一、铝合金基础知识：

1.1 轻量化的必然性：

汽车质量每减轻１%，可节省燃料消耗0.6％~1.0%；

车辆每减重100 kg，CO2排放量可减少约5 g/km，在轿车中每次使用1 kg铝，可在其使用寿命期内减少20 kg尾气排放；

汽车尾气排放与油耗成正相关；

现在汽车越来越高级化，附加装置也越来越多。同样使得轻量化成了必然。

1.2 汽车轻量化的主要对象：

发动机、底盘、车身及内外装占轿车总质量的比例较大,减重潜力也较大。轿车车身是轿车中重量较大的部件，约占汽车总重量的30％，所以车身的铝化举足轻重。

1.3 铝合金的特点：

铝的密度小（2.7 g/cm³），约为钢（7.8 g/cm³）的1/3。用铝合金代钢铁可减重50% 左右,由于铝的表面易氧化形成致密而稳定的氧化膜（钝化），所以耐腐蚀性好。铝有较好的铸造性，由于铝的融化温度低，流动性好，易于制造各种复杂形状的零件。铝中加入一种或几种元素后即构成铝合金，铝合金相对于纯铝可以提高强度和硬度，除固溶强化外，有些铝合金还可以热处理强化，使有些铝合金的抗拉强度可超过600MPa。导热率和导电率是钢的3倍。

1.4 、铝合金分类：

二、汽车用铝材简介：

2.1 性能参数介绍：

汽车的铝合金一般采用热处理型6000系列和非热处理型5000系列，其中5038和5183是汽车车身最常用的型号。经试验得出R值对铝合金板冲压成型影响不明显。

2.2 性能要求：

对汽车用铝合金板材的性能要求是：除有满足标准和规范的力学性能与耐蚀性之外，还应具有如下的性能：

第一，良好的成形性能、较低的屈强比以及较高的成形极限。

第二，表面光滑。

第三，良好的焊接性能。为了满足汽车零部件焊接加工的工艺性能要求，铝合金板需要有良好的焊接性能。

第四，良好的烘烤硬化性能。

第五，高抗凹陷性能。

第六，优良的表面处理和涂装性能。

第七，一定的抗时效稳定性能。

欧洲与北美汽车覆盖件用铝情况：

综合相关数据，总结出应用于汽车车身板的成品板材的性能要求：

（a）T4(p)状态下

屈服强度：90~140MPa抗拉强度：220~285MPa延伸率（总）:≥20%; n值：≥0.27（拉伸应变硬化指数）r值：≥0.65（0°）（塑性应变比）≥0.40（45°） ≥0.55（90°）

（b）预变形2%+烘烤后屈服强度：160~260MPa

2.3、汽车用铝材型号应用部位：

用于汽车车身板的铝合金主要有2000 万、5000 系和 6000 锡合金 ，从汽车车身所需材料及其加工特性来看，2000 系和 5000 系统主要用作汽车覆盖件的内板，而 6000 主要用于汽车覆盖件的外板 。通常使用 5000 系列和 6000 系列铝合金汽车板替换传统钢板。

汽车车体用铝合金国际牌号和化学成分（质量%）

2.4、应用于汽车车身的6xxx系和5xxxx系铝合金对比：

如前所述，铝合金汽车车身板材主要有6xxx系和5xxx锡合金，典型牌号有6016、6111、6022、6181、5052、5182、5754等铝合金；轿车用铝板厚度规格一般为0.7~2.0mm左右。

（1） 6xxx系Al-Mg-Si (-Cu)合金

Al-Mg-Si-(Cu) 系合金由于具有较高的强度及较好的成形性能而广泛应用于汽车面板等领域。对这类合金的要求，是在烤漆前具有较好的塑性及在烤漆过程中具有较高的沉淀硬化能力，即具有较高的烤漆硬化响应。

Al-Mg-Si-(Cu)合金是可热处理强化的铝合金，具有成形性好、耐蚀性强、强度高和较好的耐高温等性能。铝合金汽车车身板材料，除上述几个优点外，主要考虑该类板材在冲压成形后经油漆烘烤强度会提高，具有烤漆硬化能力。此外，Al-Mg-Si合金T4态板材的屈服强度和抗拉强度与钢板相近，n值超过钢板。

（2）5xxx系铝合金

5xxx系铝合金（ Al-Mg系合金）是不可热处理强化的铝合金，具有中等强度、耐蚀性好、较好的加工性能及良好的焊接性能等特点。

在Al-Mg系合金中，Mg固溶于铝基体中，形成固溶强化效应使该合金在强度、成形性能和抗腐蚀性等具有普通碳钢板的优点，可用于汽车内板等形状复杂的部位。

但Al-Mg系合金板材在室温放置后，在拉伸时容易出现Luders伸长，冲压成形后表面起皱，影响外观质量；延展性和弯曲能力也会由于Fe含量的增加而恶化，经历烤漆容易出现软化现象。

Al-Mg系合金用作汽车车身板的缺点：延迟屈服和勒德斯线。当晶粒尺寸＞100μm时，板材易出现“桔皮效应”。

铝合金和冷轧钢板力学性能和冲压成形性能：

三、钢板与铝合金板材等强度计算：

轻量比实例

铝合金板取代钢板后，为满足冲压件的使用性能，必须 对其进行等强度计算。弯曲刚度和强度是衡量板材的重要指标，为了能够达到铝代钢后，产品性能满足使用要求，本文通过对铝合金板厚度的改变来实现，厚度计算 过程如下：

(1)当以弯曲刚度来判断汽车结构件性能时，铝合金板和钢板的厚度比按下式计算：（钢板选择的是 DX54D，铝合金板选择的是 5754）

tAl /tS = (ES /EAl)1/3

tAl ——铝板的厚度，mm；

tS ——钢板的厚度，mm；

ES ——钢的弹性模量，MPa；

EAl ——铝的弹性模量，Mpa；

ES=210Gpa ，Eal=61Gpa

tAl/tS =(ES/EAl)1/3=1.5

(2)当采用弯曲强度作为判据时，铝合金板和钢板的厚度比按式 (4-2)计算：

tAl /tS = (σS / σAl)1/2

式中：σS ——钢板的屈服强度， MPa；

σAl ——铝板的屈服强度， MPa。

σs =184.4MPa， σAl =116.9MPa。（原钢板的材料是 DX54D，

铝合金板选择的是 5754）

由公式 (4-2)得：tAl / tS = (σS / σAl) 1/2 =1.26

则铝合金板厚度为：

tAl =1.26tS =1.26×0.7 = 0.88mm

取 tAl =max{1.05，0.88}=1.05mm。根据生产实际中板料的规格厚度，取tAl为 1mm，即铝合金板代替钢板之后

厚度由0.7mm增加到1mm。

四、 铝合金车身板的生产过程：

4.4、ABS全连续生产线示意图：

6xxx系铝合金板材加工过程中的组织演变

五、板材的表面处理：

表面处理的目的（1）有利于吸附润滑剂，很好地冲压成形；（2）增强板材与油漆的结合，形成牢固的漆层；（3）易于后续加工。

表面处理过程：MF/EDT/EBT+清洗（碱洗+酸洗）+转化处理+润滑

碱洗：限于槽洗；

酸洗：硫酸+磷酸+氢氟酸，浓度＜＜5%，酸洗温度：50~70℃；

化学转化涂层：铬化膜：性能好，但有毒；

锆/钛类转化膜：Alodine类、Garbond类、Envirox类；

阳极氧化涂层：薄的阻挡层，和化学法相当，导电，可以焊接；厚些的阻挡层+多空层。、

润滑：板材要冲压成三维部件，因此，板材均经过预润滑。部件冲压是汽车生产的第一阶段，在安装、焊接、车身喷漆之前）。

润滑剂：采用工业油，主要在北美使用，这和轧制面Mill Finish表面联合使用。

干润滑膜：蜡类型润滑剂，主要在欧洲使用，这和粗毛化的各向同性表面纹理（如EDT）联合使用。

干润滑膜优势：增加深冲性能；对于难加工部件，使用较多的润滑剂；运输及存储过程中更稳定；装卸更容易；联接及喷漆工艺的相容性与润滑油的一致。

缺点：需要根据不同模具设计采用不同的润滑剂；在模具内堆积，定期清理；焊接较困难；

日本、美国及欧洲乘人车用铝合金板及其表面处理：

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