材料工程新技术新工艺课程论文--《铝合金汽车板应用及其生产、消费和研发现状》

材料工程新技术新工艺材料工程新技术新工艺 课程论文课程论文 铝合金汽车板应用及其生产 消费和研发现状铝合金汽车板应用及其生产 消费和研发现状 专业 材料成型 班级 型 102 班 姓名 金杰灵 学号 109024445 1 目 录 1 引言 2 2 铝合金汽车板应用现状 3 2 1 国外 3 2 2 国内 3 3 车身铝板合金应用情况 3 4 铝合金汽车板生产现状 4 4 1 国外生产及消费现状 4 4 2 国内研发及生产现状 5 5 铝合金汽车板研发的主要内容 5 6 铝合金汽车板发展存在的问题与建议 6 6 1 存在问题 6 6 2 发展建议 7 7 结论 7 2 铝合金汽车板应用及其生产 消费和研发现状铝合金汽车板应用及其生产 消费和研发现状 摘摘 要 要 综述了国内外铝合金汽车板在汽车上的应用现状 合金应用情况 并对国内外铝合金汽车板的生产及消费现状进行了阐述 同时介绍了铝合金汽 车板的重点研发内容 还指出了我国铝合金汽车板发展存在的问题并提出了相 应的建议 最后指出铝合金板材在汽车上的应用将会越来越多 汽车铝板材的 市场前景非常广阔 关键词 关键词 铝合金 汽车板 应用 生产及消费现状 研发 1 引引 言言 在世界汽车工业日益重视节能 环保的迫切形势下 减轻汽车自重以降低 能耗 减少废气排放和提高效率已成为各大汽车企业提高竞争力的重要方向 使用铝合金代替钢铁材料则是各国汽车制造商采用的主要减重手段之一 汽车 质量每减轻 1 可节省燃料消耗 0 6 1 0 如果每辆轿车减重 100kg 那 么行驶 100km 可减少油耗 0 48L 1 其明显的减重节能效益使汽车铝材的用量 与日俱增 铝合金板主要应用于汽车的发动机罩 挡泥板 车门 车顶及行李 箱盖等部件 国内外的研究表明 6000 系可热处理铝合金是变形铝合金汽车板的合适材 料 美国铝业公司 加拿大铝业公司及神户钢铁公司都进行了 6000 系和 5000 系变形铝合金汽车板的生产和应用研究 并已批量生产和应用 6000 系铝合金 汽车板主要应用于汽车外覆盖件 如发动机罩盖 与钢制零件相比可减重 50 同时 铝合金的导热性好 可以有效保证发动机的散热 并且在满足汽 车碰撞对行人的保护方面也发挥了重要作用 目前国际上采用较多的铝合金汽 车板型号有 AA6016 AA6022 AA6111 AA6005 AA6009 和 AA6010 AA5182 AA5754 和 AA5052 等 如 Audi A8 轿车采用 6016 合金板 作车身板 Acura NSX 轿车使用 5052 合金板作为内部面板和 6000 系作为外部 面板 Jaguar XJ220 和 GM EVl 轿车采用 5754 合金作为车身覆盖件材料 2 国内近几年对变形铝合金汽车板进行了较多应用研究 在大量研究基础上 系统而全面地提出了对铝合金汽车板的七种性能要求 从应用的角度确定了研 发铝合金汽车板首先应解决成形性问题 再通过预处理工艺解决其七个方面性 3 能的合理匹配 并认真研究了国外铝合金烘烤硬化和抗凹痕性的测试方法 初 步成果也用于徐州财发集团开发的铝合金汽车板上 取得了良好的效果 同时 和西南铝业合作 承担了国家 863 项目 开发出相关产品 通过成形模拟 成功冲压出奇瑞新车型的铝合金发动机罩 为其实际应用奠定了基础 目前国 内标致 307 206 以及北京大切诺基 长安 CVLL 混合动力车以及一些军车上 都在应用铝合金汽车板 今后将有更多的车型应用铝合金板材 2 铝合金汽车板应用现状铝合金汽车板应用现状 汽车车身约占汽车总重的 30 其覆盖件使用材料主要是钢板 如果用铝 合金来代替传统钢板 可使白车身减重约 40 50 进而使整车减重 10 左 右 2 1 国国 外外 2000 年 世界汽车的平均自身质量为 1225kg 其中铝材用量占 16 5 到 2010 年 世界汽车的平均自身质量已下降到 1100kg 其中铝材用量增至 29 且有上升趋势 2000 年 日本单台汽车铝材用量为 270kg 占自重的 31 8 预计到 2015 年 美国 欧洲和日本等国家的单台汽车铝材用量可达 280kg 以上 最高可超过 350kg 可见 铝材在汽车上的大量应用是必然趋势 其中铝板的用量也会相应提高 目前 国外中高级轿车 如亨利 福特 Model T 型汽车 法拉利 360 赛车 奥迪 A2 和 A8 福特 Prodigy 及本田 Insight 等 均采用全铝车身 2 2 国国 内内 汽车车身板生产线技术含量高 工艺复杂 多年来国内铝加工企业一直在 研发铝合金板在汽车上的应用 如西南铝 东北轻合金和晟通等企业以小批量 供货给部分汽车 轿车厂 但国产轿车铝材质量与国外的差距较大 因此 国 产各类汽车用铝总体低于国外 尤其是轿车铝材用量差距较大 只有一些进口 车型使用外国进口汽车铝合金板材 目前 一汽奔腾系列 长安 CV11 吉利 NL 1 奇瑞 A5 东风客车 东 风商用车和宇通城市快巴 ZK6126HGE 等车型 已经使用铝合金覆盖件和铝合 金蒙皮 3 车身铝板合金应用情况车身铝板合金应用情况 4 汽车车身铝板合金主要有 3 个系列 分别为 2xxx 系 5xxx 系和 6xxx 系 典型牌号有 5052 5182 5754 6010 6016 和 6111 铝合金 乘用车用铝板厚 度多为 1 3mm 2xxx 系合金是可热处理强化合金 具有良好的成形性和较高的强度 但抗 蚀性差 烘烤硬化能力低 主要用于汽车内板 5xxx 系合金是非热处理强化合 金 铝板冲压成形后表面容易起皱 且延展性和弯曲能力也有所欠缺 多用于 内板 6xxx 系合金是可热处理强化合金 具有良好的成形性 烘烤硬化性 是 目前汽车板材的主要研究方向 3 国外在汽车内外板的铝合金应用方面有所不同 美国汽车面板多采用 5xxx 6xxx 及 7xxx 系铝合金 如 5083 5754 6010 6111 7072 和 7475 铝 合金等 日本对面板的成形性要求与钢材相同 故开发了 5022 和 5023 铝合金 并已广泛应用 对于外部面板材料 北美主要使用 6011 铝合金 预计今后会加 大 6022 铝合金的用量 而日本主要使用 6016 和 6022 铝合金 其中一部分为含 铜量高的 6011 铝合金 国内轿车车身外板主要采用 6016 6022 6111 6181 铝合金 内板采用 5754 5182 和 5052 铝合金 4 铝合金汽车板生产现状铝合金汽车板生产现状 4 1 国外生产及消费现状国外生产及消费现状 国外著名的汽车铝板生产商主要有美国铝业公司 爱励国际 力拓 加铝 公司 诺贝丽斯公司 海德鲁铝业公司 日本神户制钢真冈轧制厂和日本轻金 属公司 这些公司均成立了汽车铝板带中心 配置了汽车铝板带专用生产线 目前全球使用的轻型车身铝板大部分由诺贝丽斯公司 美国铝业公司和海德鲁 铝业公司生产 其余由日本一些公司及其他公司生产 当前世界最大的轿车铝合金薄板供应商诺贝丽斯公司 在 2007 年向欧洲汽 车工业供应薄板约 14 万 t 占整个市场的 70 左右 其生产的铝产品广泛应用 于埃沃奎越野车 奔驰 SL 系列 奥迪 R8 Q7SU 和 A6 等车 2008 年开始向 亚洲供应汽车铝板 2009 年 海德鲁铝业公司汽车铝板带的产量约 8 万 t 目前生产能力超过 12 万 t 年 除车身板外 还生产座椅 仪表 车门和车顶用铝板 例如 5 BMW 公司的薄覆盖件板 BMW5 系列车结构件 法国 Steimmel 车的挡热板 门及座位的加强件 此外 也向巴黎电动汽车制造商提供车身用铝板 在车身铝板消费方面 目前欧洲消费量已达 20 万 t 年 北美和亚洲约为 5 万 t 年 可见欧洲在汽车轻量化方面走在世界前列 预计到 2015 年 消费 量将达到 60 万 t 年 消费国家主要集中在美国 德国 日本 韩国 加拿大 和瑞士等发达国家 其中美国的消费比例最高 为 16 2 德国位居第二 为 10 5 日本和瑞士也均超过了 7 5 4 2 国内研发及生产现状国内研发及生产现状 近年来 我国在车身铝板方面进行了大量研究工作 并取得了可喜的成果 山东丛林集团与东风汽车有限公司于 2009 年共同开发出拥有自主知识产权 的首辆全铝半挂车 减重率高达 41 4 湖南晟通集团研发的 12m 半承载全铝 客车减重了 60 其重量仅为一辆普通钢制厢体车重的一半 另外 徐州财发 铝热传输有限公司与汽车工程研究院 中国矿业大学和东北大学等科研院校紧 密合作 跟踪国外铝合金板材加工技术发展的前沿和趋势 对铝合金成分分配 处理工艺 轧制过程等问题和综合性关键技术进行研究开发 批量生产了汽车 外覆盖件高性能铝合金板压制汽车引擎盖 西南铝于 2009 年底建成了国内首条 汽车板带生产线 目前在汽车铝板关键工艺研发方面又取得了一系列新进展 其生产的汽车铝板样品的物理 化学性能均达到了标准水平 预计最快可在 2014 年正式投产 目前 我国汽车铝板在建项目基本为外资或合资企业 如诺 贝丽斯公司已于 2012 年在常州建立了国内首家汽车铝板生产工厂 爱励国际已 于 2011 年与江苏镇江达成合作协议 在该市增加 2 亿美元投资建设汽车铝板带 项目 总体而言 我国汽车车身用铝板的技术与发达国家相差约 20 年 虽然国内 已建成汽车铝薄板专业生产线 但要成为具有国际市场竞争力的项目 能批量 向通用汽车公司 福特汽车公司 奔驰汽车公司和丰田汽车公司等提供汽车铝 薄板 还需要一定的时间 为了拉近与发达国家的距离 新材料 十二五 规 划 中将汽车用 6016 6022 和 6011 铝合金板列为新材料的关键产品 实现厚 度 0 7 2 0mm 宽幅 1600 2300mm 汽车铝板的产业化 6 5 铝合金汽车板研发的主要内容铝合金汽车板研发的主要内容 汽车用铝合金板 尤其是外板是铝合金板生产中的顶级产品 其研发应重 点解决抗时效稳定性 成形性 烘烤硬化性 翻边延性 油漆光鲜均匀性 抗 凹痕性和表面处理技术等这些既相互联系又相互矛盾性能的合理调配 以同时 满足铝合金汽车板的力学性能 工艺性能以及零部件的功能要求 其具体研发 过程 通过合金成分设计软件 完成汽车外覆盖件用铝合金板选择和确定 以 首先满足板材的成形性为依据 确定铁 锰 镁 硅 钛和锌等合金元素的含 量对板材不同性能的影响 以达到最佳的性价比及性能匹配 4 为此 尤其需 要关注以下关键生产工艺 1 热轧板组织的均匀化及细化处理技术 均匀化 加热工艺 保温时间 冷却速率的控制技术 始轧温度及压下量 终轧温度及 压下量 重点解决晶粒度 成形性和翻边延性的关系 达到强度和延性的合理 匹配 2 冷轧工艺控制及优化 道次控制 轧制压下量的控制 轧辊表面处 理和板材表面处理技术 以使板材达到合理的表面粗糙度 并为保证表面的涂 漆质量做准备 3 通过预处理技术使板材达到高成形性和抗时效稳定性 包 括板材固溶处理 淬火冷却方式及淬火速率控制技术 强化相形核过程的控制 技术 预时效等 达到成形性 抗时效稳定性和高烘烤硬化性的合理匹配和统 一 4 板材晶粒度和第二相细化和均匀性的控制技术 达到第二相均匀分布 应呈细棒状 长宽比为 2 5 平均长度不超过 10 m 平行于轧制方向的平均 晶粒度不超过 80 m 以保证翻边延性和拉延涂装后不出现罗平线 5 铝合金 汽车板成形性和抗凹痕性的评估方 法 冲压构件的抗凹痕性 刚度 行人保护 等性能检测 评价方法及表征参量的开发研究 5 6 铝合金汽车板发展存在的问题与建议铝合金汽车板发展存在的问题与建议 6 1 存在问题存在问题 1 汽车工业是国民经济的支柱产业 我国是世界汽车的产销大国 2011 年我国汽车产量为 1841 89 万辆 成为全球汽车生产第一大国 但汽车车身铝 板还不能大批量生产 由于其技术难度大 除了要满足标准与规范的力学性能 与抗腐蚀性能外 还应具备良好的成形性 表面平整性 良好的焊接性及烤漆 硬化性 目前我国已经拥有生产汽车车身板的现代化热轧 冷轧设备 但缺少 专业的精整 退火设备 因此国内车身铝板的产量极少 7 2 由于铝合金与钢的油漆烘烤硬化性能不同 目前大部分汽车制造企业 的油漆烘烤工艺是针对钢板设计的 6 因此需要采用二者兼容的工艺 3 汽车车身板的生产成本较大 据一些外贸公司资料显示 韩国诺贝丽 斯进口铝板价格在 3 6 万元 t 个别品种铝板价格更高 而钢板的价格为 0 8 万元 因此 铝合金汽车板在我国并没有大量应用 4 铝制汽车车身板的修复技术不同于钢制汽车 需要专业的人员与设备 且能够提供铝制车身修复服务的修理厂很少 增加了使用成本 6 2 发展建议发展建议 1 国外著名汽车铝板生产商均有自己的汽车产品中心 我国也需尽快组 建这样一个机构 一是开发汽车车身板用新型铝合金材料 降低铝材成本 二 是改进熔铸 均匀化处理等技术 提高表面平整性 抗凹性及烘烤硬化性 7 2 增加现代化水准的汽车用板生产线 包括高精度纯拉伸矫直设备 气 垫退火炉 涂层等关键设备 生产高质量的汽车铝板 3 铝材生产公司可与汽车企业联合 共同参与汽车铝制零部件的设计 影响铝合金汽车板大范围应用的一个主要因素是成本和价格 但是铝制汽车零 部件的成本构成和用量的关系研究表明 当一种车型的产量上升到一定数量后 其制造及装配成本将会大幅度下降 4 我国铝合金汽车板的开发与生产应用已得到国家的重视和支持 国内 相关单位的联合攻关已取得了一定的进展 但要解决汽车铝合金板生产和应用 中的诸多问题 尚有大量技术工作有待深入进行 应充分利用产 学 研 用 相结合的模式和优势 使我国汽车用铝合金板的生产取得新的进展 形成我国 的专有技术和创新成果 达到国际先进水平 今后的工作重点是扩大铝合金汽 车板在汽车中的应用 除了研制和生产性能良好的铝合金板外 还应该加强应 用技