目前 ,使用铝合金代替钢铁是各国汽车制造商
收稿日期 :2000205211 ;修订日期 :2000207211 基金项目 :河南省重大攻关项目 ( 99301840) ; 河南省杰出青年
科学基金资助项目 作者简介 :关绍康 (1962 - ) ,男 ,郑州工业大学教授 ,博士
的主要减重措施 。达到同样的力学性能指标 ,铝比 钢轻 60 %。仅在汽车内外板上用铝合金来代替传 统钢板就可使整车减重大约 47 %。承受同样冲击 , 铝板比钢板多吸收冲击能 50 %。铝合金汽车也以 其节能降耗 ,利于环保 ,铝合金零部件回收率高 ,安 全舒适 ,工序减少 ,装配效率高 ,燃油效率高 ,相对载 重能力大等优点而倍受青睐 。表 1 为美 、日 、德三国 及全球轿车用铝量的变化 。 汽车车身是汽车中重量最大的部件 ,约占汽车 总重量的 30 %。所以汽车车身的铝合金化对减轻 汽车自重具有重要的意义 ,也是近几年来国外研究 的一个热点 。
关键词 : 汽车车身板 ; Al2Mg2Si 基合金 ; 研究现状
中图分类号 : U463. 82 + 1 ; T G146. 2 + 1 文献标识码 : A 文章编号 : 100023738 (2001) 0520012203
The Progress and Prospect of Research on Aluminium Alloys f or Auto Body Sheets
Key words : auto body sheets ; Al2Mg2Si based alloy ; current research status
1 引 言
世界汽车工业正面临越来越严峻的三大问题 : 能源 、环境 、安全 。因此 ,减轻汽车自重以降低能耗 、 减少污染 、提高效率成为各大汽车厂提高竞争力的 重要措施 。汽车自重每降低 100kg ,油耗就可减少 0. 7L/ km 。图 1 为车重与燃料效率的关系[1 ] 。
6000 系合金以其优良的综合性能而成为国内 外的研究焦点 。研究工作主要集中在三个方面 : 3. 1 对 Mg2Si 相析出过程及动力学的研究
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关绍康 ,等 :汽车铝合金车身板材的研究现状及发展趋势
Mg2 Si 相是 6000 系合金中的主强化相 ,它的大 小和形状对性能的影响极大 。其一般过程为 :α过 饱和固溶体 →GP 区 →β″相 →β′相 →β相[3 ] 。其中强 化效果最好的为β″相 ,其次为β′相 。还有人专门研 究了含过剩 Si 的 Mg2 Si 相析出动力学[4 ] 。6000 系 合金中抗拉强度对β″相与β′相的比率非常敏感[5 ] 。 3. 2 合金元素对 600 系合金组织和性能的影响
表 2 轿车车身铝合金的成形性能 Table 2 The shaping properties of aluminium
alloys for auto body sheet
合金
总伸长 均匀伸长 率δ, % 率δu , %
n值
2002 - T4 26. 0 20. 0 0. 25
2117 - T4 25. 0 20. 0 0. 25
图 2 喷漆退火后屈服应力变化模型[2 ] Fig. 2 The transformation model of yield strengt h
after painting
标 。可见钢的总延伸率δ最大 ,说明钢在拉伸过程 中变形最大 。而在一般情况下 ,冲压成形都在板材 的均匀变形范围内进行 ,故均匀伸长率δu 对冲压成 形性有重要的意义 。6000 系的均匀伸长率δu 最 大 ,说明 6000 系板材的极限变形程度最大 。5000 系的硬化指数 n 值最大 ,说明 5000 系板材的冲压性 能最好 。板厚方向系数γ则是钢的最大 。另外 ,杯 突值 m 和 180°弯曲半径 (0t) 都是钢的最大 。数据 表明 ,铝合金的冲压成形性能与钢相比 ,已基本上接 近钢的性能 ,甚至某些方面已超过钢材 ,因此可以代 替钢作为汽车车身板材 。而对于铝合金来说 ,2000 系抗蚀性 ,5000 系的勒德斯线和桔皮效应都不尽人 意 。所以 6000 系 Al2Mg2Si 铝合金受到了关注 。
2036 - T4 24. 0 20. 0 0. 23
2037 - T4 25. 0 20. 0 0. 24
2038 - T4 25. 0
-
0. 26
5182 - 0 26. 0 19. 0 0. 33
5182 - SSF 24. 0 19. 0 0. 31
X5082 - 0 30. 0 20. 0 0. 30
GUAN Shao2kang , YAO Bo , WANG Ying2xin ( Zhengzhou University of Technology , Zhengzhou 450002 , China)
Abstract : In recent years , wit h t he development of society and advancement of technology , aluminium and alu2
0. 70 1. 39
杯突值 180°弯曲 m 半径 R
9. 6
1t1t
9. 4
1t
-
1/ 2t
9. 9
2t
9. 7
2t
-
1t
9. 7 1/ 2t
9. 1
1t
8. 4 1/ 2t
-
-
11. 9
0t
注 : 1) t 为板材厚度 。
3 Al2Mg2Si 基合金板材的研究现状
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关绍康 ,等 :汽车铝合金车身板材的研究现状及发展趋势
图 1 车重与定速燃料效率的关系[1 ] Fig. 1 The relationship between weight and fuel efficiency
表 1 美 、日 、德轿车用铝量的变化 Table 1 The change of aluminium application in
6009 - T4 25. 0 20. 0 0. 23
6010 - T5 24. 0 19. 0 0. 22
6111 - T4 27. 5
-
-
6016 - T4 28. 1 深冲钢 42. 2
24. 6 20. 2
0. 26 0. 23
r值
0. 63 0. 59 0. 75 0. 70 0. 75 0. 80 0. 67 0. 66 0. 70 0. 70
minium alloys are used more and more widely. It becomes a trend t hat traditional steel sheets are replaced by aluminium sheets for auto body. The research progress , application status and development prospect of aluminium alloys for auto body sheets are summarized in t his paper. Among t he 2000 , 5000 and 6000 series aluminium alloys now studied , t he new style 6000 series Al2Mg2Si based alloy is specially introduced as a emphasis in future research. There are many advantages about it : proper strengt h and plasticity , good corrosion2resistance performance , easy2coloring and effect of painting strengt hen2 ing. Besides , some problems such as high cost and poor formation performance , which hold up t he application of alumini2 um alloys for auto body sheets , are listed. At last , several advices are presented to develop characteristic aluminium alloys of high properties for auto body sheets in China. For instance , t he stamping property should be improved by designing t he compostition and technology and t he relationship of stamping property , mechanical properties , composition and technology should be made clear , t he material composition and technology can be designed by using computer techniques such as arti2 ficial neural network and genetic algorit hm.
摘 要 : 综述了国内外汽车铝合金 2000 、5000 和 6000 系车身板的研究进程 、应用现状及发展前 景 ,指出了新型 Al2Mg2Si 基合金是今后汽车车身板研究应用的一个重点 ,它具有强度和塑性的良 好组合 ,耐蚀性优良 ,易着色等优点 ;此外 ,还列出了汽车铝合金车身板研究应用中存在的成本高 和成型性差等问题 ,提出了我国开发高性能且具有特色的汽车铝合金车身板材的研究方向 。