铸造铝合金技术在汽车中的应用

周贲征

摘要：铸造铝合金具有极强的耐腐蚀性和刚性，其重量轻、可塑性强，被广泛应用于航空航天和汽车等机械制造行业。近年来世界提出“汽车轻量化”概念，旨在通过降低车身的整体重量，来降低能耗，实现节能减排。本文将介绍铝合金的铸造技术在汽车制造业中的应用，通过对铝合金的加工和处理工艺，来对汽车未来的发展前景提出展望。

关键词：铝合金；铸造技术；汽车；应用

随着能源问题的越发严峻，节能减排、生态环保的理念随着社会经济的发展被提出。对于汽车制造业来说，节能减排的任务是艰巨的，因为汽车本身就是依靠石油等燃料作为动力，能耗高，排放出的废气多。为了更好地向前发展，必须突破瓶颈，寻找降低能耗的新技术、新材料和新工艺。

目前铝合金作为轻材料，以其抗腐蚀性、可塑性和强度获得汽车制造业的青睐，但铝合金的种类繁多，且铸造铝合金的技术比较复杂，需要我们在了解铝和铝合金的特性之后，采用合适的压铸技术和工艺，来生产出符合要求的零部件，为汽车的轻量化贡献力量。

1.铝及铝合金

汽车轻量化的提出，为汽车制造业的发展开辟出了新方向。通过减轻整体车身的重量，降低能耗，同时降低废气排放量。但降低车身重量的同时，还要保证汽车的质量以及使用寿命。

铝，密度2.70，属于轻金属，导电、导热的性能好，与氧气接触易氧化成稳定的氧化膜，具有极强的耐腐蚀性，其熔点低，流动性强，可塑性高，具备铸造的条件。

铝合金，是在铝中加入了一种元素或多种元素，构成合金金属。与纯铝相比较，铝合金的强度和硬度都要高出一截，有些铝合金可以做热处理，抗拉强度好。铝合金的特性与加入的元素、加工工艺有关，大体可以分为形变铝合金和铸造铝合金。其中铸造铝合金的种类很多，常见的类型主要包括Al-Si系、Al-Cu系、Al-Zn系、Al-Li系等，铝合金的种类不同，性能也就不同，要根据零部件的实际需要和工作条件选用合适的铝合金种类。

2.铝合金在汽车中的应用

2.1纯铝和形变铝合金的应用

汽车制造中，涉及到纯铝、形变铝合金和铸造铝合金。纯铝线材可以用作汽车电器上的电线、电缆，汽车车门、发动机罩、翼子板等可以应用防锈铝和硬铝，这两种都是形变铝合金，保险杠也可以用这种铝合金，作为缓冲体，能够很好地在追尾事故中吸收冲撞能量，满足汽车的安全性。

2.2铸造铝合金的应用

①发动机

发动机是汽车的“心脏”，必须具备较好的导热性能和耐腐蚀性，铝合金刚好符合要求，且与钢材相比，能够降低发动机的重量，被广泛应用于缸体、气缸盖等。在发动机中，还可以将铝铸件应用在活塞、活塞环合连杆等部位，好处在于可以在活塞往复运动时及时将产生的热量散出去，轻重量可以减少惯性，减轻曲轴配重，从而提高工作效率。

②底盘

底盘及其悬挂架系统采用铝合金，不仅能够减重，还可以起到很好的减振作用。离合器、变速器壳、车架车桥、转向器壳、制动器活塞等多个部件，都可以采用铸造铝合金。

③轮毂

对轮毂有研究的朋友们都会知道，在汽车的设计中，很多制造者为了突出个性，也会在轮毂上标刻特殊的花纹。且轮胎接触地面，在行驶过程中会摩擦产生极高的热量，轮毂的制造需要在能够支撑行驶的同时，能及时散发热量，防止爆胎引发交通事故，威胁到人们的生命财产安全。铸造铝合金具有可塑性和导热性，刚性和防腐蚀性也极强，是制造轮毂的最佳选择。

3.铸造铝合金的工艺

铸造铝合金需要复杂的模具和工艺，易受外界因素的影响，最常见的问题便是铸件内出现气孔和疏松问题，这些将直接影响铸造件的性能发挥。因此，为更好地铸造铝合金，需要对工艺不断探索改进，主要的方法有：

①真空压铸法

顾名思义，其实就是利用抽真空的方式来把压铸型空腔里面的空气抽出，在真空的环境下进行压铸工作。这样一来能够避免因空气进入造成的气孔，保证了铝合金铸件的力学性能。

②加氧压铸法

利用设备将压铸型空腔里面的空气排出，填充足够的氧气，待铝液填充时将氧气通过排气孔排出。铝液填充的过程中，会与氧气发生反应产生氧化铝颗粒，这样不但能够减少铸件里面的气孔，还能提升铸件强度。

③液态高压铸造法

当今社会计算机技术的出现让各行各业都发展起自动化技术，铸造铝合金也可以采用自动化技术。CAE技术在压铸中可以以软件为支撑，利用计算机辅助铝合金压铸工作，缩短压铸过程中的充型时间。在进行液态高压铸造时，极易受到边界条件的制约，可以利用计算机技术将边界条件进行综合规整与测评，最终得出精确的数据，进而不断对液态高压铸造技术进行优化。

4.铝合金处理技术

4.1半固态成形及热处理

这种处理工艺就是将非树枝状结晶的铝合金材料加热到固-液相间的形式，随后进行压铸、锻造、挤压和轧制让这种半固态的铝合金材料凝固成型。这种处理技术可以用作汽车的摇臂、转向节、拉杆、刹车油泵等部件，在发达国家已经得到了迅速发展。

4.2回归再时效处理

铝合金的回归再时效处理技术，是指再铝合金经过固溶和时效之后，再次加热到比时效更高的温度，再使其快速冷却，将材料的性能回到固溶状态，便可以再次进行时效处理。这种处理技术能够大大提高铝合金的强度和抗腐蚀能力。

4.3最终形变热处理

这种处理技术是在铝合金经过固溶、预时效、冷变形和终实效的一系列操作后，利用FTMT工艺使溶质原子的分布和状态发生变化，这样的一系列处理，能够使铝合金的性能比原本的固溶+时效下的铝合金铸造效果好出许多。且通过FTMT技术的处理，能够将铝合金的强度提高到20%以上。

5.铝合金在汽车上的应用前景

在几乎人人有车的大环境下，汽车制造业的竞争压力也越来越大。人们生活水平提高的同时，也让大家注意到了环境的保护。购买汽车时，人们主观上会选择舒适、安全、轻便、经济适用的款式，而客观上又要求节能、低污染，这些都需要材质和技术的支撑。

在材质方面，经过多年的试验，发现铝合金要比其他金属材质在强度、刚性、可塑性强，且其轻重量可以让汽车整体重量减轻，能够降低能耗，实现节能减排。镁合金也可以减轻车身整体重量，但其制造工艺复杂且价格较高，无法应用于汽车的批量性生产。铝合金重复利用的回收率高，可以将铝合金的市场价格稳定在可控范围。

在技术方面，铸造铝合金的技术越发成熟，不论是汽车发动机、车门、摇臂、刹车杆还是轮胎轮毂、车架车桥等，都可以依靠相应的技术来让铸造铝合金符合各个零部件的硬性需求。

相信在未来汽车的制造发展中，铝合金尤其是铸造铝合金，将成为长足发展中不可或缺的重要“角色”。

总结：

通过对铝合金在汽车制造中的应用分析，以及对铸造铝合金的工艺技术做简单介绍不难看出，在汽车制造业中，铝合金的铸造工艺直接决定着汽车零部件质量的好坏与寿命的长短。相信在未来，铝合金会被应用在越来越多的领域，新型铝合金材料也会在技术的研发下不断出现，推动经济发展。

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