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铝驱动未来:在交通工具中的应用优势

时间:2011 - 07 - 29 字号

  摘自《中国铝加工与铝市场通报》
 

  轻量化

  

  铝的比重(2.7 g/cm3)缺乏钢铁(7.6 g/cm3)和铜(8.5 g/cm3)的一半 。作为一种理想的轻质质料,铝的潜在优势变得越来越明显 。虽然,这仅仅是一种简单的比较 。实际上,每一种汽车零部件的质料选择,也要考虑它的专用设计和性能准则 。这些准则与具体的性能指标有关,好比机械强度、硬度以及重量等 。
 

  交通领域铝的应用不但可以减重和提升燃油效率,同时,也能降低温室气体的排放 。选择轻型质料,质料自身特点可以抵达减重目的;别的,零部件接纳某些加工工艺,可以进一步减轻车体重量 。举例来说,较为庞大的金属铝多孔挤压件,或者高强度薄壁真空铝压铸件等,均拓展了新设计空间 。
 

  在1994 年,在奥迪公司设计A8 模型的时候,在质料选择方面也面临抉择,要么选用钢制的,总重量达441 千克,要么选用铝制质料替代,重量也相应降到了247 千克 。一旦该车型最后决定使用铝作为车身质料,那么,其他一些特另外减重步伐也在考虑之中 。好比,为了满足车辆设定的性能要求(加速,里程油耗),一个更为小巧的发动机或油箱应运而生 。据奥迪公司称,诸如此类的非直接减重抵达了45 千克,为直接减重量194 千克的23% 。也就是说,由于铝制车身的使用,汽趁魅整体重量实际上被有效地降低了239 千克 。对其他车辆减重效果的研究标明,二次减重的比例可抵达直接减重数量的50%-100% 。
 

  宁静性

  

  卓越的设计和轻量化质料的结合可减少伤害、挽救生命 。宁静性是厂家设计和主顾选购汽车时的首选要素 。当事故爆发时,汽车必须能掩护司机和旅客的宁静 。另外,它还必须把对卷入汽车撞击事件各方的损害均降到最小 。
 

  铝恰好能很好地满足以上这些目标,即不但能使车重尽可能降低,并且性能抵达最优 。铝合金的特性使得设计具有高强度和卓越碰撞能量吸收潜势的、本钱有效的轻型汽车部件成为可能 。为了给事故当事人以最好的掩护,汽车在设计上提供了一个坚硬且稳定的旅客舱,以吸收撞击能量的缓冲变形区域 。铝单位质量的能量吸收能力是低碳钢的两倍,与新近开发的一些高强度钢品种相比也具有优势 。与钢部件相比,铝部件的强度之所以高,原因在于两个方面,首先铝部件更厚(为了实现相同的功效,铝部件一般要比钢部件件厚约50%);另外,特别使用闭合式铝制挤压材和卓越设计的高品质压铸件排除了部件间的接口,从而使铝部件的强度更高 。因此,在最大减重达40-50%的情况下,部件的强度仍然可以获得提升 。
 

  为了包管汽车宁静和事故爆发时加入各方的宁静,铝是优先选择的质料,它满足了相关的要求,例如碰撞吸收能力、行人掩护和较低的保养本钱等等 。这里有几个铝密集型汽车案例,它们都有很是好的碰撞宁静性能 。奥迪A8 车型在车身框架结构方面使用了大型的铝压铸件和挤压型材;捷豹XJ 车型车身则使用了大宗铝板材 。具有更广泛代表意义的是铝在目今混淆质料设计汽车上,被广泛应用于轻量化碰撞治理系统,例如在与钢制车身混淆设计中,除了铝制汽车前端,其他应用包括前后包管杠、碰撞吸能盒、侧翼撞击防护系统等 。
 

  多样性

  

  在设计轻型、低本钱、高效的汽车结构方面,铝的最大优势就在于它的易成形性 。关于铝制的庞大仪表盘,就可以接纳多种工艺加工,包括从高效率的冲压工艺一直到低本钱小批量的加工工艺 。同其他质料相比,铝材一个有趣的方面是,它可以加工成种种庞大形状、差别壁厚的挤压材、开口或闭合的型材等 。净成型与近净成型铝部件可使用锻压或其他大规模成型技术来实现,但主要照旧使用差别的铸造加工工艺 。
 

  随着铸造工艺的差别,铝铸件的尺寸、形状和性能规模差别较大 。挤压材或随后获得的加工材,另有高质量的薄壁铝压铸件,不但仅有助于增加负载能力和加固功效,同时还可以用来作连接部件 。这样一来,通过这些加工材的合理应用,就可以开发出新的、具有革命性的解决计划 。结果就是,通过部件之间的集成和应用功效的合成,大大地实现减重和本钱压缩 。
 

  除了结构化应用外,由于铝合金具有其他的一些优点,好比卓越的热传输、导电性能,也在交通行业得以应用 。最明显的例子就是散热器、内燃机零件及电机等 。铝在交通运输领域获取乐成的另一项要害因素在于装配这一环节 。装配的任务从差别合金牌号和产品形态(冲压板、铸件、加工过的挤压件、锻件等等)的铝部件之间的连接到多质料之间的连接,包括铝与钢铁、镁、塑料和合成质料之间的连接 。
 

  经济性

  

  铝密集型汽车由于燃油经济性的改善实现了本钱经济性 。汽车制造商使用铝为汽车减重,他们的焦点正逐渐转向系统整天职析和生命周期整天职析,以改善驾驶性能、降低燃油消耗与污染物排放 。汽车制造颐魅正不绝地考虑如何在一个或多个汽车部件上全面实现减重,进而为其他汽车部件提供进一步减重和降低本钱的时机 。研究标明,本钱有效性的解决计划显现于生铝密集型的轿车和卡车身上 。在一定条件下,大容量车辆接纳铝密集车经济上是可行的 。在使用历程中,这些铝密集型的汽车可大大节约油耗,从而给消费者带来实实在在的利益 。举个例子,新型捷豹XJ(Jaguar XJ),由于其接纳了轻型的铝合金车身结构及先进的动力系统,与同类使用钢铁结构的汽车相比,在使用期内的本钱极低 。另外,铝在金属接纳中凭借其较高的废物价值,在资助废旧汽车处理的事情中饰演着重要角色 。
 

  接纳再生

  

  铝可以重复利用,同时节约原铝生产环节所需的95%的能源 。交通领域中的铝制品是业已保存的接纳系统的一部分,接纳再利用的铝险些可用在任何领域,从而节约了原铝生产的原料,降低了污染物排放,并节约了大宗的能源 。目前,铝在金属接纳中凭借其较高的废物价值,在废旧汽车处理的事情中饰演着重要角色 。铝制汽车废物在美国的消费价格(2010年4 月)为1830美元/吨,而钢制汽车废物价格是400 美元/吨 。
 

  而铝用量的增加,由于其废物价值为正,不但可提升汽车的价值,也可以增加汽车报废后废物的价值,同时降低需要在美国掩埋的非金属废物的数量 。大宗的高效率处理技术被用来接纳废旧汽车中的铝 。另有一些正在应用或仍处于开发中的分类技术,可进一步提高接纳率和接纳质料的质量 。
 

  使用种种疏散技术获得的铝制废物目前主要是加工成铝铸造合金,用来生产铸件包括发动机罩、汽缸头和变速箱 。目前,车身中使用的铸造铝合金越来越多,因此,变形合金废物也会不绝增加 。因此,在未来数十年内,从汽车中疏散收集的变形合金也会变得经济可行 。
 

  时尚性
 

  在已往200年中,由立异的运输解决计划所带来的不绝增加的行动力一直是时尚的代名词 。经久不衰的时尚产品,包括汽车,其精髓均在于伟大的设计和高质量的质料 。已往两个世纪中,一些时尚汽车(另有一些建筑、消费品、时装配饰),都接纳铝,这不但仅出于功效需要,也考虑了铝能带来的审美效果,以及它的经久耐用、可成形性能和后处理工艺的多样性 。福特的气流拖车,伦敦的爱神,菲利浦斯塔克的1006 椅子,iPod以及宝马328 赛车等,都充分利用了铝的轻型、高强度和耐用性,同时,在实现功效目标的同时,通过时尚的外表和感受体现了各自的文化特征 。
 

  铝是流线型时代的一种上乘质料,它清洁、平滑、平整、新颖,可以铸造和挤压成拥有诱人曲线的产品外观 。铝通讯(Aluminum News-Letter)在一篇文章中报道了流线型火车的设计,“在挤压零件形状设计上,工程师不是设计满足古板零件形状的结构,而是凭据结构的轮廓,设计出需要满足该结构的零件形状” 。更重要的是,铝的轻质可带来更高的运行速度 。
进入飞机时代,铝这一极具未来感的质料,以其时尚和功效兼备的性质,创立着现代运输 。在继续生长高强度和减重等潜在优点的同时,铝材已经成为海陆空交通工具的外观体现质料 。
 

  耐久性

  

  纵然不经过喷漆和涂覆,铝也能对抗外界腐化,从而制止某些竞争质料所要求的电化学处理、涂覆和喷漆 。在沙漠酷热、北极严寒,或者紫外线照射,铝不会变脆,强度也不会降低 。在合理的设计和生产条件下,铝合金元件和结构件可以对抗腐化 。因此,铝成为交通运输行业的首选质料 。铝是一种高活性金属,易于迅速在空气中氧化,形成一层透明的氧化铝薄膜掩护层,阻止氧气和其他气体或液体向更深处侵入 。掩护层贴附在金属铝的外貌,它不会脱落,从而制止袒露更多的氧化面 。如果这一掩护层遭到破坏,将会自动形成新的掩护层,从而提供连续的掩护 。
 

  在交通行业,遵循一些应用准则,可以制止铝部件腐化问题 。例如,两种差别的金属在诸如水等的电解质中爆发接触,就有可能会爆发腐化 。一种常见的腐化就爆发在铝构件与它们的钢制紧固件之间 。主要的预防要领是使用阻隔质料把铝制元件与钢制紧固件疏散开来,从而制止接触 。

 

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