浅述铝合金零部件对汽车轻量化的影响

韦增磊

（安伟特机电设备（烟台）有限公司，山东 烟台 264000）

1 概述

目前，据公安部统计，截至2021年3月，全国机动车保有量达3.78亿辆，其中汽车2.87亿辆，在国民经济不断发展、产业结构政策引导、居民收入增加和消费结构升级等因素拉动下，我国汽车产业在未来几年内仍将保持10%～15%的增长态势，自汽车快速发展以来，汽车已经成为我们生活中不可缺少的一部分。当然，随着汽车的增多，它在给我们生活带来便利的同时，也产生了对应的社会问题以及环境问题。比如，汽车尾气排放污染，尾气中所含的一氧化碳、二氧化碳等温室气体，是造成全球气候变暖的一个重要因素，尾气中所含有的碳氢化物、氮氧化合物、铅化合物及颗粒物扩散到空气中会造成空气污染，直接影响人的身体健康。因此，汽车节能减排、降低尾气排放，是低碳时代汽车技术的未来主要发展方向。

2 汽车轻量化的必要性

由于环境保护和节能减排的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车产业发展的主要潮流。汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量。有关试验数据研究表明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%。汽车整车重量每减少100kg，百公里油耗可降低0.3～0.6L，二氧化碳排放可减少约5g/km，二氧化碳排放的减少，对经济的可持续发展起了重要作用。

汽车轻量化可以通过减轻车辆的重量来减少汽车的惯性，使汽车的运动状态更容易操纵改变，进而提升汽车的加速和制动性能，提高汽车行驶的平稳性，改进乘客乘坐的舒适性。近几年，随着新能源车技术的进步和发展，新能源电动汽车越来越多，根据有关实验数据，电动汽车整车重量若降低10kg，续驶里程可增加2.5km。新能源汽车的能耗会随着质量的减轻而减少，可以在一定程度上达到节省电力、燃料等的结果。

3 铝合金零部件优势

3.1 铝合金材料特性

铝的资源丰富，容易获得，价格合理，密度小，质量轻，铝的密度约为钢的1/3，是应用最广泛的轻量化材料，铝合金是材料工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车制造、化学等工业中已大量应用。铝合金塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导热性和抗蚀性，在工业上使用越来越广泛。

铝及铝合金很适合作金属基复合材料的基体，易与增强材料复合和进行第二次加工，这也是铝基复合材料得到快速发展的主要原因。

3.2 铝合金零部件在汽车产业中的产值

铝合金汽车零部件产业是汽车工业的基础和重要组成部分，随着汽车保有量越来越多，零部件产值比重不断提升，现在其产值占整个汽车总产值的70%以上，根据经济发展速度预测，其产值未来还会快速提高，趋势如图1所示（数据参考中国铸造协会）。

图1 铝合金零部件总产值趋势

3.3 铝合金零部件特点

铝合金汽车零部件回收再利用率高，因为铝合金熔点低，所以便于回炉熔炼回收，目前，铝合金的回收率在90%左右，根据其能耗对比，再生铝合金的能耗只有电解铝的3%～5%，因此，在生产制造环节可以节约大量的工业能耗。

根据铝合金材料特性，运用铸造新工艺和冲压新技术，铝合金零部件减少了汽车的整体框架焊点，只有25%左右的部件需要点焊连接，因而可大幅度提高汽车的装配效率，且铝合金材料无须防锈处理，提高生产效率。

4 铝合金零部件在汽车配件中的主要应用

4.1 汽车底盘

汽车底盘的轻量化对整车的性能起着举足轻重的作用，影响着汽车的操作稳定性和乘坐的舒适性。汽车底盘包括转向系统、悬架系统、制动系统和行驶系统，底盘轻量化性价比突出，对底盘实施轻量化，在油耗、操控等方面的收益远超同等程度其他零部件的轻量化。

4.2 汽车车身

对于汽车来说，轻量化的全铝合金车体可以展现出汽车更出色的操控性能。一般来说，在动力不变的情况下，越轻的车提速越快，也更有运动感，在弯道转弯时，汽车的侧倾也会减弱。而在同等强度下，越轻的车安全性越高，车身越重，惯性越强，出现事故后所承担的撞击力度就会越大，事故的后果就越严重。

4.3 发动机活塞

在活塞的制作材料上，现代的内燃机很多都是用的铝合金活塞。发动机活塞采用铝合金材质，是因为铝合金导热性好，热量不容易聚集，铝合金活塞重量轻，重量较小，其惯性也越小，铝质活塞的这种特点十分有利于减少热应力，延缓机油变质有利。为了使活塞有足够的强度和刚度，活塞材料普遍采用硅铝合金，目前，铝活塞很多都是使用含硅12%左右的共晶铝硅合金制造，并加入铜和镍，以保证活塞的热稳定性和高温下的机械性能。

4.4 发动机壳体

铝合金材料已经渗透到动力总成中的各个方面，如发动机缸体、缸盖、油底壳等，铝合金材质的缸体是近年逐渐流行起来，铝合金的缸体用途越来越广泛，铝合金缸体轻巧，导热性较好，冷却液的容量可增加，铝合金的传热速度要高于铸铁，因此，铝合金材质的缸体散热更快，但是，铝合金缸体耐磨性不足，需要安装缸套来提高发动机使用寿命，所以铝合金缸体一般使用在小型车辆上。

4.5 铝合金轮毂

铝合金轮毂，在现在家用小型汽车中被越来越多地使用，与钢质汽车轮毂相比，铝合金轮毂的优点比较明显，其密度小，约为钢的1/3，这意味着采用相同体积的铝合金轮毂将比钢质轮毂轻2/3，铝轮毂散热效果好，从而增强了制动性能，提高了轮胎和制动碟的使用寿命，有效保障了汽车的安全行驶。铝合金轮毂易于加工制作成型，并且经过耐腐蚀处理以及涂装着色后的铝合金轮毂色泽多样、精致美观。

5 铝合金零部件发展中遇到的问题及策略

5.1 铝合金零部件在汽车轻量化发展中遇到的问题

近年来，随着汽车轻量化产业的创新与进步，铝合金零部件不断推动汽车轻量化产业向前发展，铝合金零部件产业也得到了很大的发展，但是，在发展的过程中，也遇到了一些问题：

（1）近几年来我国汽车铝合金零部件制造业，虽然有所发展，但散、乱、差的局面尚未得到有效解决，整体产业规模小且分散，未形成强大的产业集群，缺乏统一管理和协调，缺少符合环保和节能要求的强制性法规和标准。（2）我国规模性较大的汽车产业大多数靠中外合资建设，自主品牌还没有真正做大做强，汽车零部件，特别是铝合金轻量化零部件引进的多，国产开发创新的少，形成了长期跟着别人走、总体落后的局面。（3）行业之间缺乏强大的组织协调和有效的沟通，未能形成像福特汽车与美铝公司，奥迪汽车与海德鲁铝业那样的紧密合作关系，虽然在2003年成立了“汽车轻量化技术创新战略联盟”，但有效职能还没有充分发挥出来。

5.2 铝合金零部件产业发展的建议

未来，为促进铝合金零部件产业持续高效发展，加快汽车轻量化进程，可以采取以下建议和措施：（1）加强政府统一管理与行业组织的有效协调，采取必要的行政手段，加强经济调控措施和政府资金支持政策，成立专门机构，推进汽车轻量化产业快速发展，为我国汽车行业的环境保护、节能减排，尤其是新能源汽车的开发和推广创造有利条件。（2）坚持走专业化集中生产的道路，利用国内现有工业铝和汽车铝合金零部件生产平台，建立具有国际影响的规模化的汽车铝合金轻量化产业，合理利用和调配有限的资源，发展铝合金先进技术、新材料和新工艺技术，这是世界汽车产业发达国家发展铝合金轻量化的成功道路，也应该是我国汽车轻量化产业发展的有效途径。（3）政府建立汽车行业节能减排和环境保护与轻量化产业的杠杆调控机制，制定汽车产业轻量化发展的行业标准和法律法规，推行零部件产品系列化、标准化和通用化，力求使政策法规与行业标准统一规划，有效实施。（4）积极开展国际合作，引进汽车轻量化新产品、新材料、新技术和新工艺，并在此基础上消化、吸收和再创新，不断提高汽车铝合金和轻量化技术水平，以满足现代汽车工业的发展需要。