1 现代汽车工业是国民经济中的重要支柱产业
随着社会的发展及人们对高质量生活的追求，汽车已成为现代化物流及人们提高生活质量的重要工具。在新的世纪，愈来愈多的国家都以发展经济提高生活质量为重要任务，从而促使汽车工业的飞速发展。1970年全世界汽车年产量不到3500万辆，2012年达7500万辆，其中，轿车产品占75%?80%。未来随着中国、印度、巴西、非洲等发展中国家的高速发展，必然进一步推动汽车工业的发展。据国务院中心预测，2001-2014年的15年间全球汽车市场总规模将增长39%，年销售量达9000万辆以上。汽车工业早已成为发达国家和地区国民经济的支柱产业，并带动着冶金、石化、机械、电子、城建、能源等许多相关行业的迅速发展。
中国的汽车工业从1953年到现在已有50多年的历史，前30年以生产中型载重汽车为主，载货车占汽车总产量的85%-90%。1980年代末，我国加快轿车的发展，到2000年轿车的产量上升到55万辆，约占汽车年产总产量30%。据中国汽车工业协会提供资料，2004年我国生产汽车507.05万辆，客车123.95万辆，轿车231.63万辆。汽车总产量居世界第四，已接近德国。2006年产量达730万辆/a。其中乘用车达71%，基本接近世界汽车发达国家水平。汽车总产量超过德国，位居世界第三，而销售量达721万辆，超过日本，位居世界第二。轿车约为360万辆，约占汽车总产量的49%。2012年 我国汽车产、销量双双突破1900万辆，稳居世界第一，成为我国重要支柱产业之一。
当代汽车正朝着轻量化、高速、安全、舒适、低成本、低排放与节能的方向发展，节能、安全、环保是汽车现代化发展的三大主题。为了减轻重量、提高速度、节约能源，减少汽车尾气对空气的污染和保护日益恶化的臭氧层，铝材很快进入了汽车工业领域。目前，汽车零部件的铝化程度与日俱增，可望在不久的将来，安全、舒适、美观耐用、轻量化、易装配和维修、易回收、节能、无污染、综合性能优良的“全铝化”汽车将得到广泛普及。
2 铝合金材料是现代汽车轻量化的理想材料和首选材料
传统铝合金有铸造铝合金、变形铝合金、锻造铝合金、粉末冶金铝合金等多种类型。铸造铝合金目前大约占汽车用铝80% [3]。可用铝合金替代钢材的汽车部件有发动机缸体、铝合金车轮、悬挂系统零件、车身、热交换器等。“铝代替传统的钢铁制造汽车零部件，可使整车重量减轻30%-40%。铝制的发动机可减重30%，铝质散热器比相同的铜制品轻20%-40%，轿车铝车身比钢材制品轻40%以上，汽车铝车轮可减重30%左右，铝制零件代替钢铁零件也可大幅减重”。研究表明，汽车每使用1 kg铝，可降低自重2.25 kg，减重效应高达125%。此外铝合金具有良好的物理化学性能，工业生产中的铸、锻、冲工艺均可适用，是少数几种可采用多种铸造工艺生产零件的金属，最适合汽车零件生产且应用最广的是压力铸造工艺。正是由于铝合金的这些优良性能，加之我国铝资源较丰富，是仅次于钢铁的结构材料，使铝合金成为汽车轻量化中经济适用和最具竞争力的材料。
2.1 汽车工业的现代化及其对材料的要求
汽车工业的发展和应用的普及是与能源、环保和安全这三大问题息息相关的。虽然汽车作为社会发达与现代化的标志，带来了社会进步和繁荣，但是，同时也带来了能源、环保、安全、土地等一系列问题。无疑，这些都需要汽车工业自身和相关行业共同研究探索，以求得解决。为此，汽车行业多年来一直在从汽车产品自身结构设计、制造材料的选用和制造工艺等方面着手，努力开发研制现代型汽车，并特别注重节约能源和保护环境质量，把促进汽车轻量化作为首要解决的问题。
2.1.1 现代汽车的特征
从减少燃油的消耗以节约能源，降低CO2、CO、NO2等有害物质的排放量以改善环境质量，以及从满足人们对汽车产品的安全、可靠、舒适、美观等性能要求出发，人们提出了现代汽车（也有人称之为“21世纪汽车”、“全铝合金化汽车”、“新概念汽车”等）特征要求，其主要特点可以归纳为以下：
（1）实现整车框架和车体蒙皮全铝合金化。
（2）与同种规格车型的钢结构相比，整车重量减轻了30％?40％。
（3）整体结构可靠，可以确保达到抗冲撞、抗弯曲的标准试验要求，具有可靠的安全系数。
（4）其能耗仅为同种车型钢结构的一半。
（5）具有良好的再回收性能,当整车报废以后,汽车铝合金结构框架和附件均可重新回收再生,且耗费能量很少。
（6）由于这种车耗油省，废气排出量少，所以对城市空气污染程度大幅度降低。
根据以上要求，随着21世纪“新观念汽车”时代的到来，我们不难看到：抓紧研究和开发具有卓越性能的铝合金材料，增加品种，提高质量，降低成本，已成为铝加工行业和汽车行业迫在眉睫的新使命。
2.1.2 铝合金材料是促进汽车轻量化的最佳选择
铝合金及其加工材由于具有一系列优良特性，诸如密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、耐腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易表面着色、良好的加工成型性以及高的回收再生性等，因此，在工程领域内，铝一直被认为是“机会金属”或‘希望金属“，铝工业一直被认为“朝阳工业”。
早期，由于铝的价格较昂贵，在汽油既充足又便宜的年代，它被排斥在汽车工业和其它相关制造行业之外。但是，到1973年，由于石油危机的影响，这种观点完全改变了，为了节约能源、减少汽车尾气对空气的污染和保护日益恶化的臭氧层，铝合金材料才得以迅速地进入汽车领域，目前汽车零件的铝合金化程度正在与日俱增。
铝合金材料大量用于汽车工业，无论从汽车制造、汽车运营、废旧汽车回收等方面考虑，它都带来巨大的经济效益，而且随着汽车产量和社会保有量的增加，这种效应将更加明显。汽车用铝合金材料量增加后所带来的效应主要体现在以下几个方面：
（1）明显的减重效益
为了减轻汽车自重，一是改进汽车的结构设计，二是选用轻质材料（如铝合金、镁合金、塑料等）制造。到目前为止，前者已无太大的迥旋余地，因而汽车行业普遍注重于开发利用新的高强度钢材或铝、镁等合金材料。在轻质材料中，由于聚合物类的塑料制品在回收中又存在环境污染问题、镁合金材料的价格和安全性也限制了它的广泛应用。而铝合金材料由于有丰富的资源，随着电力工业的发展和铝冶炼工艺的改进，将使铝的产量迅速增加，成本相应下降，铝合金材料更兼有质轻（钢铁、铝、镁、塑料的密度分别为：7.8、2.7、1.74、1.1-1.2g/cm3）和良好的成型性、可焊性、抗蚀性、表面易着色性，而且铝合金材料的回收率约为80%，有60%的汽车用铝合金材料来自回收的废料，预计到2015年回收率可进一步提高到90%以上。理论上铝制汽车可以比钢制汽车减轻重量达30%?40%，其中铝质发动机可减重30%，铝散热器比铜的轻20%?40%，轿车车身的比钢材制品减重40%以上，汽车铝车轮可减重30%。因此，铝合金材料是汽车轻量化最理想的材料之一，见表1。
（2）可观的节能效果
减少燃油消耗的途径一般为：提高发动机效率（从设计着手），减少行驶阻力，改善传动机构效率及减轻汽车自重等，其中最有效的措施是减轻汽车自重，铝合金材料在汽车上的大量使用，正好满足这一点。
据资料介绍，一般车重每减轻1公斤则1升汽油可使汽车多行驶0.011公里，或者每运行1万公里就可节省汽油0.7公升，如果轿车用铝合金材料量达100公斤，那么每台轿车每年可节约汽油175升。预计到2012年，我国轿车的社会保有量将达10000?12000万辆，届时每年节省汽油1000亿升以上，节能效果十分可观的。
（3）减少大气污染，改善环境质量
汽车减重的同时，也减少了二氧化碳排放量（车重减少50%，CO2排放减少13%）。有人算了一笔帐，如果美国的轿车重量减轻25%，每天将节油75万桶，全年可减少二氧化碳排放量1.01亿吨，同时，氮气物、硫化物等的排放量也会相应减少，因而可大大减少环境污染，提高环境质量。
（4）有助于提高汽车的行驶性能，乘客的舒适性和安全性。
减轻车重可提高汽车的行驶性能，美国铝业协会提出，如果车重减轻25%，就可使汽车加速到60mph的时间从原来的10秒减少到6秒钟；使用铝合金车轮，使震动变小，可以使用更轻的反弹缓冲器；由于使用铝合金材料是在不减少汽车容积的情况下减轻汽车自重，减重效果为125％。 因而使汽车更稳定，乘客空间变大，在受冲击时铝合金结构能吸收分散更多的能量；因而更具舒适性和安全性。
2.2 铝合金材料在汽车工业上的应用概况
2.2.1 汽车用铝合金材料的快速增长
材料对汽车国际市场竞争有举足轻重的作用。一般来说，材料消耗费用占汽车生产成本的53％，因此，在相同条件下，汽车制造厂大力节约材料费用，降低汽车成本，就具有国际市场竞争实力。当代汽车发展方向的实现也是以新材料的应用为基础的。表2示出了世界汽车工业1980、1990、2000年汽车用材的组成比例。
由图表可见，钢铁、塑料、和附件的比例不断下降，而铝材比例由1980年的4％提高到2010年的29％，而且还有上升的趋势，预计到2015年可达35％以上，将部分替代钢铁成为汽车工业的基础材料。目前，全世界耗铝量的13％?16％以上用于汽车工业，有些工业发达国家已超过18％。单台汽车的铝材用量也在不断增加，1977年美、日、德单台汽车铝化率（铝材用量）分别为2.5％、（45kg）、2.6%(29kg)、3.0%(35kg)，到1989年则分别增至5％、（71kg）、4.9%(58kg)、5%(50kg)。1992年美国单台汽车用量达79.8kg，1993年美国平均达80.3kg，个别车种铝材用量已达295kg。日本1995年和2000年单台汽车铝材用量分别达130kg（11.8％）和270kg(31.8%)，汽车的重量也随之大幅度减轻。预计到2015年，美、欧、日等国单台汽车铝材量可达280kg以上，最高的可超过350kg。
2.2.2 汽车用铝合金材料的品种构成
世界各国工业用铝合金材料的品种结构虽然有一定差异，但大体是相同的。所用的铝合金材料基本上属两大类，即铸造铝合金和变形铝合金，前者用于生产各类铸件，后者用于生产各类加工材（如板、带、箔、型、棒、线）及锻件，各类加工材一般都需经过进一步加工才能成为汽车零部件。其品种构成；铸件占80%左右，锻件只占1%?3%，其余为加工材。美、日、德三个国家汽车用铝合金材料的品种构成见表3。
2004年,日本汽车用铝合金材料共110万吨/a,其品种的构成为:铸件77%(压铸件占53%、其它铸件占24％)，加工材21.5％（其中板材占11.5％、挤压材占10％），锻件1.5％。日本全部铝合金铸件中有82％是用于汽车，也就是说铝合金铸件工业的发展是同汽车工业的发展紧紧相关的。随着汽车铝化程度的提高，特别车厢板的铝化率增大，加工材的比例亦有大幅提高的趋势。
2.2.3 各品种铝合金材料的应用
早在20世纪初期，美国就将铝合金材料用到汽车车身和发动机上。日本汽车铝合金化是在1950年以后开始起步的。
率先用到汽车上的是铸造铝合金材料生产的各类铝合金铸件，主要是发动机上的部分零件（如活塞、缸盖等）以及变速箱、制动器、转向器等部件上的部分铝合金铸件。近年来，由于发动机缸体、变速箱壳体、轮毂等一批大型铝合金汽车零件的应用，使得汽车用铸造铝合金材料获得了飞速的发展。
变形铝合金材料主要用在汽车的散热系统、车身、底盘等部位上。如汽车水箱、汽车空调器的蒸发器和冷凝器等主要是用铝合金带箔材及管材；车身各部位（如发动机罩、行李箱盖、车身顶板、车身侧板、挡泥板、地板等）以及底盘等则多用板材、挤压型材。近年来，由于汽车散热系统、车身铝合金化进程加快，使汽车用变形铝合金材料也在迅速增长。最近十年汽车用铝合金材料各品种中加工材增加最为显著，达4倍（其中板带材4.6倍，挤压材4倍），锻件增长更快，近5年增长了15倍。表4为美国轿车自重变化情况。世界各国制定了中、长期轿车减重目标，中级轿车的自重降至1000kg以下，多为800?900kg范围内；美国为1000kg以下；西欧为900kg以下。现代汽车的自重不断降低，轻量化是汽车发展趋势。
汽车为达到减轻自重目的，铝用量不断增加。在20世纪的最后十多年内，美国各类汽车用铝平均每年增加近30kg/辆（表5），目前欧洲轿车用铝与1990年代初相比增长约3倍（表6）。近全世界铝铸件的产量平均每年以约3％的速度递增，其中60％-70％用于汽车工业。汽车产量上升将带动铝铸件产量增加。
美国过去24年里，一般家用汽车（车重1.5-1.6吨）铝铸件用量从1978年的42kg/辆上升到2002年的10kg/辆,美国汽车铝铸件增长1.7倍.预计今年世界轿车铝铸件用量将达到每年平均116kg左右,比1980年代增长70%左右,据有关方面预测,从2004?2013年汽车铝铸件增长率将保持在2.0%,汽车铝铸件将成为铸造业快速增长的市场。
目前, 欧州汽车的车身及构件用铝要高于北美(表7)。从铸造和变形铝材总体来讲,世界轿车用铝量均处于增长趋势,预计未来十年轿车用铝仍将继续上升。
目前,国内外各型汽车的主要零部件系统所使用铝铸件和变形铝材见表8、表9和图1。
3 现代汽车主要零部件铝化趋势
为了大幅度减轻车重，人们正急于研究对占车重比例大的车身（约30%）、发动机（约18%）、传动系（15%）、行走系（约16%）、车轮（约5%）等钢铁零件改用铝材。
3.1 车身板件的铝材化及铝合金
最近出现了从发动机罩、翼子板等部分车身铝外板发展为全部采用铝外板的汽车，获得了减轻车重40%?50%（相对钢板而言）的效果。
用于车身板的铝合金主要有Al-Cu-Mg系（2xxx系）、Al-Mg系（5xxx系）、Al-Mg-Si系（6xxx系）和Al-Mg-Zn-Cu系（7xxx系）。其中2xxx系列和6xxx系列、7xxx系列是热处理可强化的，而5xxx系是热处理不可强化合金。前者通过涂装烘干（170-200℃/20-30min）工序后强度得到提高，所以用于外板等要求强度、刚性的部位，后者成形性优良，用于内板等形状复杂的部位。美国1970年代研制了6009和6010汽车车身板铝合金，通过T4处理后强度分别比5182-Ｏ和2036－T4的低，但塑性较好，成形后喷漆烘烤过程中可实现人工时效，获得更高的强度。这两种合金既可单独用来做内外层壁板，也可用6009合金制造内层壁板，而用6010合金制造外层壁板。两个合金的废料不需分离可以混合回收后自身使用，或做铸件的原料。
正在开发的低密度、高强度、高弹性模量和超塑性优良的Al-Li合金，以及基于低噪音的需要并有助于轻量化而开发的铝防振板等,也有望用作车身壁板。
3.2 铝空间框架结构车体及铝材
目前，世界各国都在积极推进车身、车体主要部位的铝材化，采用铝材制造有特性的汽车．近年来提出的铝概念车（如图2所示），在车体结构上大多数采取无骨架式结构和空间框架式结构，适用的材料有板材、挤压型材、钎焊蜂巢状夹层材料等。从设计的自由度（特性化）、成本、轻型化、安全性等方面考虑，制造小批量、多品种的汽车时，以铝挤压型材为主体的空间框架结构大有发展前途。这种铝空间框架结构特点如表10所示。
图2 由铝挤压件和内部连接铝压铸接头经自动焊接后所形成的车身空间框架
在空间框架中一般用现有的中国铝材便可满足要求，板材一般用5052、5251、5182和6009等耐蚀性优良、加工性能良好的合金．挤压型材主要的采用6005、6061、6063、7003、7005合金空心材。关键的问题是薄壁化、强度适当、与其它材料易组合，接合部断面形状设计合理等。蜂巢状夹层板有可能在不久的将来得到广泛应用，这种板是由涂有硬钎焊料的薄板作为蜂巢状夹层结构的芯材及面板组成，除重量轻、刚性高外，高温强度、耐热性、耐蚀性等也很好，而且可以进行焊接、表面处理和弯曲加工。
3.3 热交换器的铝材化
从铝的特性看，热交换器是最适于用铝制造的部件。铝散热器的重量比铜的下降37%-45%，铜材价格约9万元／t，铝材3.5万元／t。而两者的加工费几乎相当。因此，日本和美国的汽车空调器几乎完全采用铝材。散热器的铝化率，欧洲达到90%-100%，美国达到80%-90%，日本达到70%-80%。我国也开始使用铝制散热器。铝制内冷却器、油冷却器、加热器心部等也在迅速普及。
根据轻量化、小型化、提高散热性、保证防蚀等需要，热交换器在结构上积极进行改进，从带有波纹的蛇型改为薄壁并流型、德朗杯型、单箱型等。在材料方面也在积极进行改进，例如为改善因薄壁化导致的强度降低，采用Al-Cu-Mn-Cr-Zr系合金和Al-Mn-Si-Fe系合金；根据牺牲阳极保护作用改进化学成分来进一步提高耐蚀性；开发了多层复合材料（Al-Mn涂层结构）；用钎焊方法进行成分调整等达到防蚀目的。这些改进技术已达到实用阶段。
3.4 行走系统部件的铝化
(1)铝合金车轮
近年来，铝车轮的尺寸有大型化的倾向，直径从355.60毫米向381-531.80毫米发展。此外，从防滑、制动装置的安装普及率等来看，为了减少非悬挂重量，正在加速安装铝合金车轮，目前国外汽车的安装率达90%以上，我国的比率尚未达到70%。（特别是重型汽车运用甚少）。
现在车轮主要采用重力铸造、低压铸造。但是，为了实现轻量化，将来要向薄型化、刚性优良的压力铸造、挤压铸造法转移。另一方面，为了进一步减轻重量，用铝板冲压加工、旋压加工做成整体车轮和两部分组合车轮，已在实际生产中采用。这种用6061T6合金制成的车轮比钢板冲压车轮重量减轻50%，旋压加工所需时间不到90秒／个，不需要组装作业，适用大批量生产。对这种车轮进行评价的结果表明，它具有和轧材同样的强度，和铸件同样的经济性。重型车的铝车轮一般用模锻法制造。
(2)悬挂系零件的铝材化
减轻悬挂系重量时，要兼顾行驶性、乘座舒适性等，其相应部件的轻量化、铝材化应和其机构的改进同时进行。例如，下臂、上臂、横梁、转向节类零件。还有盘式抽动器卡爪等已用铝锻件（6061）、铝挤压铸造件（AC4C、AC4CH）等，重量比钢件轻40%?50%；动力传动框架，发动机安装托架等已用板材（6061）使其轻量化；对保险杠、套管等，已用薄壁、刚性高的双、三层空心挤压型材（7021、7003、7029和7129）；传动系中传动轴、半轴、差速器箱在采用铝材使轻量化和减少振动上，取得了很大进展，今后有进一步发展的倾向。
3.5 发动机部件的铝化
(1)铝合金发动机零件
占发动机重量25%的气缸体正在加速铝材化，据本田公司报道，用新压铸法（低压、中压铸造）成功地实现了100%铝化，减少壁厚10毫米，相当于减轻重量1-1.5kg。
过去已进行活塞、连杆、摇臂等发动机主要零件的铝材化工作，为了提高性能正在进行急冷凝固粉末合金、复合材料等的开发及实用化，此外还在开发耐热强度高的Ti-35%Al合金，用来制造进、排气阀和连杆等。
例如，日本某汽车厂的2.0L级汽车，每台发动机用铝量约26kg（发动机铝材率约17%），气缸体铝材化后，铝的使用量增加0.8倍，可减轻发动机重量20%左右。
(2)急冷凝固铝粉末合金（P/M）发动机零件
已开发出耐磨合金Al-20%?25%Si系、耐热耐磨合金Al-20%?25%Si-（Fe,Ni）系、耐热合金Al-7%?10Fe系。前两者线膨胀系数为(16～17)×10-6/℃，后两者杨氏模量为（9200-10600）×9.8兆帕，显示出原熔炼铝合金（I/M）所不具备的特性。正在用它们制造活塞、连杆、气缸套、气门挺杆等发动机零件和汽车空调设备的压缩机叶片、转子等。
(3)铝基复合材料(MMC)发动机零件
若用陶瓷纤维、晶须、微粒等增强铝合金，则比强度，比弹性模量、耐热性、耐磨性等可大幅度提高。例如SiC晶须强化的铝复合材料（基体为6061合金），随着强化体积百分率增加，若干特性均有提高．当Vf=30%时，强度为50×9.8兆帕，弹性模量为12000×9.8兆帕，是6061合金的1.6倍左右，高温强度、疲劳强度也得到提高；Vf=20%时，线膨胀系数约降低65%。柴油发动机用铝合金活塞头的顶角部分已采用复合材料，正在研究和试用的Al-不锈钢连杆、Al-石墨活塞等都将很快在工业生产上应用。
4 汽车用铝材的重点研发新方向
4.1 对未来汽车的要求
对于未来汽车，现在迫切需要研究的是环境污染、安全性和降低燃料消耗量等问题。与地球的温室化、大气污染相对应的轻量化技术被提高到相当高的位置。不会出现废气的电动汽车是未来汽车的代表，但这种电动汽车必须把发动机变为电池，电池的输出功率很低，因此汽车车体要求大幅度轻量化。如前所述，汽车轻量化的主要有效途径是提高铝化程度。但是，伴随着铝使用比例增加所产生的最大问题将是生产成本的大幅度提高。因此，未来汽车铝化的扩大，必将依靠对铝化的需求和生产成本的平衡来支配。
4.2 汽车铝材研发与应用新方向
MSX赛车用铝比率已达31.3%。据此推测，未来汽车的铝化界限可达30%～50%。因此，降低铝化成本，提高生产效率是今后的努力方向。
（1）新型铝合金车身材料的研发
① 现代汽车车身材料的组成
车身是形成汽车的主构架部分，是由许多零部件构成的。在喷漆处理前的车身被称做白色车身，是汽车中质量最重的部件。车身分外板和内板两部分。
外板材：适用具有优良的耐蚀性及成形性和时效硬化性材料。
内板材：适用优良的成形性及耐蚀性的材料。
骨架材：适用强度、焊接性优良的材料。
挤压材（端面密封）：适用挤压性、焊接性优良的材料。
② 对现代汽车车身材料的基本要求
车身是形成汽车的主体部分之一，也是现代汽车轻量化的主要部分。车身呈流线型，形状十分复杂，曲面大而多，成形十分困难；车身是汽车的重要承力结构而且要承受空气阻力；车身由许多零部件组成，需要组焊和焊接；此
外，车身材料还需要有耐磨性、耐候性和抗腐蚀性能等等，归纳起来，现代汽车车身板材料应具有以下基本性能。
1）具有中等以上强度和刚度；
2）具有良好的塑性，可适应深冲变形；
3）具有良好的可焊接性；
4）具有一定的耐蚀性和耐磨性；
5）具有可自时效性；
6）密度低、比强度、比刚度高。
③ 国外的研发情况
为了寻找优质的现代汽车用车身板材料，世界各国作了很多的工作，对高强钢、高强不锈钢、铝合金、镁合金、复合材料及塑料进行大量对比研究。近年来，铝合金材料在现代汽车车身上的应用尤其受到青睐。
长期以来，各国学者和工程师对Al-Cu(2xxx系)，Al-Mg-Si（6xxx系)和Al-Mg(5xxx系)等几十种铝合金进行了深入研究。经过对比筛选确认，6xxx系合金材料具有最佳的综合性能。目前，国外铝制车身常用铝合金化学成分见表11。部分材料其T4及烤漆后的性能见表12，成形性及力学性能见表13。
美国汽车制造商多选用具有较高强度的6111合金，欧洲更多采用是有较好成形性的6016。最新研究表明，6005A合金的性能也较理想。日本为达到缓冲目的、增强抗冲击强度，十分注重使用6xxx系的高强度合金“口”、“日”、“目”、“田”字形状的薄壁和中空型材，研制开发高性能用铝板和增强缓冲性能的铝挤压材。
在6xxx系合金中，6009和6016合金具有相近的力学性能，其T4状态下的 较低，但有优异成形性，可与5182-0板相媲美，且不出现勒德斯线，但烤漆后强度仅为180 ,而6010合金T4状态下的强度150-170 ，烤漆后超过200 ，为制造车身板提供了良好的最初成形性和最终使用性能。目前，欧美等国主要以6xxx系合金为基础开发铝合金车身板，如车盖以及车门等车身构件。欧美广泛使用6016合金，北美主要使用6111合金及抗腐蚀好的6022合金等。
④ 国内的研发情况
轿车的车身用铝已引起我国汽车行业重视，但起步较晚，国外轿车车身所用的多种变形铝材，目前国内暂无合适的产品选用，合金牌号和品种规格也不能满足选材的需求，有待我国汽车行业和有色加工行业共同开发。
近几年来，在国家发改委和科技部的主持下，组织汽车部门和有色部门的有关企业（西南铝、东北轻、一汽、二汽）、大学（中南大学、东北大学等）、研究院所（如汽车研究所、材料研究所、北京有色研究院等）成立联合攻关组对适合我国汽车工业用的铝合金车身材料进行研发。要求铝合金板材性能达到美国6111和5182合金的水平；并且有烘烤硬化性,烘烤硬化后 ≥180 Mpa;板材能满足发动机盖板外板冲压性能的要求.油漆防腐性达到镀层板的性能；焊接和翻边成形性能满足汽车外形和相应零件的要求．为了满足上述性能指标，攻关组对变形铝合金板材的化学成分，生产工艺、预处理工艺、热处理状态、冲压成形性和烘烤硬化性等进行了广泛的研究，并配合汽车制造厂对汽车零部件的加工性能和使用性能等进行了研究，并取得初步成果，如6016、6111、6009、6010、5754、5182等车身板材已于2011年投入试生产，可望在2015年投入批量生产。
近年来用特殊的挤压加工方法生产的框架型材正在进行研究，该研究可以预测无框架式车身的材料利用率及车身刚性和生产效率的提高等效果。在这种场合下，怎样建立使直线形型材曲线化的挤压技术、弯曲加工技术和连接技术是重要的，并希望以此来促进铝合金的开发。
表14为主要汽车车身板铝合金室温力学性能。可见，铝合金板材的主要力学性能已经和冷轧钢板较为接近，且经过模拟烤漆处理后可进一步强化。因此可以代替钢作为汽车车身板。
⑤ 铝合金汽车车身板的重点研发新方向和内容
汽车用铝合金板材、尤其是汽车用铝合金外板是铝合金板材生产中的顶级产品，在其研究中重点需解决的是抗时效稳定性、成形性、烘烤硬化性、翻边延性、油漆光鲜均匀性、抗凹性、表面处理技术等这些既相互联系又相互矛盾的特性的匹配和统一，满足铝合金汽车板的力学性能、工艺性能、构件成形性以及零部件的功能要求。其具体研究内容为：通过合金成分设计软件，完成汽车外覆盖件用铝合金板合金系列的选择和确定，以首先满足板材的成形性为依据，确定Fe、Mn、Mg、Si、Ti和Zn等合金元素及含量对板材不同性能的影响，达到最高的性价比及最佳的性能匹配。包括：热轧板的均匀化和组织细化处理技术；冷轧工艺控制及优化技术；合理和优化的预处理技术；板材晶粒度及第二相细化和均匀性的控制技术；铝合金汽车板成形性和抗凹性的评估方法；翻边延性的表征参量、试验方法及影响因素和评价指标的研究；研究铝合金的连接方法，包括不同的焊接方法、连接、铆接方法等连接技术。
与发达国家相比，国内尚未大批量生产过6xxx车身板，研制也刚起步。为了赶上世界汽车工业的发展水平，国家发改委、科技部及国家教育部分别设立关于6xxx车身板的研究开发项目，总体目标为研制出一种用于汽车外车身板的铝合金材料，板厚在0.9-1.2mm，板宽700-2300mm，供货条件下的 和 值不低于0.25和0.7，经冲压成形（3%-5%的预应变）和烤漆（ 强化后，其屈服强度大于180MPa,抗拉强度超过260MPa。形成具有我国自主知识产权的铝合金轿车车身板制造工艺技术。
（2）防冲档及车门刚性结构件的研发
从安全性的观点考虑，汽车前后方向设置了防冲挡。侧面方向设有刚性加固梁的车门，为了轻量化，近年来增加了铝的用量，表15示出了防冲挡用铝合金的使用形式。小轿车表面以树脂化为主流，辅助加强材料，采用铁质的刚性构件、纤维复合树脂和铝制件等形式．因为铝具有轻量化、再生性等特点，所以，铝化的趋势越来越明显，图6表示的是铝合金开发所期望的技术课题。
（3）转动部分零部件的研发动向
转动部分包括车轮、悬架装置、制动器、转向机构等。以行驶性能为主结合商品性和安全性，从1980年代后半期至今进行了一系列的开发工作，这对汽车性能和可靠性的提高产生了巨大的影响。铝车轮的使用使轻量化向前迈进了一大步。
因为运转部分的零部件，最首要的要求是可靠性，所以，铝悬架装置零部件大部分用锻造法生产。
汽车悬架零部件所使用的合金以6061－T6为主。这是因为2xxx系合金、7xxx系合金的疲劳强度虽然很高，但在盐碱地区发生点腐蚀的情况很多，在耐腐蚀性试验后确认2xxx系合金、7xxx系合金的疲劳强度比6061合金低。
但是，使用高价锻造材料最主要的要求是轻量化效果的提高。以6061合金为基础，在其中添加微量的Cu和适量的Mg、Si不仅具有优良的耐蚀性，而且有较高的疲劳强度。这类铝合金的开发是必要的。
另外，成本的降低对用变形铝合金生产的型材和铸造材料的开发及批量生产是个推动。使强度和成本都处于优良状态的合金的开发，将是今后的发展方向。
转向机构及制动器零部件由于形状的原因大多使用铝铸造产品。多数零部件必须能承受超过10MPa（100气压）的压力并有良好的耐腐蚀性和强度，需要开发具有这种特性及铸造性的优秀合金。此外，考虑到制动器耐热的影响，要采用一部分难铸造铝合金中的Al-Cu系合金。目前正准备重新估价原来的Al-Si系合金为主流的铸造材料。
(4) 新型铝合金热交换材料的研制
热交换器用铝将随汽车产量增加而增加：汽车用各类热交换器向小型、轻量、高性能、低成本、耐用等方向发展，铝质热交换器比同结构铜质轻20% -40%，铝质热交换器在欧洲已占95%以上，汽车用不同排量发动机铝散热器的参考重量见表16。
目前，各类热交换器是变形铝材在汽车上用量最多的系统，它包括发动机散热器、机油散热器、中冷器、空调冷凝器和蒸发器等，主要耗用各种规格板、带、箔、复合带（箔）、挤制圆管、扁管和多孔扁管及微型特薄高精多孔扁管、焊接圆管和扁管等变形铝材，品种规格多，质量要求高。已研发的铝质散热器和中冷器结构形式及用材合金牌号列于表17中。
（5）商用汽车油箱和空压机储气筒用可焊中强铝合金板材研制
该材料主要用作商用汽车油箱和储气筒，代替原用铝板以减轻重量，增加美观和防锈性能，其力学性能要求达到美国50830状态的指标，б≥290mpa，б0.2≥145mpa，δ5≥20%；5083H116状态时бb≥290mpa，б0.2≥230mpa，δ5≥14%。
要求焊接性能好；有良好疲劳性能和拉压性能，以及封头冲压成形性能。
经西南铝、汽车研究所和中南大学等联合攻关，已取得了初步成功。
（6）锻造铝合金车轮及结构件的研发
汽车是使用铝合金锻件最有前途的行业，也是铝锻件的最大用户。主要作为轮毂（特别是重型汽车和大中型客车）、保险杠、底座大梁和其它一些小型铝锻件，主要用于大客车、卡车和重型汽车上。近年来，在中小型汽车、摩托车和高级轿车上也开始使用。据统计，世界上几年来铝轮毂的用量的年增长速度达20%以上，目前的使用量达数十亿个。我国刚刚起步，但一汽、二汽等大型汽车企业正在开始研发，随着汽车量的增加（2011年我国汽车产量预计达到1800万辆，世界汽车产量可能突破7500万辆/a），铝轮毂和其它铝锻件的用量将会得到惊人的发展。目前工业上常用的汽车铝合金车轮的制作方法主要有铸造法和锻造法两种。铸造法又分为重力铸造法和压力铸造法。铸造法生产的车轮产品的组织致密度和均匀性较差，力学性能较低。制造的精度（厚度）也较差，后续加工量大，不能满足高可靠性的轻量化乘用车性能要求，而且无法满足商用车的车轮的耐冲击和疲劳寿命及承载能力的要求。而用锻造法生产的铝合金汽车轮毂的力学性能良好，结构强度高，重量轻（壁厚薄）抗冲击能力高，防腐蚀性能和抗疲劳强度优良等优点，可以满足商用车车轮的要求，因此，逐渐成为汽车，特别是高级轿车和大型、重型、豪华型客车与货车用车轮的首选配件，有逐渐替代铸造铝合金车轮的趋势。如美国铝业公司用80MN大水压机生产的6061T6铝合金汽车轮毂，其晶粒变形流向与受力方向一致，强度与韧性及疲劳强度均大大高于铸造合金车轮，而重量则减少20%，伸长率可达12%?16%。而且具有相当高的吸震与承压能力，承受冲击能力强。
此外，锻铝车轮的致密度高，无疏松、针孔，表面无气孔，具有良好的表面处理性能。涂层均匀一致，结合力高，色彩调和美观。锻件车轮有很好的机械加工性能。由此可见，锻造铝车轮具有重量轻、比强度高、韧性和抗疲劳性与抗腐蚀性优良，导热性好，易于机械加工，圆形度好，抗冲击，使用安全，便于维修，使用成本低，节能，环保、美观耐用等特点，是汽车车轮等交通运输转动部件的理想材料，有广阔的应用前景。
试验研究和生产实践证明，以铝代钢，以铝代铜，以锻代铸是现代汽车轻量化的必然趋势。
5 结论
作者在掌握了大量现场资料和文献资料的基础上，全面系统地论述了国内外汽车工业用铝材的发展现状与趋势、汽车用铝合金及主要零部件的铝化程度、汽车用铝合金的新开发和新应用，我国汽车用铝材的研发与应用状况等问题。指出汽车材料铝化是现代汽车轻量化的主要途径。对加速我国汽车铝材的重点研发提出了建议。
5.1 从实现高速、安全、舒适、美观耐用、轻量化、节能、保护环境、降低综合成本及提高综合性能等方面来看，铝合金是汽车工业现代化的最理想的材料，以铝代钢，以铝代铜，以锻代铸是现代汽车轻量化的必然趋势。
5.2 世界各国正致力于汽车主要零部件的铝合金化，并取得了突破性进展。目前发达国家每辆轿车用铝量平均达180公斤，铝化率达15%，到2015年估计用铝量可达270公斤/辆以上，铝化率32%以上，据预测汽车零件的极限铝化率可达50%。而我国目前汽车的平均用铝量仅为75公斤/辆左右，铝化率不到8%，差距比较大。
5.3 未来汽车是一种以电池代替发动机的无污染交通工具，由于电池功率小，轻量化成了最关键的问题，因此，全铝化的由铝型材组焊而成的框架式整体车身现代化汽车将成为本世纪汽车的发展方向。
5.4 随着汽车铝化程度的提高，要求研制开发不同用途的新型铝合金和不同规格品种的新型铝材，这将大大促进铝合金及其加工技术的发展，促进铝材在汽车工业上的应用，可以预见，铝材将部分替代钢铁成为汽车工业的基础材料。
5.5 为了加速我国汽车工业用铝材的发展，满足汽车工业现代化的需要，应加强宏观调控，重点支持研发汽车用铝材新合金、新材料新产品，优化生产工艺，稳定产品质量，降低生产成本。
