dāng)于 260 萬噸鋼）。但是，各國鋁材工業(yè)的發(fā)展水平參差不齊，甚至十分懸殊。即使條件具備、發(fā)展較快的國家和地區(qū)劃，也因效益等諸多方面的考慮，不可能所有品種都大量生產(chǎn)而不顧及經(jīng)濟(jì)效益，汽車鋁材的國際貿(mào)易正是乘這種歷史潮流應(yīng)運(yùn)而生，不斷發(fā)展的。 表 11 鋁合金在汽車上的應(yīng)用歷程 時間 國家及地 區(qū) 車型 用途 1986 年（最早） 印度 汽車 曲軸箱 20 世紀(jì)初 歐美 福特 T 型車 鋁制車身 20 世紀(jì) 2030年代 歐洲 法拉利 360 等賽車 鋁制車身 20世紀(jì) 30年代起 歐美 汽車 車輪懸架和其他部件 1941 年 1954年 歐美 汽車 每輛車平均用鋁 12磅 1971 年 歐美 汽車 每輛車平均用鋁 77磅 2021 年 歐美 汽車 每 輛 車 平均 用 鋁 250 磅 2021 年 歐美 汽車 每 輛 車 平均 用 鋁268 磅 鋁具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、適合多種成型方法、較易再生利用等優(yōu)點(diǎn) ， 是汽車工業(yè)應(yīng)用較多的金屬材料 。 特別是能源、環(huán)境、安全等方面的原因使對汽車輕量化的要求越來越迫切 ， 使用輕量化材料是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑，而鋁是應(yīng)用得比較成熟的輕量化材料 。 近 20 年來 ， 鋁在汽車上的用量和在汽車材料構(gòu)成比中所占份額都有明顯的增加 。 由鋁合金制造的零件已經(jīng)遍及汽車的發(fā)動機(jī)、底盤、車身等各個部分，甚至在國外已有全鋁汽車面世鋁是輕量化首選材料，在高張力鋼板、鋁、塑料制成的輕量化材料中，鋁起 到 了特別重要的作用 。 用于汽車上的鋁合金大體上可分為鑄造鋁合金、變形鋁合金和鋁基復(fù)合材料 。 鑄造鋁合金在汽車上主要用于發(fā)動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動器、行走系及各種附件 。 在汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家，汽車用鋁鑄件占到各類鋁鑄件產(chǎn)量的大半。例如日本，鋁鑄件的 76%、壓鑄件的 77%為汽車鑄件。在美國和歐洲，保險(xiǎn)杠、油箱也將鋼板改用為鋁合金，保險(xiǎn) 杠用的新鋁合金也多次被開發(fā) 。 因此 ， 未來汽車的材料構(gòu)成比例中，歐美地區(qū)的鋁將成為主要材料，如在德國的試驗(yàn)車中，鋁合金使用率已達(dá)到全體材料的 30%。鋁的導(dǎo)熱性好，是制作制冷設(shè)備、散熱器、熱交換器的好材料?；钊褂娩X是輕量化效果最好的例子。 用鋁鑄造或壓鑄成型的活塞、氣缸蓋、氣缸體等零件 與 鑄鐵相 比，鋁的導(dǎo)熱性能約高三倍，因而最適于必須要散熱的熱交換 器零件上。這也是鋁 活 塞所要求的特征 。 由于鋁的熔化溫度低、流動性好，故易制造復(fù)雜形狀的零件 。 根據(jù)表面處理及使用條件，可直接作為軸承面使用，也可用于氣缸體 。 電器和無線電工業(yè) 根據(jù)鋁的導(dǎo)電性好這一特性，廣泛地用于制造電線、電容器、整流器、器配件、無線電器材等 。 此外，鋁線比較容易冷卻 ， 能相對地支持更大的電流，更具有經(jīng)濟(jì)性 。 機(jī)械制造業(yè)廣泛用鋁和鋁合金制造車輪、輪、離心機(jī)、通風(fēng)機(jī)、起重機(jī)及泵的零部件，活塞發(fā)動機(jī)氣缸等。這是因?yàn)殇X及其合金不但密度輕而且能達(dá)到要求的強(qiáng)度，從而能降低在運(yùn)轉(zhuǎn)中的量消耗或者在使用相同能量的條件下大大地提運(yùn)轉(zhuǎn)速度，同時也有可能延長機(jī)件的使用壽命。機(jī)器和機(jī)械的質(zhì)量和尺寸減小后使其適于 生 產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝和操作。鋁和鋁合金已成為制造機(jī)、汽車、船舶、拖拉機(jī)、機(jī)動車輛等不可缺 少的料 。 在日本，鋁鑄件、壓鑄件占汽車全部鋁用量 90%以上，而在美國，軋制鋁的用量比例很大，約 40%以上。此外還有鍛造鋁及其合金 。 鋁用量的 增 加主要是氣缸體、散熱器、車輪、保險(xiǎn)杠、車身外等零件鋁化傾向增強(qiáng)所致。 世界汽車鋁材在汽車主要零部件上的應(yīng)用 對于未來汽車，現(xiàn)在迫切需要研究的是環(huán)境污染、安全性和降低燃料消耗量的問題。與地球的溫室化、大氣污染相對應(yīng)得輕量化技術(shù)被提到相當(dāng)高的位置。鋁合金是促進(jìn)汽車輕量化最重要的材料之一，研究表明，汽車每使用 1kg 鋁，可降低自身質(zhì)量，減重效應(yīng)高達(dá) 125﹪ 。同 時在汽車整個使用壽命期內(nèi)，還可減少廢氣排放 20kg。即用鋁的減重和排放效果比為1::20。鋁合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵制造汽車，可使整車質(zhì)量減輕 30﹪ ～ 40﹪ ，制造發(fā)動機(jī)可減重 30﹪ ，制造缸體和缸蓋可減重30﹪ ～ 40﹪ 。鋁質(zhì)散熱器比相同的銅制品輕 20﹪ ～ 40﹪ ，轎車鋁車身比鋼材制品輕 40﹪ 以上，鋁合金代替鑄鐵和鋼材制品件有顯著的減重效果，汽車鋁合金車輪減重效果也是很明顯。汽車自重降低，能耗必然下降，使 CO CO、 NO2 等有害物質(zhì)排放減少，大幅度減輕汽車對空氣污染，改善人類生存環(huán)境，有極好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會效 應(yīng)。因此，鋁合金材料對促進(jìn)汽車輕量化、降低能源消耗和改善人類生存環(huán)境貢獻(xiàn)很大，使現(xiàn)代汽車用材料的方向。 另外鋁合金的回收率很高，目前國外可達(dá) 80﹪ 以上， 60﹪以上的汽車用鋁合金材料為再生鋁，回收生產(chǎn) 1t 鋁合金要比重新生產(chǎn) 1t 鋁合金少耗能 95﹪ ，可節(jié)約大量能源。用于汽車工業(yè)中加工鋁合金所需的工裝設(shè)備投資要比鋼、鐵少得多。同時，汽車鋁制車身框架以鋁擠壓型材為主，焊點(diǎn)少，減少了加工程序，提高了裝配效率，也減少了制造成本。 因而鋁材被大量應(yīng)用于多種汽車零部件的制造： （ 1）車身：汽車工業(yè)的精髓是汽車車身的制作，車身 制作幾乎占用汽車制造公司投資總額的 60﹪ 。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車車身質(zhì)量約占汽車總質(zhì)量的 30﹪ 左右，降低車身質(zhì)量對整車輕量化非常關(guān)鍵。今后車身制造用鋁合金材料增加將是汽車工業(yè)鋁合金發(fā)展的重點(diǎn)。 （ 2）車身板件：車身板件可用防銹鋁或硬鋁生產(chǎn)，諸如車門、行李箱及車身面 板、發(fā)動機(jī)罩、座位、車廂底板和翼 板等。車身板件尺寸大、形狀復(fù)雜，主要通過深沖和鼓凸兩種方法符合 成型，并以鼓凸成型為主。鋁合金車身板的結(jié)合采用焊接、粘結(jié)或兩者兼用的方式。目前，車身板用鋁合金主要為 AlMgSi系 ,AlCuMg 系 ,AlMg 系 , AlMgZn Cu 系。 （ 3）防沖擋 及 車門：從安全性的觀點(diǎn)來考慮，前后方向設(shè)置了防沖擋。側(cè)面方向設(shè)有加固梁車門，為了輕量化，近年來增加了鋁的用量。小轎車表面 以樹脂化為主流，輔助加強(qiáng)材料，采用鐵質(zhì)的剛性構(gòu)件、纖維復(fù)合樹脂和鋁制件等形式，因?yàn)殇X具有輕量化、再生性等特點(diǎn)，所以，全鋁化的趨勢越來越明顯。 （ 4）車身框架、保險(xiǎn)杠等：在車體結(jié)構(gòu)上，大多采用無骨架式結(jié)構(gòu)和空間框架式結(jié)構(gòu)。從設(shè)計(jì)的自由度、成本、輕量化、安全性的方面考慮，結(jié)合時代主張個性化發(fā)展的要求，空間框架式結(jié)構(gòu)將大有發(fā)展前途。這種結(jié)構(gòu)零部件數(shù)量少， 不許大型沖壓設(shè)備，使用于多品種小批量生產(chǎn)，可縮短成產(chǎn)周期降低成本。目前，汽車車身框架用鋁合金大多為 AlMgSi系和 Al Zn Si系鋁合金。 汽車保險(xiǎn)杠有用板材加工而成，也有用型材加工而成。鋁合金多用 AlMgSi 系鋁合金。通常用退火后板材或型材成型后再進(jìn)行熱處理，然后，再根據(jù)外觀需要對其進(jìn)行表面處理獲得最終的耐磨性和光亮度。 近年來隨著鋁合金記住的開發(fā)和應(yīng)用，固體泡沫鋁合金由于密度小，具有很高的吸收沖擊能的能力，耐高溫，防火性能強(qiáng)，易加工，可進(jìn)行表面涂裝處理的特點(diǎn)，因而作為一種新型的鋁合金材料而 被用于制造汽車保險(xiǎn)杠。 （ 5）輪轂：鋁合金輪轂最早出現(xiàn)在二十世紀(jì)二十年代的賽 車上，當(dāng)時采用沙型鑄造生產(chǎn)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，至今已開發(fā)了整體鑄造、鍛造、鋁板沖壓或旋轉(zhuǎn)加工、擠壓、半固態(tài)模鍛等制造工藝。材料可以用變形鋁合金，也可以用鑄造鋁合金。汽車采用鋁合金輪轂后減重效果明顯，輕車型使用鋁合金輪轂比傳統(tǒng)鋼制輪轂輕 30%～ 40﹪ 。另外，相同外經(jīng)尺寸的輪轂是用鋁合金輪轂抗壓強(qiáng)度還有所提高。 （ 6）鋁合金熱交換器：汽車熱交換器主要用來降低發(fā)動機(jī)的溫度和對車內(nèi)環(huán)境溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，它包括散熱器、內(nèi)冷卻器、油冷卻器、加熱 器芯部和空調(diào)冷凝器、蒸發(fā)器等。它要求材料有良好的焊接性能、成型性能、耐熱性能和高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱性等。美國 1967 年發(fā)明了無釬劑釬焊接術(shù)，解決了鋁的焊接難題。使得鋁合金的性能可以滿足這些要求，從而被廣泛應(yīng)用于鋁合金熱交換器。鋁合金散熱器比銅制散熱器耐腐蝕性強(qiáng)，使用壽命長，質(zhì)量比銅制散熱器輕 20%～ 30﹪ ，熱交換效率高 12﹪ ，而兩種材質(zhì)的加工費(fèi)用幾乎相當(dāng)，但前者的價格比后者低得多。 （ 7）發(fā)動機(jī)：發(fā)動機(jī)氣缸蓋、活塞、連桿、搖臂等零部件早已經(jīng)跟隨汽車工業(yè)的發(fā)展需要，用鋁合金材料替代了黑色金屬材料。一般情況下，發(fā)動 機(jī)約占整車種的 18﹪ ，發(fā)動機(jī)氣缸體占整個發(fā)動機(jī)重量的 25﹪ 左右，應(yīng)用鑄鋁氣缸體的汽車公司越來越多。 目前世界汽車行業(yè)應(yīng)用鋁材的概況 據(jù)有關(guān)資料預(yù)測：鐵基合金在汽車上的應(yīng)用將在同更輕質(zhì)的鋁合金競爭中明顯落于下風(fēng)。汽車上使用的鋁合金首推鑄造鋁合金、鍛造鋁合金和鋁合金沖壓件。今天汽車用鋁已經(jīng)站到了交通 工具制造業(yè)用鋁的 80%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了飛機(jī)制造業(yè)的需求。 但是目前每輛汽車上使用的鋁還是比較少的，如美國每輛汽車上所使用的鋁在 10%以下，而在俄羅斯這一比例僅為 %。這是因?yàn)殇X合金通常要比傳統(tǒng)鋼鐵貴 45 倍。但許多專家認(rèn)為：在未來幾年，車用鋁合金的需求量將逐步增加。汽車非承載元件的質(zhì)量將由此減少 2/3，承載元件的質(zhì)量將減少 1/3～ 1/2。（見表12 ） 表 12 近幾十年汽車鋁材的應(yīng)用范圍及使用量 年份 應(yīng)用范圍 單車使用量 （ kg） 19751980 活塞、缸套、缸蓋、油底殼、車輪、變速 器殼 33 19811985 加上散熱器、空調(diào) 43 19861990 加上變速器、水泵殼體、機(jī)油泵殼體、發(fā) 動機(jī)進(jìn)氣歧管 72 19911995 加上車輪懸架平衡臂、板簧支撐架、發(fā)動機(jī)支 撐架、前橋、燃油箱、儲氣管、凸輪軸支撐架、蓄電池箱 89 19962021 加上車門及其他車身元件、座椅、儀表板、轉(zhuǎn)向柱、安全氣囊支架、油門及離合器托架 94 20212021 加上車身空間框架 156 國際車用鋁合金大會專家所作出的預(yù)測也證實(shí)了這一點(diǎn)：到2021 年時，每輛轎車鋁合金的使用量將達(dá)到 200kg，也就是說將比2021 年增長 30％ 50％。 車用鋁合金產(chǎn)品可以分為鑄造鋁合金、鍛造鋁合金以及鋁合 金板材。 2021 年鑄造鋁合金的質(zhì)量占整車質(zhì)量的 4％，到 2021年時，這一比例已經(jīng)上升到了 8％。 鍛造鋁合金的這一比例由原來的 2％上升至 6％．而鋁合金板材由 ％上升到了 4％。 車用鋁合金的使用量逐年上升的趨勢，并不是近幾年才出現(xiàn)。早在上世紀(jì)七十年代初期，汽車活塞、缸套、缸蓋、減速器殼體以及變速器殼體就開始采用鋁合金制造。 比如， 4 缸發(fā)動機(jī)鋁合金缸蓋的質(zhì)量就比原來減輕了一半。在美國通用公司和福特公司 1990 年生產(chǎn)的轎車中，搭載安裝了這種新型缸蓋的發(fā)動機(jī)就占了 1/5。 1995 年這一比例更是上升至40％， 2021 年時增加到了 70％，而 2021