美国开发新型铝合金——普通汽车全铝化不再是梦

　　目前，汽车行业仍属于快速发展的时期，但却面临着环保和节能两种约束。所以，在这个以石化燃料为主的时代里，汽车的轻量化已是世界汽车发展的主要目标。对于汽车的轻量化，目前来看，可以分为三大主线，分别是车身轻量化、发动机轻量化、底盘轻量化，这三大主线的主要目的就是，保证性能的前提下通过使用更轻材料降低车重，从而实现节能环保之功能。

　　其实，最早出现的汽车是没有车身的，比如卡尔?奔驰和戈特利伯?戴姆勒发明的三轮和四轮汽车机车都是用马车改装的，并且多为木质结构。

　　戴姆勒四轮汽车直到20世纪，福特生产的T型厢式车出现之后，汽车才有了基本车身的造型，后来随着材料、冶炼、焊接、成型等技术的发展，汽车的设计和生产工艺也愈加成熟，但是人们发现，汽车的重量也越来越重，因为整个车身大部分材料都是由高强度钢拼接而成。

　　到了80年代，汽车车身的各分支技术朝着更系统深入的方向发展，在超高强度钢出现的同时，全铝车身等也开始出现。当然，这与20世纪70年代全球性的能源危机有着很大关系。彼时，汽车生产厂通过减少汽车整体质量、提升发动机效率、降低行驶阻力等方式改善燃油经济性。

　　铝合金的密度只有钢铁的1/3，这就有效的降低了汽车的整体质量。若汽车整车净质量降低10%，燃油效率可提高6%~8%；汽车整车质量每减少100kg，百公里油耗可降低0.3L~0.6L。

　　由于铝材具有密度低、比强度高、抗蚀性强、易塑性加工与成形、表面,处理性能好、资源丰富、价格适中、回收再生效益高等优点,在世界汽车向着轻量化、高速、节能、安全、低污染、多功能、低成本、坚固耐用与乘坐舒适的发展进程中,备受工业界的青睐,其用量越来越多。

　　但是，就现阶段而言，全铝车身结构的普及还需要一段时间，因为铝合金造车成本会很高。一是因为铝本身就比较贵，一些铝合金的价格甚至超过黄金，二是其生产工艺比较复杂，有很多的技术难点。也因此，全铝车身目前基本都是在豪华高端车辆上应用。

　　对车身铝合金薄板的性能要求是非常严格苛刻的，这也正是不能够大批量生产的原因。铝合金汽车车身薄板除有满足标准与规范的力学性能与抗腐蚀性能外，还应具备如下的性能：

　　1、良好的成形性：

　　车身及覆盖钣金件的成形加工是通过冲压成形的。因此，铝合金薄板应该有良好的成形性，即具有低的屈强比和高的成形极限(FLC，Forminglimitcurve)。

　　2、表面平整性强：

　　铝合金板必须有良好的翻边延性和成形以后表面色彩一致的性能，即成形的钣金件表面不出现罗平线(RopingLine)，即滑移线。罗平线是由于晶粒不均或者是夹杂物分布不均而造成的板材表面变形不均，使表面会在喷漆后光彩不一致。

　　3、良好的可焊性：

　　良好的可焊性能可以满足汽车构件在成形后连接在一起进行焊接加工的要求。板材应具有抗时效稳定性，以确保从板材出厂到冲压生产之前不发生时效，防止冲压加工时材料的屈服点升高，诱发吕德斯带(Lude’szone)而产生的表面变形不均匀和起皱，影响汽车外板的表面品质。

　　4、优良的烘烤硬化性：

　　汽车轻量化还要求板材具有高的烘烤硬化性，即在冲压变形和喷漆烘烤之后板材的屈服强度有明显的升高，从而保证冲压喷漆后的钣金件有高的抗凹性，并要求铝合金板材的喷漆烘烤工艺和目前钢板冲压件的相容。

　　5、良好的锆/钛盐化学转化处理性能：

　　ABS在涂覆润滑剂之前都要经过表面处理，形成一层锆/钛盐处理体系转化膜，为吸附润滑剂创造良好的基底。这种处理液是环保型的，不含铬，主要由含钛、锆的金属盐、氟化物、硝酸盐和有机添加剂组成，通过浸渍、喷淋方式在ABS上形成转化膜。膜层主要由锆/钛盐、铝的氧化物、铝的氟化物及锆钛的络合物等组成。该种表面处理工艺操作简单，所获得的膜层与有机聚合物有很强的结合力。

　　目前来看，能够生产新一代铝合金ABS（AutoBodySheet）的工艺并且满足上面诸多条件有三种：哈兹雷特法，美国铝业公司的Micro-Mill法与美国特殊合金公司的工艺，它们都于2015年诞生于美国。Micro-Mill法的商业化生产线建在美国铝业公司得克萨斯州圣安东尼奥轧制厂内，生产的ABS已经通过了汽车制造厂的试用与认证。

　　1.Micro-Mill法

　　此生产线可铸带坯宽度1727.2mm（68英寸）、带坯厚度2.3mm~5.1mm（0.09英寸~0.20英寸）、铸造速度61m/min~27.4m/min（200ft/min~90ft/min）、铸坯温度567℃（1050°F），热轧带经剪边后宽度1549.4mm~1701.8mm（61英寸~67英寸）、厚度0.457mm~3.81mm（0.018英寸~0.150英寸）。

　　美国铝业公司的小型轧机（Micromill）可以生产新一代汽车铝板带，所生产的汽车合金的成形性比现行铝合金的高40%以上，而强度性能则大30%，并且表面品质优秀，可满足汽车工业的苛刻要求。用所产板带材制造的零部件的成形性比高强度低合金钢的大一倍，而其质量却比钢的轻30%。半成品的加工时间大为缩短，因为与常规热轧工艺相比省掉5道工序：铸锭锯切头尾、均匀化退火（这是一道长时间的工序）、铣面、热轧前加热、热轧。因此，从铝合金熔体备好后到热轧成供冷轧用的带卷由20d缩短到20min。

　　美国铝业公司小型轧机生产的ABS从内部显微组织到表面品质都胜出传统铸锭热轧工艺生产的，特别是显微组织得到了极大的改善，晶粗细小，强化相弥散均匀分布，因而成形性能可与低合金软钢（mildsteel）试比高，更可喜的是可用与钢板通用的模具顺利地成形汽车的内外覆盖件。由于Micro-Mill板材力学性的全面提升，使覆盖件的抗凹性能得到相应的提高，同时汽车零部件的加工制造也变得轻易不少，成品率也有所上升，汽车厂也受益非浅。

　　小型轧机的占地面积（footprint）比传统轧机的小得多，仅相当于后者的1/4，因而其能耗也只有后者的1/2。Alcoa（美国铝业公司）Micromill技术在全世界不同国家与地区申请了130个专利，生产线的连续铸造机可随时更换合金，不必停机，因而具有高度的灵活与生产效率。

　　2.哈兹雷特法

　　哈兹雷特（Hazrlett）连铸连轧工艺的商业化生产已有50多年的历史，中国已引进2条1950mm生产线，一条在河南伊川电力集团，2011年投产，已进入达产阶段；另一条在内蒙霍林郭勒锦联材料有限公司，2015年投产。它们的主导产品都为铝箔轧制带坯与通用1XXX系、3XXX系合金板带材带坯。

　　此法所能生产的合金及产品已有不少介绍，关于铸造机的结构也有一些报道，在此不再赘言，在此需指出的是：它不是一种万能的工艺，有一些合金如高合金化的2XXX系合金（如2024）、7XXX系合金（如7075）、含Mg含量大于6%的5XXX系合金、铝-锂合金、铝-钪合金等还不能生产更不能批量生产。该法也不能生产厚度大于15mm的板材，因为它可铸带坯的最大厚度50mm，而通常铸造带坯的厚度≤20mm；据哈兹雷特公司高级技术人员，用此法可以铸造冷轧ABS用的带坯。

　　3.特殊合金公司

　　美国特殊合金公司据称从2013年开始策划建设一个ABS生产能力达600kt/a的企业，但是，在2015年9月份之后无任何更新消息，情况也不得而知。

　　在汽车材料将进入铝时代的当下，随着美国铝业公司的AlcoaMicromill的登堂入室，新一代ABS不但进入了批量生产，而且批量用于制造福特汽车公司的新版本F-150型皮卡车，其成形性能比传统ABS合金的大40%，强度性能比传统材料的高30%，零部件质量比钢制的轻30%，各项性能均全面优于低碳汽车钢板的一些。

　　这种新一代铝合金ABS的诞生有着里程碑意义，宣布汽车材料进入铝时代，铝将成为第二大汽车材料，在某些车型上，甚至有可能成为第一大材料，有着非凡的经济效益与社会效益。在这种严峻形势下，中国相关行业在也一直努力跟上这一次的变革浪潮。