蒋海燕：汽车用轻合金材料的发展现状与趋势

2021年10月15 -16日，由中国汽车工业协会和重庆两江新区管委会联合主办的“2021中国汽车供应链大会”在重庆召开。长安汽车和地平线作为官方合作伙伴，全力支持此次发布会。本届供应链大会以“取长补短，融合创新——构建中国汽车供应链新生态”为主题，共同探讨产业政策，交流分享技术，研判产业趋势，展示创新成果，旨在促进产业国内外互动，凝聚产业链上下齐心，共谋产业协同发展之路。其中，上海交通大学研究员、轻合金精密成形国家工程研究中心副主任江海燕在10月16日上午举行的“汽车材料新趋势”主题论坛上发表了精彩演讲。

我是上海交通大学的江海燕。我代表丁院士团队做了“汽车用轻合金材料发展现状及趋势”的报告。

首先，我代表丁院士对新材料分会的成立表示热烈的祝贺。接下来报道轻合金材料，包括铝合金和镁合金。

一.研究背景

我们来看看背景。中国汽车年销量逐年递增，最新数据。2017年，我国汽车产销量分别达到2901.5万辆和2887.9万辆，连续九年位居世界第一。

随着汽车工业的快速发展，能源与环境的矛盾日益突出，轻量化策略成为汽车工业的研究热点。轻量化是研究和解决环保问题的必然选择。

世界主流汽车厂的轻量化战略为铝合金、镁合金的轻合金材料提供了契机。轻量化在这方面的主要思路:用铝代替钢，用镁代替钢，或者用铸造代替锻造。比如以前压铸机吨位不够，很多大尺寸的零件制造不出来。随着技术的进步，以前比较小的铝合金零件，只能承载外部零件或内部零件的零件都变成了承载构件。

汽车中有主要的系统。目前车身系统中铝合金和镁合金的使用量是最少的，所以车身中铝合金和镁合金的使用量依然巨大。车身技术还是以锻造或者冲压为主。

车身有个典型的部位叫减震器塔，现在是压铸的。目前市场上像避震塔这种成熟的零件都是采用成熟的品牌，比如-36合金。最先进的技术采用真空压铸，然后进行后续热处理。这是目前的水平。

现有的流程仍然存在一些缺陷和不完善之处。比如真空压铸需要抽真空，它和压铸之间的协调匹配还不完善，导致成本增加。另外，后续的热处理也会造成变形，尤其是大尺寸零件，变形还是比较严重的，这是目前技术和材料的不足。解决方法:尽量简化材料和工艺，越简单越好。解决方案:我们能开发不经过热处理的合金吗？

二、铝合金

下面是上海交通大学在铝合金方面取得的一些成果。

1.高韧性自强化压铸铝合金(JDA1)。可以通过自然条件强化，不需要热处理。解决了普通材料在制造过程中需要先抽真空再热处理的问题，这样两者都解决了。这种材料不需要热处理，常规压铸后自然时效。简单介绍一下它的机理，在自然老化条件下3-4天达到稳定。JDA1铝合金在凯迪拉克有典型应用，是为美国通用汽车定制的材料。这种材料现在也在美国的一般采购目录中。我们还测试了JDA1铝合金。……在正常载荷下，1号铝合金乘以1.2倍也没有开裂。我们用1.2乘以4次，还是没有破解。其疲劳性能是现有材料的两倍。此外，某公司还将其应用于电池箱侧板，体现尺寸大，无需热处理解决变形问题。这是一个例子。

2.高韧性非热处理压铸铝合金(JDA2a)。除了开发1号铝合金，我们还开发了2号铝合金。用的对象不同，所以元素体系也不同。1号铝合金是铝硅系列，2号铝合金是铝镁系列，是针对不同产品开发的。2号铝合金的一些特性和特殊处理使晶粒更细。典型应用:1。某汽车企业铝合金减震器。这种阻尼塔的减重效果在30%以上。2.驾驶员身上的门锁也是2号铝合金，2号铝合金B和2号铝合金A略有改动。3.副车架的应用。该项目已于9月通过科技部验收。这里列出了1号铝合金和2号铝合金与常规材料的对比。我们不仅研发了1号、2号铝合金，实际上已经研发了二三十种铝合金，但1号、2号铝合金相对成熟，应用广泛，能在市场上发挥作用。我们还有3号和4号铝合金，目前是六七级，小批量试制。后面这些铝合金还没有成型，还没有完全成熟，所以还没有完全排上号，比如要求高风险性能的铝合金。这是踏板总成，这是制造过程中的一些模拟。

第三，镁合金

镁合金比铝合金轻，密度为1.8。它在汽车上的应用主要是减轻重量，是一种比较轻的金属材料。镁合金还有一个特点:吸振性好，电磁屏蔽性好，易回收，抵抗力好，资源丰富。中国的镁资源占全球大部分，国内多国外少，就像稀土资源一样。镁合金的应用非常多，这些地方都可以用镁合金做零件，但是为什么目前还没有那么多的应用呢？就是因为镁合金制造的附加成本比较高，最终产品成本也比较高，所以价格限制了它的使用。但作为技术人员，我们会开发新的技术和材料，努力降低其成本，使其达到铝合金的水平。其实铝合金和镁合金锭在原料上是差不多的。

这是一些汽车用镁合金的典型零件和仪表板，都是压铸生产的。因为汽车产量比较大，只有压铸技术才能满足批量生产的需要。这是汽车上的座位。其实飞机和火车上镁合金座椅很多，汽车上很少，尤其是德国，大部分都是镁合金的。这是早期的变速箱壳体，这是2008年上海工博会展出的上汽大众，这是镁合金焊接的新能源汽车。

镁合金重量轻，资源丰富，减重效果好，肯定是未来很有潜力的金属材料。目前由于价格等因素，还没有得到广泛应用，所以也希望有实力的企业加大这方面的投入，推动镁合金的发展。除了汽车之外，目前镁合金实际上是用于军事工业的。我们交大在军工领域做了很多镁合金产品。其实铝合金产品和镁合金产品的发展是一样的。我们现在有几种镁合金，但是不是用在汽车领域，而是用在其他领域。

结论:第一，汽车轻量化为轻量化材料的发展和应用提供了强大的推动力。有需求才有研究目标和研究动力。

其次，国内外在高韧性轻合金的研制方面已经取得了不少成果，还有很长的路要走。

第三，材料的研发和应用是“一帆风顺、持之以恒”的工作，不可能一蹴而就……，所以大家对轻量化合金要有一些耐心和信心。

第四，新型铝镁合金与科技相结合，显示出巨大的应用前景。所以一般材料和工艺要搭配。材料的发展是一方面，工艺的改进也是一方面。比如压铸机吨位越来越大，就有可能制造大型压铸件，这在以前是不可想象的。也有可能以后一台压铸机可以压铸一辆车。2021年10月15 -16日，由中国汽车工业协会和重庆两江新区管委会联合主办的“2021中国汽车供应链大会”在重庆召开。长安汽车和地平线作为官方合作伙伴，全力支持此次发布会。本届供应链大会以“取长补短，融合创新——构建中国汽车供应链新生态”为主题，共同探讨产业政策，交流分享技术，研判产业趋势，展示创新成果，旨在促进产业国内外互动，凝聚产业链上下齐心，共谋产业协同发展之路。其中，上海交通大学研究员、轻合金精密成形国家工程研究中心副主任江海燕在10月16日上午举行的“汽车材料新趋势”主题论坛上发表了精彩演讲。

我是上海交通大学的江海燕。我代表丁院士团队做了“汽车用轻合金材料发展现状及趋势”的报告。

首先，我代表丁院士对新材料分会的成立表示热烈的祝贺。接下来报道轻合金材料，包括铝合金和镁合金。

一.研究背景

我们来看看背景。中国汽车年销量逐年递增，最新数据。2017年，我国汽车产销量分别达到2901.5万辆和2887.9万辆，连续九年位居世界第一。

随着汽车工业的快速发展，能源与环境的矛盾日益突出，轻量化策略成为汽车工业的研究热点。轻量化是研究和解决环保问题的必然选择。

世界主流汽车厂的轻量化战略为铝合金、镁合金的轻合金材料提供了契机。轻量化在这方面的主要思路:用铝代替钢，用镁代替钢，或者用铸造代替锻造。比如以前压铸机吨位不够，很多大尺寸的零件制造不出来。随着技术的进步，以前比较小的铝合金零件，只能承载外部零件或内部零件的零件都变成了承载构件。

汽车中有主要的系统。目前车身系统中铝合金和镁合金的使用量是最少的，所以车身中铝合金和镁合金的使用量依然巨大。车身技术还是以锻造或者冲压为主。

车身有个典型的部位叫减震器塔，现在是压铸的。目前市场上像避震塔这种成熟的零件都是采用成熟的品牌，比如-36合金。最先进的技术采用真空压铸，然后进行后续热处理。这是目前的水平。

现有的流程仍然存在一些缺陷和不完善之处。比如真空压铸需要抽真空，它和压铸之间的协调匹配还不完善，导致成本增加。另外，后续的热处理也会造成变形，尤其是大尺寸零件，变形还是比较严重的，这是目前技术和材料的不足。解决方法:尽量简化材料和工艺，越简单越好。解决方案:我们能开发不经过热处理的合金吗？

二、铝合金

下面是上海交通大学在铝合金方面取得的一些成果。

1.高韧性自强化压铸铝合金(JDA1)。它可以通过自然条件得到加强，包括……热处理。解决了普通材料在制造过程中需要先抽真空再热处理的问题，这样两者都解决了。这种材料不需要热处理，常规压铸后自然时效。简单介绍一下它的机理，在自然老化条件下3-4天达到稳定。JDA1铝合金在凯迪拉克有典型应用，是为美国通用汽车定制的材料。这种材料现在也在美国的一般采购目录中。我们还测试了JDA1铝合金。在正常载荷下，1号铝合金在我们乘以1.2的系数时没有开裂。我们用1.2乘以4次，还是没有破解。其疲劳性能是现有材料的两倍。此外，某公司还将其应用于电池箱侧板，体现尺寸大，无需热处理解决变形问题。这是一个例子。

2.高韧性非热处理压铸铝合金(JDA2a)。除了开发1号铝合金，我们还开发了2号铝合金。用的对象不同，所以元素体系也不同。1号铝合金是铝硅系列，2号铝合金是铝镁系列，是针对不同产品开发的。2号铝合金的一些特性和特殊处理使晶粒更细。典型应用:1。某汽车企业铝合金减震器。这种阻尼塔的减重效果在30%以上。2.驾驶员身上的门锁也是2号铝合金，2号铝合金B和2号铝合金A略有改动。3.副车架的应用。该项目已于9月通过科技部验收。这里列出了1号铝合金和2号铝合金与常规材料的对比。我们不仅研发了1号、2号铝合金，实际上已经研发了二三十种铝合金，但1号、2号铝合金相对成熟，应用广泛，能在市场上发挥作用。我们还有3号和4号铝合金，目前是六七级，小批量试制。后面这些铝合金还没有成型，还没有完全成熟，所以还没有完全排上号，比如要求高风险性能的铝合金。这是踏板总成，这是制造过程中的一些模拟。

第三，镁合金

镁合金比铝合金轻，密度为1.8。它在汽车上的应用主要是减轻重量，是一种比较轻的金属材料。镁合金还有一个特点:吸振性好，电磁屏蔽性好，易回收，抵抗力好，资源丰富。中国的镁资源占全球大部分，国内多国外少，就像稀土资源一样。镁合金的应用非常多，这些地方都可以用镁合金做零件，但是为什么目前还没有那么多的应用呢？就是因为镁合金制造的附加成本比较高，最终产品成本也比较高，所以价格限制了它的使用。但作为技术人员，我们会开发新的技术和材料，努力降低其成本，使其达到铝合金的水平。其实铝合金和镁合金锭在原料上是差不多的。

这是一些汽车用镁合金的典型零件和仪表板，都是压铸生产的。因为汽车产量比较大，只有压铸技术才能满足批量生产的需要。这是汽车上的座位。其实飞机和火车上镁合金座椅很多，汽车上很少，尤其是德国，大部分都是镁合金的。这是早期的变速箱壳体，这是2008年上海工博会展出的上汽大众，这是镁合金焊接的新能源汽车。

镁合金重量轻，资源丰富，减重效果好，肯定是未来很有潜力的金属材料。目前由于价格等因素，还没有得到广泛应用，所以也希望有实力的企业加大这方面的投入，推动镁合金的发展。除了汽车之外，目前镁合金实际上是用于军事工业的。我们交大在军工领域做了很多镁合金产品。其实铝合金产品和镁合金产品的发展是一样的。我们现在有七个……al镁合金，但不是用在汽车领域，而是用在其他领域。

结论:第一，汽车轻量化为轻量化材料的发展和应用提供了强大的推动力。有需求才有研究目标和研究动力。

其次，国内外在高韧性轻合金的研制方面已经取得了不少成果，还有很长的路要走。

第三，材料的研发和应用是一个“一帆风顺、持之以恒”的工作，不可能一蹴而就，所以大家对轻质合金要有一定的耐心和信心。

第四，新型铝镁合金与科技相结合，显示出巨大的应用前景。所以一般材料和工艺要搭配。材料的发展是一方面，工艺的改进也是一方面。比如压铸机吨位越来越大，就有可能制造大型压铸件，这在以前是不可想象的。也有可能以后一台压铸机可以压铸一辆车。

标签：长安大众合创凯迪拉克

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