鋁合金在汽車領域的應用及高強韌鑄造鋁合金技術發(fā)展
一、鋁合金在汽車上的應用
目前，汽車車身、底盤、動力及傳動等系統(tǒng)中，應用的鋁制零部件已超600個，且各國/地區(qū)汽車用鋁量均呈快速增長態(tài)勢，其中北美與中國市場增長最為顯著。鋁在汽車中的應用場景集中于車身結構件、輪轂、車身覆蓋件、傳動系統(tǒng)及缸體缸蓋，且C級及以上車型的用鋁量遠高于A、B級車。
從汽車用鋁種類來看，鑄件用鋁占比最大，超過60%；鋁板材用量占比則逐年提升，在C級及以上車型中表現(xiàn)尤為明顯。
值得注意的是，國內汽車用鋁中鋁鑄件比例高于歐美地區(qū)：2018年國內汽車用鋁總量為380萬噸，其中鑄件占290萬噸；預計到2030年，汽車用鋁量將增至910萬噸。新能源汽車的發(fā)展不僅推動汽車用鋁量整體增加，還使鋁板材、擠壓材的應用比例顯著上升。
在底盤領域，鋁合金輕量化效果顯著，對車輛性能提升作用突出。不過，國內外底盤件鋁化率差異較大，國外鋁化率較高，國內則遠低于國外，僅在高檔自主品牌汽車及純電動轎車中有所應用，滲透率約為10%。具體到底盤零件，轉向節(jié)的鋁化滲透率最高；而副車架技術難度最高，存在成品率較低、尺寸精度待提升、焊接接頭性能及焊接變形控制水平不足等問題。未來，底盤結構件的發(fā)展將圍繞更輕量的零件結構設計、更高性能的材料開發(fā)、更高的生產效率及成品率展開。
二、高強韌鑄造鋁合金材料開發(fā)
當前，A356.2鋁合金采用傳統(tǒng)熔鑄工藝時，存在多項技術問題，難以滿足汽車關鍵部件的性能需求，具體如下：
1.?屈服強度未達設計標準，延伸率無法穩(wěn)定保持在9%及以上；
2.?共晶硅變質程度低，易形成粗大針片狀結構，嚴重影響合金力學性能，尤其是延伸率；
3.?α-Al未得到有效細化，呈現(xiàn)明顯樹枝晶形態(tài)，對合金強度和延伸率產生不利影響；
4.?熱處理后組織中的共晶硅呈蠕蟲狀，球化效果差，同時降低合金強度與延伸率。
三、高強韌鑄造鋁合金在轉向節(jié)上的應用
轉向節(jié)的作用及性能要求
轉向節(jié)是汽車轉向系統(tǒng)的核心結構件與受力部件，形狀復雜，主要功能包括支撐車體重量、承受轉向力矩及剎車時的制動力矩，工作環(huán)境惡劣，屬于關鍵安全部件。因此，其對組織性能、機械性能及外形尺寸的要求極為嚴格。
材料及成形工藝現(xiàn)狀
在鋁合金轉向節(jié)的生產中，鑄造工藝占據主導地位，應用占比約90%。
結構特點：需設置功能區(qū)，滿足與各連接件（如標準螺栓、球頭）的安裝需求；需符合干涉性要求，確保與周邊零件的最小間隙；需通過受力分析明確關鍵受力部位；同時要滿足低壓鑄造工藝要求，為后續(xù)質量檢查提供依據。
性能要求：核心需滿足靜強度、耐久性及安全性指標。
四、高強韌鑄造鋁合金在副車架上的應用
副車架的作用及性能要求
副車架是汽車底盤的重要結構件，用于連接懸架裝置與車身，可支撐車橋、懸掛總成及發(fā)動機、車軸，部分副車架還需承擔碰撞時的潰縮變形功能。副車架輕量化開發(fā)能有效降低“簧下質量”，進而提升能源效率、增加續(xù)航里程、改善乘車舒適性。通常，單件鋼制副車架重量為10-25kg，采用鋁合金材質后，可實現(xiàn)30%-50%的減重，輕量化效果顯著。
材料及成形工藝現(xiàn)狀
副車架的設計要求及結構特點
通用設計要求
性能要求：需滿足板塊靜強度、耐久性、安全性及NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）性能指標。
結構要求：與車體采用四點剛性安裝；預留轉向器、穩(wěn)定桿、控制臂、懸置的安裝位置；與周邊零件的間隙需符合總布置要求；根據碰撞防護及空間布置需求，設置潰縮結構。
鋁合金副車架三維模型
長安副車架的設計要求及結構特點
結構特點：與車體采用剛性連接；主體為“口”型結構，左前縱梁、右前縱梁、后梁采用低壓鑄造工藝制造，前橫梁采用擠壓鋁材質；設有前、后兩個懸置安裝支座；結合碰撞防護與空間布置，設計了潰縮結構。
鑄造后梁件結構特點：后梁鑄件采用低壓鑄造工藝，整體厚度約5mm，屬于大尺寸薄壁復雜零件；主體加強筋及腹板厚度為4.5-6mm，用于安裝的凸臺位置尺寸相對較厚。
結語
鋁合金憑借輕量化優(yōu)勢，在汽車尤其是新能源汽車領域的應用前景廣闊，從車身到底盤的多類關鍵部件，均展現(xiàn)出巨大的替代潛力與性能提升空間。然而，當前國內汽車用鋁仍面臨鋁化率低、高端材料工藝不成熟（如A356.2傳統(tǒng)熔鑄缺陷）、復雜零件（如副車架）生產難度大等問題。未來，隨著高強韌鑄造鋁合金材料開發(fā)的不斷突破，以及轉向節(jié)、副車架等關鍵部件設計與工藝的持續(xù)優(yōu)化，鋁合金將更廣泛、更高效地應用于汽車領域，為汽車輕量化、高性能化發(fā)展提供核心支撐，助力新能源汽車進一步提升續(xù)航與安全性能，推動汽車產業(yè)向更節(jié)能、更環(huán)保的方向升級。
