¿Dónde se utilizan las piezas de aleación de aluminio en los automóviles?

En la actualidad, Estados Unidos, Japón y Alemania son los países que utilizan más aleaciones de aluminio para automóviles. Por ejemplo, el Audi A8 y A2 de Volkswagen en Alemania y el NXS de Japón utilizan un 80% de aleaciones de aluminio para la carrocería. A excepción de la aleación de aluminio utilizada por Shanghai Santana, FAW Audi y Jetta (todas las cuales son líneas de producción importadas), los automóviles de mi país tienen más banderas rojas, alrededor de 80-100 kg. Algunos datos muestran que la sustitución de la estructura de acero tradicional por una estructura de aleación de aluminio puede reducir la calidad de los automóviles entre un 30% y un 40%, la fabricación de motores puede reducirse un 30% y la fabricación de ruedas puede reducirse un 50%. El uso de aleaciones de aluminio es una de las formas importantes para que los automóviles sean ligeros, respetuosos con el medio ambiente, ahorren energía, aceleren y sean eficientes en el transporte. Por lo tanto, la investigación y el desarrollo de automóviles de aleación de aluminio son ahora muy necesarios. Las principales ventajas de la aleación de aluminio son el peso ligero y la buena disipación del calor. Con el desarrollo de la tecnología de motores, la estructura de válvulas se ha convertido en la tendencia principal de diseño de motores.

En comparación con un motor de dos válvulas, una culata con cuatro válvulas por cilindro genera más calor que una culata con dos válvulas por cilindro. Usar una culata de aleación de aluminio es la mejor solución. En la actualidad, no solo el pistón, el radiador, el cárter de aceite y el bloque de cilindros de las piezas del motor de un automóvil están hechos de aleación de aluminio, sino también la culata y el cigüeñal.

La caja también utiliza este material. En la situación actual, se ha convertido en una tendencia generalizada utilizar aleación de aluminio en lugar de hierro fundido en los motores. La camisa de cilindros de aluminio de los automóviles franceses ha alcanzado el 100% y el bloque de cilindros de aluminio ha alcanzado el 45%. En los próximos años, con el exitoso desarrollo de materiales de aleación de aluminio de alta resistencia y alta calidad y la mejora continua de los procesos de fabricación, los materiales de aleación de aluminio serán cada vez más utilizados para fabricar este tipo de piezas. Las aleaciones de aluminio para automóviles se pueden dividir en aleaciones de aluminio fundido y aleaciones de aluminio deformadas. Las aleaciones de aluminio fundido son las más utilizadas en los automóviles, representando más del 80%, que se dividen en fundiciones por gravedad, fundiciones a baja presión y otras piezas especiales de fundición. Las aleaciones de aluminio deformado incluyen placas, láminas, materiales extruidos, forjados, etc. Aunque existen ciertas diferencias en la variedad y composición de los materiales de aleación de aluminio industrial en varios países del mundo, generalmente son los mismos. Su composición varietal: las piezas fundidas representan alrededor del 80%, las forjas representan del 1% al 3% y el resto son materiales procesados. La aleación de aluminio forjado representa una gran proporción de la industria automotriz de EE. UU., Alcanzando el 36%.

La aplicación de fundición de aleación de aluminio 

La aleación de aluminio fundido tiene excelentes propiedades de fundición. La aleación adecuada y el método de fundición adecuado se pueden seleccionar de acuerdo con los requisitos del propósito de uso, la forma de la pieza, la precisión dimensional, la cantidad, el estándar de calidad, el rendimiento mecánico y los beneficios económicos. La aleación de aluminio fundido se utiliza principalmente para fundir bloques de cilindros de motor, carcasas de embrague, carcasas de eje trasero, carcasas de engranajes de dirección, transmisiones, trenes de válvulas, bombas de aceite, bombas de agua, tapas de balancines, ruedas, bastidores de motores, pinzas de freno, cilindros y sin motor. componentes como discos de freno. 

Aleación de aluminio para motor 

La aleación de aluminio que se utiliza en los motores de los automóviles es la más ligera y, por lo general, reduce el peso en más de un 30%. Además, el bloque de cilindros y la culata del motor requieren que el material tenga una buena conductividad térmica y una fuerte resistencia a la corrosión, y la aleación de aluminio tiene características sobresalientes en estos aspectos. Por lo tanto, varios fabricantes de automóviles han realizado investigación y desarrollo de motores de aluminio. En la actualidad, muchas empresas de automóviles extranjeras han adoptado bloques de cilindros y culatas de motor totalmente de aluminio. Por ejemplo, General Motors en los Estados Unidos ha adoptado camisas de cilindros totalmente de aluminio; Las camisas de cilindros de aluminio de las empresas automotrices francesas han alcanzado el 100% y los bloques de cilindros de aluminio han alcanzado el 45%; El Nissan VQ japonés y el Lexus IMZ-FEV6 de Toyota han adoptado aceite de motor de aluminio fundido. Concha inferior; El nuevo bloque de cilindros y la culata del motor V6 de Chrysler están hechos de materiales de aleación de aluminio.

El motor avanzado 6.0L W12 del Volkswagen alemán está hecho básicamente de aleación de aluminio y magnesio. El Audi A8L 6.0 quattro sedán adopta el motor W12, que reduce el peso del vehículo a 1980 kg, que es más bajo que todos los demás modelos. El motor W12 tiene 450 caballos de fuerza y ​​560 Nm de gran potencia, por lo que su unidad de caballos de fuerza necesita acelerar el peso de solo 4.7 kg, lo que es comparable a los autos deportivos de alto rendimiento.

El motor de la serie Polaris es el motor de primera categoría de GM, a excepción de la serie de motores LS. Es el primer motor V8 de aleación de aluminio con árboles de levas en cabeza en los Estados Unidos. Su camisa de cilindro está hecha de fundición a presión de aleación de aluminio. El motor de 4.6 litros que se utiliza actualmente en Cadillac tiene una potencia máxima de 320 caballos de fuerza y ​​un par máximo de 427 Nm. Los modelos sobrealimentados utilizados en la serie V de alto rendimiento pueden incluso alcanzar los 476 caballos de fuerza / 606 Nm.

Aleación de aluminio para cubo de rueda 

Las ruedas de aluminio están reemplazando gradualmente a las de acero debido a su peso ligero, buena disipación de calor y buena apariencia. En los últimos 10 años, las llantas de automóviles de aleación de aluminio a nivel mundial han crecido a una tasa de crecimiento anual del 7.6%. Según el análisis, para 2010, la tasa de aluminización de las ruedas de los automóviles alcanzará entre el 72% y el 78%. A365 es una aleación de aluminio fundido, que tiene buenas propiedades de fundición y propiedades mecánicas muy completas. Las llantas de aleación de aluminio fundido en todo el mundo se fabrican con este tipo de aleación. La planta de procesamiento de aluminio del suroeste de mi país y la Japanese Light Metal Co., Ltd. desarrollaron conjuntamente llantas de aleación de aluminio A6061. Las ruedas de aluminio ampliamente utilizadas en automóviles son un ejemplo de la aplicación de aleaciones de aluminio a los automóviles. Casi todos los modelos nuevos utilizan llantas de aleación de aluminio.

Aplicación de aleación de aluminio forjado.  

Las aleaciones de aluminio deformado se utilizan principalmente en automóviles para fabricar paneles de carrocería como puertas y baúles, parachoques, capotas de motor, radios de ruedas, cubiertas de bujes, cubiertas exteriores de ruedas, cubiertas protectoras para conjuntos de frenos, cubiertas de silenciadores y frenos antibloqueo. Partes estructurales como sistemas de frenos, intercambiadores de calor, bastidores de carrocería, asientos y paneles del piso, así como partes decorativas como tableros de instrumentos.  

Aleación de aluminio para paneles de carrocería    

La proporción de aplicación de placas en automóviles sigue aumentando. Por ejemplo, las placas de aleación de aluminio de la serie 6000 (serie AI-Mg-Si) que han sido tratadas térmicamente (como T4, T6, T8) pueden cumplir con los requisitos de los automóviles para carcasas. Haz materiales para la estructura del cuerpo Las piezas de chapa de la carrocería del Audi A8 adoptan esta serie de materiales de aleación de aluminio. Además, las aleaciones de aluminio de la serie 2000 (serie AI-Cu-Mg), serie 5000 (serie AI-Mg) y serie 7000 (serie AI-Mg-Zn-Cu) también se pueden aplicar a los materiales de la carrocería. En los últimos años, las aleaciones de aluminio de alta resistencia de las series 6000 y 7000 se han utilizado para desarrollar placas delgadas y perfiles huecos en forma de "口", "日", "目" "田", que no solo son livianos , alta resistencia y buena resistencia al agrietamiento. Y un buen rendimiento de moldeo, se ha utilizado ampliamente en automóviles. 

Otras piezas estructurales de aleación de aluminio 

La aleación de aluminio también se usa ampliamente en otras partes del automóvil, como: General Motors usa una lámina de aluminio 7021 para hacer el soporte de refuerzo del parachoques del automóvil Smure, Ford usa una lámina de aluminio 7021 para hacer el soporte del refuerzo del parachoques del automóvil Lincoln Town. Los materiales de aleación de aluminio también se aplican a las piezas de suspensión de automóviles, que reducen efectivamente la calidad de las piezas correspondientes y mejoran la suavidad y estabilidad de la conducción del automóvil, como las mordazas de los frenos de disco y los cuadros de transmisión de potencia producidos a partir de piezas forjadas 6061. Además, las aleaciones de aluminio también se utilizan ampliamente en los sistemas de aire acondicionado de automóviles. Por ejemplo, Japón utiliza la aleación de aluminio 6595 para radiadores de automóviles y radiadores de refrigeradores.

La aplicación de nuevas aleaciones de aluminio en automóviles  

Aleación de aluminio de solidificación rápida

Bajo la condición de solidificación rápida (tasa de enfriamiento de 104 ～ 109 ℃ / S), el material provocará algunas características nuevas en la estructura: microestructura ultrafina; aumentar el límite de solubilidad sólida de la aleación; la composición es muy uniforme, menos segregada o sin segregación; formación de una nueva equivalencia metaestable. Sobre la base de estas características, las aleaciones de aluminio de solidificación rápida se utilizarán inevitablemente en la industria del automóvil. Sumitomo Electric Company utiliza una aleación de aluminio con alto contenido de silicio PM AI-Si-X solidificada rápidamente en lugar de acero sinterizado para fabricar rotores y palas de compresores de aire acondicionado para automóviles en grandes cantidades, lo que reduce el peso del rotor en un 60% y el peso de todo el compresor en un 40%; Yamaha Motor Manufacturing Company El pistón de aleación de aluminio con alto contenido de silicio solidificado rápidamente también se comercializa. En comparación con el hierro fundido ordinario, este pistón tiene una reducción de peso del 20%, una vida útil del 30% y reduce significativamente el ruido y la contaminación; Mazda Motor Company utiliza la deposición por pulverización de la aleación Al -Si-Fe-Cu-Mg para crear un nuevo tipo de rotor del motor, que mejora la eficiencia del motor y puede ahorrar combustible en un 20%.  

Compuesto de matriz de aluminio

Las fibras cerámicas, los bigotes, las partículas, etc. se utilizan como materiales de refuerzo para producir materiales compuestos a base de aluminio. La resistencia específica, el módulo elástico específico, la resistencia al calor, la resistencia al desgaste, etc. se mejoran en gran medida y se pueden utilizar como piezas de motor, como la pulvimetalurgia. Los pistones de aleación de Al-Si desarrollados con éxito reforzados con partículas de Al2O3 o SiC (bigotes) pueden mejorar aún más la fuerza, la resistencia al desgaste, la resistencia al calor y la resistencia a la fatiga del pistón al tiempo que conservan las ventajas de los pistones de aleación de Al-Si. Utilizado en motores de automóviles; Además, los materiales compuestos a base de aluminio reforzado con partículas también se pueden utilizar para fabricar bloques de cilindros, pistones y bielas de motores de vehículos.

Aleación de aluminio de espuma  

La espuma de aluminio es un material poroso con numerosas burbujas distribuidas en la matriz metálica. Este material tiene un peso más liviano, una relación resistencia-peso más alta y tiene características de absorción de energía altas, características de amortiguación altas y características de absorción de vibraciones. El panel sándwich fabricado mediante el relleno de espuma de aluminio entre dos paneles exteriores de alta resistencia puede aumentar la rigidez, aligerar el peso y mejorar el rendimiento del aislamiento térmico cuando se utiliza en el panel del techo de la carrocería. Se utiliza en parachoques, vigas longitudinales y algunas partes de pilares. Puede aumentar la capacidad de absorción de energía del impacto cuando está activo y mejora la seguridad del impacto al tiempo que reduce el peso.  

Perspectivas de desarrollo de la aleación de aluminio en automóviles

Entre los metales ligeros, aunque la densidad de la aleación de magnesio es menor que la de la aleación de aluminio, el costo del lingote de magnesio es mayor y existen muchos obstáculos técnicos en el proceso de fabricación de piezas, como la falta de fundición a presión a alta temperatura. datos de aleación y diseño, tecnología de tratamiento superficial deficiente y bajo nivel de unión Por lo tanto, el uso actual en automóviles es bastante limitado; mientras que las aleaciones de titanio utilizadas en la industria aeroespacial tienen una alta resistencia mecánica, pero el proceso de fabricación es difícil y el coste de fabricación es caro, lo que hace que las aleaciones de titanio no puedan utilizarse en la producción de automóviles en grandes cantidades. La aleación de aluminio tiene un buen desempeño integral en términos de costo, tecnología de fabricación, propiedades mecánicas, desarrollo sustentable (el mayor contenido de aluminio en la corteza terrestre, representa el 8.1%) y otros aspectos. Por lo tanto, la aleación de aluminio es el material de metal ligero preferido en la industria automotriz ahora y en el futuro.

Cada 1 kg de aluminio utilizado en un automóvil puede reducir su propio peso en 2.25 kg, con un efecto de reducción de peso de hasta un 125%, y puede reducir las emisiones de escape en 20 kg durante todo el ciclo de vida del automóvil. Además, el reciclaje de aluminio es sencillo, a excepción del acero. Puede verse en la tabla anterior que cada 1 kg de aluminio utilizado en un automóvil puede reducir su propio peso en 2.25 kg, con un efecto de reducción de peso de hasta un 125%, y puede reducir las emisiones de escape durante todo el ciclo de vida del carro. kg. Además, el aluminio es fácil de reciclar y es un material que se puede reciclar al máximo, excepto el acero. Casi el 90% del aluminio utilizado en los automóviles se puede reciclar y reciclar. El aluminio tiene buenas propiedades físicas y químicas. Puede aplicarse a los procesos de fundición, forja y punzonado en la producción industrial. Es uno de los pocos materiales metálicos que se puede utilizar para fabricar piezas mediante una variedad de procesos de fundición. Es más adecuado para una amplia gama de procesos de fundición a presión. . Sin embargo, el costo de la aleación de aluminio es aún mayor que el de los materiales de acero. Materiales reciclados, casi el 90% del aluminio automotriz se puede recuperar y reciclar. El aluminio tiene buenas propiedades físicas y químicas. Puede aplicarse a los procesos de fundición, forja y punzonado en la producción industrial. Es uno de los pocos materiales metálicos que se puede utilizar para fabricar piezas mediante una variedad de procesos de fundición. Es más adecuado para una amplia gama de procesos de fundición a presión. . Sin embargo, el costo de la aleación de aluminio es aún mayor que el de los materiales de acero. El peso de la carrocería del automóvil es aproximadamente el 30% del peso total del automóvil, por lo que el peso ligero de la carrocería juega un papel importante. En los paneles interior y exterior del coche.

El uso de placas de aleación de aluminio en lugar de placas de acero puede reducir el peso del cuerpo en aproximadamente un 40% -50%; Si las piezas de revestimiento de aleación de aluminio se utilizan para reducir el peso de todo el vehículo en un 10% -15%, se puede ver que el efecto de reducción de peso del uso de placas de carrocería de aleación de aluminio es muy significativo. La aleación de aluminio proporciona una buena base de aplicación y perspectivas de mercado en aplicaciones ligeras de automoción, lo que inevitablemente traerá mayores oportunidades para la aplicación de paneles de automoción de aleación de aluminio. Por lo tanto, el uso de placas de aleación de aluminio para reemplazar las placas de acero en la fabricación de paneles de carrocería también es una forma inevitable de reducir el peso de los automóviles. Todo el cuerpo del sedán premium alemán Audi A8 está hecho de aluminio, el marco es una estructura de marco tridimensional y la cubierta está estampada en aluminio. En comparación con la carrocería de acero, este tipo de carrocería de aluminio tiene una reducción de masa del 30-50% y una reducción del consumo de combustible del 5-8%.

En la actualidad, el volumen de producción de automóviles de mi país ocupa el cuarto lugar en el mundo después de Estados Unidos, Japón y Alemania. En términos de tasa de aluminización de automóviles, la tecnología de mi país todavía está relativamente atrasada. En la actualidad, el uso de aluminio en automóviles en los países desarrollados ha alcanzado los 138 kg y la tasa de aluminización ha alcanzado el 12%. Sin embargo, el uso de aluminio en automóviles en mi país está muy por detrás de los países extranjeros. El consumo medio de aluminio es de solo 60 kg y la tasa de aluminización es inferior al 5%. Por lo tanto, las perspectivas de desarrollo del mercado de aleaciones de aluminio para automóviles de mi país son muy amplias. 

Cuatro obstáculos principales para la aplicación de aleaciones de aluminio 

La expansión de la aplicación de la aleación de aluminio en los automóviles producirá enormes beneficios económicos y sociales, pero aún existen las siguientes soluciones urgentes:   

1. Es necesario mejorar el rendimiento de la hoja de aleación de aluminio. 
2. Establecer una base de datos de aleaciones de aluminio para automóviles. 
3. Desarrollo de métodos de diseño, métodos de cálculo estructural y procesos de conformado para piezas de aleación de aluminio.
4. Método de proceso de soldadura y simulación por computadora 
5. Estudie la morfología de la superficie de los materiales de aleación de aluminio, el tratamiento previo antes de pintar y la prevención después de pintar.
6. Efectos de la corrosión y otros problemas, los datos acumulados proporcionan datos básicos para la formulación del proceso para la aplicación de aleaciones de aluminio. 
7. El mercado de la reparación carece de experiencia y métodos para los principios de restauración y recuperación de piezas estructurales de aleación de aluminio y piezas de recubrimiento después de colisión y reparación de soldadura después de agrietamiento.

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