蔣海燕：汽車(chē)用輕合金材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

由中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)、重慶兩江新區(qū)管理委員會(huì)聯(lián)合主辦的“2021中國(guó)汽車(chē)供應(yīng)鏈大會(huì)”在重慶舉辦，長(zhǎng)安汽車(chē)、地平線作為官方合作伙伴全力支持本次大會(huì)。本屆供應(yīng)鏈大會(huì)主題為“補(bǔ)短鑄長(zhǎng)、融合創(chuàng)新——構(gòu)建中國(guó)汽車(chē)供應(yīng)鏈新生態(tài)”，共同探討產(chǎn)業(yè)政策，交流分享技術(shù)，研判產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，展示創(chuàng)新成果，旨在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)國(guó)內(nèi)國(guó)際互動(dòng)，凝聚產(chǎn)業(yè)鏈條上下齊心，共謀產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展之路。其中，在10月16日上午舉辦的主題論壇“汽車(chē)材料新動(dòng)態(tài)”上，上海交通大學(xué)研究員、輕合金精密成型國(guó)家工程研究中心副主任蔣海燕發(fā)表精彩演講。以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)演講實(shí)錄：

尊敬的蔣院士，羅副秘書(shū)長(zhǎng)，各位與會(huì)代表大家上午好！我是來(lái)自上海交通大學(xué)的蔣海燕，我代表丁院士團(tuán)隊(duì)做“汽車(chē)用輕合金材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)”的報(bào)告。

首先我代表丁院士對(duì)新材料分會(huì)的成立表示熱烈的祝賀。接下來(lái)匯報(bào)輕合金材料，包括鋁合金和鎂合金。

一、研究背景

下面看一下背景情況，我國(guó)汽車(chē)年銷(xiāo)售量逐年遞增，最新的數(shù)據(jù)。2017年我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成2901.5萬(wàn)輛和2887.9萬(wàn)輛，連續(xù)9年居世界第一。

汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，使得能源與環(huán)境矛盾日益突出，輕量化戰(zhàn)略成為汽車(chē)行業(yè)研究熱點(diǎn)。輕量化是研究和解決環(huán)保問(wèn)題的必然選擇。

世界主流汽車(chē)廠的輕量化戰(zhàn)略，為鋁合金，鎂合金輕合金材料提供了契機(jī)。輕量化在這方面主要的思想：以鋁代鋼、以鎂代鋼，或者以鑄代鍛。以前比如壓鑄機(jī)的噸位不夠，很多尺寸大的零件是制造不出來(lái)的，隨著技術(shù)的進(jìn)步，從以前比較小的鋁合金零件，只能承受外觀件或者內(nèi)飾件的零件，都向承構(gòu)件轉(zhuǎn)變了。

汽車(chē)中有各大系統(tǒng)，目前在車(chē)身系統(tǒng)中的輕量化，用鋁合金、鎂合金的量還是最少的，所以車(chē)身采用鋁合金和鎂合金的量還是巨大的。車(chē)身工藝還是用鍛造或者沖壓工藝為主。

車(chē)身有一個(gè)典型的零件叫做減震塔，現(xiàn)在用的是一體壓鑄，目前在市面上比較成熟的像減震塔類(lèi)似的零件，都是采用比較成熟的牌號(hào)，比如說(shuō)-36合金，最先進(jìn)的工藝采用真空壓鑄然后是后續(xù)熱處理。這是目前現(xiàn)有的水平。

現(xiàn)有的工藝還存在一些缺陷，不完美的地方。比如說(shuō)采用真空壓鑄需要真空抽氣，它和壓鑄之間的協(xié)調(diào)、匹配還是不完美，這就造成成本的增加。另外后續(xù)的熱處理也會(huì)造成變形，特別是對(duì)大尺寸的零件來(lái)說(shuō)，變形量還是比較嚴(yán)重的，這是目前工藝和材料不足的地方。解決途徑：盡量讓材料簡(jiǎn)單化、工藝簡(jiǎn)單化，越簡(jiǎn)單越好。解決思路：是否能夠開(kāi)發(fā)不用熱處理的合金。

二、鋁合金

下面介紹一下上海交通大學(xué)在鋁合金方面做的一些成果。

1、高強(qiáng)韌自強(qiáng)化壓鑄鋁合金（JDA1）。不用熱處理，通過(guò)自然條件就可以強(qiáng)化。解決了普通的材料，在制造過(guò)程中還要抽真空，之后要熱處理的問(wèn)題，所以把這兩項(xiàng)都解決了。這種材料不需要熱處理，常規(guī)壓鑄之后自然時(shí)效。簡(jiǎn)單介紹一下它的機(jī)理，自然時(shí)效條件下3-4天達(dá)到穩(wěn)定。JDA1鋁合金有一個(gè)典型的運(yùn)用，在凱迪拉克上的運(yùn)用，為美國(guó)通用定制開(kāi)發(fā)的一款材料。這款材料現(xiàn)在也在美國(guó)通用的采購(gòu)目錄里面。JDA1號(hào)鋁合金我們也進(jìn)行了測(cè)試。1號(hào)鋁合金在正常載荷下，我們乘以1.2的系數(shù)沒(méi)有開(kāi)裂，我們?cè)俪艘?.2，一共乘了4次還是沒(méi)有開(kāi)裂，它的疲勞性能比現(xiàn)有材料的性能翻了一倍。另外某公司在電池箱側(cè)板上也進(jìn)行了運(yùn)用，體現(xiàn)大尺寸，不需要熱處理就解決了變形的問(wèn)題，這是一個(gè)例子。

2、高韌性非熱處理壓鑄鋁合金（JDA2a）。我們除了研發(fā)了1號(hào)鋁合金，還開(kāi)發(fā)了2號(hào)鋁合金，使用的對(duì)象不同，所以元素體系也不同。1號(hào)鋁合金是鋁硅性系，2號(hào)鋁合金是鋁鎂性系，是針對(duì)不同的產(chǎn)品來(lái)開(kāi)發(fā)的。2號(hào)鋁合金它的一些特點(diǎn)，特殊的處理使得晶粒更加細(xì)小。典型應(yīng)用：1、某車(chē)企汽車(chē)鋁合金減震塔。這種減震塔減重效果在30%以上。2、駕駛上的門(mén)鎖也是用2號(hào)鋁合金來(lái)做的，2號(hào)鋁合金B(yǎng)和2號(hào)鋁合金A有稍微的改型。3、副車(chē)架的應(yīng)用。這個(gè)項(xiàng)目在9月份已經(jīng)通過(guò)了科技部的驗(yàn)收。這里列出了1號(hào)鋁合金和2號(hào)鋁合金與常規(guī)材料的對(duì)比。我們不只是開(kāi)發(fā)了1、2號(hào)鋁合金，其實(shí)是開(kāi)發(fā)了二三十種鋁合金，只不過(guò)1、2號(hào)鋁合金成熟度比較高，應(yīng)用比較廣，能夠到市場(chǎng)上去發(fā)揮作用，我們還有3、4號(hào)鋁合金，目前成熟度也在六、七級(jí)，小批量的試制，后面這些現(xiàn)在還沒(méi)有成型，還沒(méi)有完全成熟，所以還沒(méi)有完全排上號(hào)，比如說(shuō)對(duì)高危性能要求比較高的鋁合金，高腐蝕性的場(chǎng)景我們也有相應(yīng)的排號(hào)。這是腳踏總成，這是制造過(guò)程中的一些模擬。

三、鎂合金

鎂合金比鋁合金還要輕，密度是1.8，在汽車(chē)上運(yùn)用主要是減重，是屬于比較輕的金屬材料。鎂合金還有一個(gè)特點(diǎn)它的吸振性比較好，電磁屏蔽、容易回收，它的阻力性比較好，資源比較豐富。我國(guó)鎂礦的資源占全球的大部分，國(guó)內(nèi)多，國(guó)外少，像稀土資源一樣。鎂合金有很多的應(yīng)用場(chǎng)合，這些地方都可以用鎂合金制造零件，但是為什么目前沒(méi)有這么多應(yīng)用呢，是因?yàn)殒V合金制造的附加成本比較高，最終的產(chǎn)品成本也是比較高，所以價(jià)格限制了使用，但是我們作為技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，我們會(huì)開(kāi)發(fā)新的工藝，開(kāi)發(fā)新的材料，努力降低它的成本，讓它達(dá)到鋁合金這樣的水平。實(shí)際上鋁合金和鎂合金錠在原材料方面都是差不多的。

這個(gè)是汽車(chē)上用到鎂合金的一些典型的零件，儀表盤(pán)，這些都是用壓鑄生產(chǎn)的，因?yàn)槠?chē)生產(chǎn)量比較大，只能用壓鑄工藝才能滿足大批量生產(chǎn)的需求。這是汽車(chē)上的座椅，實(shí)際上鎂合金的飛機(jī)和火車(chē)上的座椅已經(jīng)比較多了，汽車(chē)上還比較少，特別是德國(guó)大部分是用鎂合金做的。這是早期做的變速箱殼體，這是上汽大眾，在2008年上海工博會(huì)上展出了，這是鎂合金焊的新能源車(chē)。

鎂合金因?yàn)檩p，資源多，減重效果比較好，所以它未來(lái)肯定是有巨大潛力的金屬材料。現(xiàn)在由于價(jià)格等其他元素的問(wèn)題，還沒(méi)有廣泛的運(yùn)用，所以我們也希望有實(shí)力的企業(yè)在這方面加大投入，推動(dòng)鎂合金的發(fā)展。鎂合金除了在汽車(chē)上，實(shí)際上目前來(lái)說(shuō)在軍工方面運(yùn)用得比較多，我們交通大學(xué)在軍工上做了很多鎂合金的產(chǎn)品，實(shí)際上鋁合金的產(chǎn)品和鎂合金的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是一樣的，我們現(xiàn)在有幾款鎂合金，只不過(guò)沒(méi)有成熟的用在汽車(chē)領(lǐng)域，而是用在其他領(lǐng)域。

結(jié)束語(yǔ)：第一，汽車(chē)輕量化為輕質(zhì)材料的研發(fā)與應(yīng)用提供了強(qiáng)勁動(dòng)力。有需求我們才有研究的目標(biāo)，才有研究的動(dòng)力。

第二，國(guó)內(nèi)外對(duì)高強(qiáng)韌，和輕合金的開(kāi)發(fā)取得了很多的成果，后面的路還很長(zhǎng)。

第三，材料研發(fā)與應(yīng)用是一個(gè)“順性而為，持之以恒”的工作，不是一蹴而就的，所以大家對(duì)輕量化的合金要有一些耐心，更要有信心。

第四，新型鋁、鎂合金與工藝相結(jié)合，并展示了極大的應(yīng)用前景。所以一般材料和工藝要相匹配，材料開(kāi)發(fā)是一方面，工藝的改進(jìn)提高也是另外一方面，比如說(shuō)現(xiàn)在隨著壓鑄機(jī)噸位的不斷增加，做大型的壓鑄件成為了可能，以前是不敢想的，將來(lái)有一天一臺(tái)壓鑄機(jī)可以壓鑄一個(gè)車(chē)的整型，這也是有可能的，我的匯報(bào)就到這里，謝謝大家！