2022年4月7日 作者 Demo4 关闭

铝硅合金在汽车工业中的应用前景及研究现状

高强度铝合金

通过节能来减少环境污染意义重大。在汽车材料领域,除了依靠零部件的薄型化、中型化空和小型化来节能外,主要的方法就是轻量化材料,所以轻量化材料的研究是目前国际上汽车材料领域最活跃的研究方向之一。

目前轻量化材料主要使用各种高强度钢,可使汽车减重15%-20%。20世纪90年代以来,高比强度铝合金、镁合金和塑料在国外得到广泛应用,其中最重要的轻质材料是铝合金,它具有塑性好、比强度高、耐腐蚀性好、韧性好、加工成本低、使用寿命长等优点。每使用1公斤铝,汽车重量可减轻2.25公斤。

美国每辆车的铝合金重量从70年代的30公斤增加到90年代的90公斤。1996年,奥迪公司生产的全铝A8轿车采用铝合金挤压车架,重量减轻了35%,扭转刚度增加了50%。1997年生产出双座敞篷车和全Al车身双座车。宝马1996年生产的5系全铝汽车,车身、车架、桥壳、变速箱、双前桥全部采用铝合金,整体刚度提升80%。据德国铝工业估计,仅使用Al车身一年就能节省25000马克。

此外,本田、日产、克莱斯勒、宝马、奥迪都生产全铝发动机,采用热膨胀系数低、高温力学性能好、耐磨的过共晶铝合金活塞。气缸体、连杆和曲轴由压铸纤维增强和颗粒增强铝合金复合材料制成;阀体由铝-1%硅-0.5%镁合金制成。该合金在深冲过程中处于固溶体状态,具有良好的塑性。时效后,Mg2Si的析出提高了强度。此外,由管状铝制成的“空立体框架”减轻了40%的重量,仅增加了20%的成本,使汽车的总重量和燃油成本降低了10%以上。

通过改变合金结构来提高铝合金的强度,可以降低铝合金的成本,使其得到广泛应用。因为我们国家主要生产中低端车,这对于我们的汽车工业有着特殊的意义。

这种合金的重要特点是高强度、良好的耐蚀性和韧性。非晶和纳米晶高强铝合金通常采用粉末冶金制造(冷却速度为40k/s),在true 空或氢气的保护下,在过冷液态温度下压制成型。所制备的铝硅合金样品的致密度接近100%。例如al94v4 Fe2合金,其基体包含高密度晶界和过饱和的Fe和V..由于Fe阻碍晶粒生长,其结构为纳米晶+非晶。

在成形过程中,合金表面的氧化铝膜被压碎并弥散在合金中,因此合金具有缺陷强化、固溶强化和弥散强化等多种强化机制,而非晶结构有效提高了合金的韧性。合金的最高强度达到1390 MPa,其他合金也有类似的性能。这些合金的铝含量在85%和94%之间。铝含量越低,合金韧性越好,成本越高。因为上述合金需要在压力下成型,所以这些合金制成的零件应该具有更简单的形状。

目前用于汽车发动机连杆的材料主要是中碳钢和合金钢,其强度在600-1000mpa之间。如果高强度铝合金的强度达到700-900 MPa,铝合金的比强度是中碳钢的3倍,其重量仅为原重量的1/3,不仅可以提高发动机的工作效率,节约能源,而且由于连杆的减重,还可以降低发动机工作时的振动,从而提高发动机的使用寿命和可靠性。