汽车压铸及铸造铝合金_李平

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2006 年及 表 2 北美、 欧盟、 日本 2002 年、 2009 年轻型汽车关键铝合金零件产量 ( 百万件) Tab． 2 Output of the key aluminum alloy parts used for light automobile in North America，European Union and Japan in the year of 2002 ， 2006 and 2009
DOI:10.13979/j.1007-7235.2011.12.001
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2011 ，Vol． 39 ，№12
汽车压铸及铸造铝合金
李
1 2 平， 王祝堂
( 1． 哈尔滨电力职业技术学院， 黑龙江 哈尔滨 150030 ; 2． 中国有色金属加工工业协会， 北京 10084 )
摘要: 介绍了汽车铝合金中压铸 、 铸造合金的比例， 变化趋势， 在某些国家地区的产量 。 详细介绍了日本和美国近些 中国和日本压铸、 铸造铝合金的化学成分 、 性能、 特点及应用， 各种铸造铝合金的热处 年来各类汽车铝材的发货量， 汽车用高强度铸造铝合金的特点， 典型汽车铸造铝产品的选材 、 生产与性能。 介绍了压力铸造、 金属型低压 理规范， 铸造、 科斯沃斯法、 气化模铸造工艺， 列出了低压铸造工艺生产的各类铸件特征 、 材料和工艺。 预测了汽车用铝的 前景。 关键词: 压铸铝合金; 铸造铝合金; 低压铸造; 金属型铸造; 科斯沃斯法 中图分类号: TG146. 21 文献标识码: B 文章编号: 1007 － 7235 ( 2011 ) 12 － 0001 － 19
Key words: die casting aluminum alloy; casting aluminum alloy; low pressure casting;
metal mold casting; Cosworth process
铝合金具有一系列的优异 性能与高 效 的 节 能 环 保效果， 在汽车与摩托车中的应用 越 来 越多， 在用材 结构中占的比例也逐年有所上升。 减轻 车的 自身质 量是扩大其 应用的 主要途径之一， 为 了 大幅 度 减轻
Abstract: The proportion of die casting and casting aluminum alloy used for automobile，
developing trend and output in certain countries has been introduced． The shipments of aluminum alloy products used for automobile in Japan and America in recent years have been introduced as well． The chemical composition，performance，characteristics and applications of die casting and casting aluminum alloy produced in China and Japan has been discussed． The heat treatment specifications of various casting aluminum alloy and the characteristics of high strength casting aluminum alloy for automobile using，and performance，selection and production of typical casting aluminum production for automobile have been listed． The pressure casting，low pressure die casting，Cosworth process，gasified pattern casting technology have been studied． The die casting technology，features，material and have been introduced． The application prospect of aluminum for automobile has been predicted．
车重， 需要对占 车 重 比例 大 的车 身 ( 约 30% ) 、 发动 ( 18% ) 、 ( 15% ) 、 机 约 传动系统 约 行走系( 约 16% ) 、 车轮( 约 15% ) 等钢铁零 件 采 用铝合金材料 替代。
收稿日期: 2010 － 12 － 10 第一作者简介: 李平( 1961 － ) ， 女， 吉林桦甸人， 副教授。
Die casting ＆ casting aluminum alloys for automobile
LI Ping1 ， Wang Zhutang2
( 1． Harbin Electric Power Vocational ＆ Technical school， Harbin 150030 ， China; 2． China Nonferrous Metal Industry Fabrication Association， Beijing 100814 ， China)
压铸件及铸件产量 Tab． 1 Output of die casting and casting aluminum alloys used for Japanese automobile from 2003 to 2008
年度 2003 2004 2005 2006 2007 2008 总计 铸件 / kt 384． 167 364． 738 381． 411 397． 322 399． 741 381． 675 2 309． 054 压铸件 / kt 733． 746 817． 033 897． 501 950． 417 957． 658 940． 611 5 296． 966 总计 / kt 1 117． 913 1 181． 771 1 278． 912 1 357． 399 1 357． 399 1 322． 286 7 606． 020 压铸件占比例 / % 65． 7 69． 2 70． 2 70． 6 70． 6 71． 2 69． 6
10． 4 15． 0 16． 8 1． 5 2． 0 0． 57
注: 材料来源: 日本铝业协会( JAA) 。
采用铝合金代替铸铁生产汽车 零 件的 历史最早 当 时欧洲少数 汽车 厂， 如 可追溯到 20 世纪 40 年 代， 意大利的 菲亚 特 公司研制 出铝合金 进 气 管 和气 缸 盖， 并开始少量生产。20 世纪 50 年 代， 澳 大 利亚引 进英国一公司的低压铸造 技术 生产汽车铝铸件。 与 此同时， 联邦德 国 公司 对 低压铸造 技术作 了 进 一 步 改进， 生产出 结构 复杂 的铝合金 零 件。 美国 通 用汽 车公司也开始大量生产轿 车铝铸件， 如空冷缸盖、 曲 轴箱、 发动机后盖 等。20 世纪 60 年 代以 后， 由于 高 以 铝合金 为主 的 轻 金属在汽车 压压铸技术 的发 展， 中的应用大大增加， 奠定 了 现 代 汽车工 业 广泛 采 用 铝铸件减轻汽车自重的 基础。 近 20 年来， 世界 汽车 工业铝铸件的应用在不断 增加， 据 统计， 全世界 铝铸 而在铝 件的总产量每年大约按 3% 以上的速度增长， 铸件的总产量中， 有 60% ～ 70% 的铝铸件应用 于 汽 车制造， 使得世界 铝铸件的生产和应用与汽车 制 造 业的发展产生了密切的联 系。汽车工 业 中铝铸件应 用的发展又以日本的最 为 突 出。 在 20 世纪 70 年 代 初， 日本许多 汽车 公司就开展并 扩大 铝合金在汽车 发动机上应用的 研究， 开始广泛 采 用铝铸件 代替 铸 铁来生产进气管、 气缸盖， 并开始少 量生产铝 制 发 动
图1 全球轻型汽车的铝含量( 在整车质量中的比例) of the whole world( wt % )
Fig． 1 Aluminum portion used for light automobile
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各种汽车铝材所占比例
在当代汽车 制 造中各种铝材 都 得 到 了应用， 特 别是压铸件及铸件的应用 最 为 广泛， 尤 以 再 生铝合 金的 用 量 最 大， 全世界每年生产的铸造铝合金的 80% 左右都用于制造汽车压铸件与 其他 铸件。2003 ～ 2008 年日本汽车工业对铝的需求及各品种铝材 占 的比例见表 3 。在 2003 ～ 2008 年的 6 年 内 压铸件及 铸件的平均比例为 79． 1% ， 不过随着时间的推移， 压 铸件及铸件用量比例略 有 下降， 例 如 1983 年 此 比例
40． 7 41． 0 35． 9 28． 5 37． 0 43． 0 19． 80 21． 0 3． 8 1． 7 6． 7 3． 79 3． 03 2． 6 2． 85 4． 0 4． 7 9． 11 9． 5 9． 4 0． 35 1． 80
9． 81 1． 20 1． 20
10． 6 12． 9 17． 0 25． 2 30． 55 0． 25 1． 19 4． 0 10． 88 12． 54 0． 30 2． 70 3． 0 4． 36 4． 83 0． 11 0． 25
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2011 ，Vol． 39 ，№12 1993 年 下 降 到 81． 9% ， 2003 年 减 少 到 为 88． 4% ， 79． 1% ， 以 后 至 2008 年 几乎 保 持 不 变， 再 后， 下降 幅 度会稍微大一点。 2000 ～ 2008 年美国铸造铝合金的发货量 见表 4， 而图 2 示 出美国 2008 年发货的各种铝铸件的比 例。由这些数据可 见， 在美国铝合金压铸件 占 的比 约 低 25 个百 分点 以上， 但还是 例比日本的低 得 多， 呈上升趋势， 新 世纪后 几 年的比例 就 比 开 头几 年的 高一些。 2000 ～ 2008 年 北 美 ( 美国与 加 拿 大 ) 铝工 业 向 汽车工业的发货量见表 5 。
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2011 ，Vol． 39 ，№12 在汽车用的铝合金中， 压铸铝合金及 其他 铸造 铝合金 约占 80% ， 加 工铝材 ( 板、 带、 箔、 管、 棒、 型、 线、 锻件、 粉膏 ) 仅占 20% 左右， 随着 车 身 铝 板带 用 量的上升， 铝材占的比例会逐 年 有所增加， 但上升幅 度不会大。在铸造产品用的铝合金中， 压铸件的产 量占 铸造产品产量的 70% 左右， 所以 压铸铝合金在 当然 在各国用的铝中 此 比例 汽车用铝中 占到 55% ， 也会不 一 样， 但 都 在 54% ～ 70% 范 围 内。 2003 ～ 2008 年日本铝铸件及压铸件的用量见表 1 。 表1 2003 ～ 2008 年日本汽车铝合金 在发展铝铸件和 塑 料应用 方面， 日本 一 机。近年来， 直都处于世界先进水平， 日本 轿 车 素 以结构 紧凑、 舒 适、 重量轻、 经济性好以及安 全可 靠 而 占 据欧 美 市场 一定份额。 2006 年及 2009 表 2 为北美、 欧盟、 日本 2002 年、 年轻型汽车 关键 铝合金 零 件产量; 而全 球 轻 型汽车 的铝含量比例见图 1
北美 零件 欧盟 日本( 不含 A 级车) 2009 7． 64 23． 1 1． 96 1． 0 1． 06 3． 23 0． 43 2002 2006 2009 2002 2006 2009 2002 2006 发动机缸体 5． 74 7． 99 8． 95 车轮 覆盖件 保险杠 控制臂 转向节 座架横梁 5． 0 8． 19 9． 51 5． 10 6． 07