Où sont utilisées les pièces en alliage d'aluminium dans les automobiles ?

À l'heure actuelle, les États-Unis, le Japon et l'Allemagne sont les pays qui utilisent le plus d'alliages d'aluminium pour les automobiles. Par exemple, les Audi A8 et A2 de Volkswagen en Allemagne et le NXS du Japon utilisent 80 % d'alliages d'aluminium pour la carrosserie. À l'exception de l'alliage d'aluminium utilisé par Shanghai Santana, FAW Audi et Jetta (qui sont toutes des chaînes de production importées), les automobiles de mon pays ont plus de drapeaux rouges, environ 80-100 kg. Certaines données montrent que le remplacement de la structure en acier traditionnelle par une structure en alliage d'aluminium peut réduire la qualité des automobiles de 30 à 40 %, la fabrication de moteurs peut réduire de 30 % et la fabrication de roues de 50 %. L'utilisation d'alliages d'aluminium est l'un des moyens importants pour que les automobiles soient légères, respectueuses de l'environnement, économes en énergie, rapides et efficaces dans le transport. Par conséquent, la recherche et le développement de voitures en alliage d'aluminium sont maintenant très nécessaires. Les principaux avantages de l'alliage d'aluminium sont sa légèreté et sa bonne dissipation thermique. Avec le développement de la technologie des moteurs, la structure des soupapes est devenue la tendance de conception dominante des moteurs.

Par rapport à un moteur à deux soupapes, une culasse à quatre soupapes par cylindre génère plus de chaleur qu'une culasse à deux soupapes par cylindre. L'utilisation d'une culasse tout en alliage d'aluminium est la meilleure solution. À l'heure actuelle, non seulement le piston, le radiateur, le carter d'huile et le bloc-cylindres des pièces de moteur de voiture sont en alliage d'aluminium, mais également la culasse et le vilebrequin

La boîte utilise également ce matériau. Dans la situation actuelle, il est devenu courant d'utiliser des alliages d'aluminium au lieu de la fonte dans les moteurs. La chemise de cylindre en aluminium des voitures françaises a atteint 100 % et le bloc-cylindres en aluminium a atteint 45 %. Au cours des prochaines années, avec le développement réussi de matériaux en alliage d'aluminium à haute résistance et de haute qualité et l'amélioration continue des procédés de fabrication, les matériaux en alliage d'aluminium seront de plus en plus utilisés pour fabriquer ce type de pièces. Les alliages d'aluminium pour automobiles peuvent être divisés en alliages d'aluminium moulés et alliages d'aluminium déformés. Les alliages d'aluminium coulé sont les plus utilisés dans les automobiles, représentant plus de 80%, qui sont divisés en pièces moulées par gravité, moulages à basse pression et autres pièces moulées spéciales. Les alliages d'aluminium déformés comprennent les plaques, les feuilles, les matériaux extrudés, les pièces forgées, etc. Bien qu'il existe certaines différences dans la variété et la composition des matériaux d'alliage d'aluminium industriels dans divers pays du monde, ils sont généralement les mêmes. Sa composition variétale : les pièces moulées représentent environ 80 %, les pièces forgées représentent 1 % à 3 % et le reste sont des matériaux transformés. L'alliage d'aluminium forgé représente une grande partie de l'industrie automobile américaine, atteignant 36%.

L'application de l'alliage d'aluminium de moulage 

L'alliage d'aluminium coulé a d'excellentes propriétés de coulée. L'alliage approprié et la méthode de coulée appropriée peuvent être sélectionnés en fonction des exigences du but d'utilisation, de la forme de la pièce, de la précision dimensionnelle, de la quantité, de la norme de qualité, des performances mécaniques et des avantages économiques. L'alliage d'aluminium moulé est principalement utilisé pour le moulage de blocs-cylindres, de carters d'embrayage, de carters d'essieu arrière, de boîtiers de boîtier de direction, de transmissions, de soupapes, de pompes à huile, de pompes à eau, de cache-culbuteurs, de roues, de cadres de moteur, d'étriers de frein, de cylindres et de non-moteur composants tels que les disques de frein. 

Alliage d'aluminium pour moteur 

L'alliage d'aluminium utilisé dans les moteurs automobiles est le plus léger, réduisant généralement le poids de plus de 30 %. De plus, le bloc-cylindres et la culasse du moteur nécessitent que le matériau ait une bonne conductivité thermique et une forte résistance à la corrosion, et l'alliage d'aluminium présente des caractéristiques exceptionnelles dans ces aspects. Par conséquent, divers constructeurs automobiles ont effectué des travaux de recherche et de développement sur l'aluminium des moteurs. À l'heure actuelle, de nombreuses entreprises automobiles étrangères ont adopté des blocs-cylindres et des culasses entièrement en aluminium. Par exemple, General Motors aux États-Unis a adopté des chemises de cylindre tout en aluminium; Les chemises de cylindres en aluminium des constructeurs automobiles français ont atteint 100 % et les blocs-cylindres en aluminium ont atteint 45 % ; Le Nissan VQ japonais et le Lexus IMZ-FEV6 de Toyota ont adopté l'huile moteur en fonte d'aluminium. Coque inférieure ; Le nouveau bloc-cylindres et la culasse du nouveau moteur V6 de Chrysler sont faits de matériaux en alliage d'aluminium.

Le moteur avancé W6.0 de 12 L de la Volkswagen allemande est essentiellement composé d'un alliage aluminium-magnésium. La berline Audi A8L 6.0 quattro adopte le moteur W12, ce qui réduit le poids du véhicule à 1980 kg, ce qui est inférieur à tous les autres modèles. Le moteur W12 a 450 chevaux et 560 Nm de puissance élevée, de sorte que sa puissance unitaire doit accélérer le poids de seulement 4.7 kg, ce qui est comparable aux voitures de sport hautes performances.

Le moteur de la série Polaris est le moteur haut de gamme de GM, à l'exception de la série de moteurs LS. Il s'agit du premier moteur V8 en alliage d'aluminium à arbres à cames en tête aux États-Unis. Sa chemise de cylindre est entièrement moulée sous pression en alliage d'aluminium. Le moteur de 4.6 litres actuellement largement utilisé dans Cadillac a une puissance maximale de 320 chevaux et un couple maximal de 427 Nm. Les modèles suralimentés utilisés dans la série V hautes performances peuvent même atteindre 476 chevaux/606 Nm.

Alliage d'aluminium pour moyeu de roue 

Les roues en aluminium remplacent progressivement les roues en acier en raison de leur légèreté, de leur bonne dissipation thermique et de leur bel aspect. Au cours des 10 dernières années, les roues automobiles mondiales en alliage d'aluminium ont augmenté à un taux de croissance annuel de 7.6 %. Selon les analyses, d'ici 2010, le taux d'aluminisation des roues automobiles atteindra 72 à 78 %. A365 est un alliage d'aluminium coulé, qui a de bonnes propriétés de coulée et des propriétés mécaniques complètes élevées. Partout dans le monde, les roues en alliage d'aluminium coulé sont produites par ce type d'alliage. L'usine de traitement d'aluminium du sud-ouest de mon pays et la société japonaise Light Metal Co., Ltd. ont développé conjointement des jantes en alliage d'aluminium A6061. Les roues en aluminium largement utilisées dans les automobiles sont un exemple d'application des alliages d'aluminium aux automobiles. Presque tous les nouveaux modèles utilisent des jantes en alliage d'aluminium.

Application d'alliage d'aluminium forgé  

Les alliages d'aluminium déformés sont principalement utilisés dans les automobiles pour fabriquer des panneaux de carrosserie tels que des portes et des coffres, des pare-chocs, des capots de moteur, des rayons de roue, des enjoliveurs de moyeu, des enjoliveurs extérieurs de roue, des capots de protection pour ensembles de freins, des capots de silencieux et des freins antiblocage. Les pièces structurelles telles que les systèmes de freinage, les échangeurs de chaleur, les cadres de carrosserie, les sièges et les panneaux de plancher, ainsi que les pièces décoratives telles que les tableaux de bord.  

Alliage d'aluminium pour panneaux de carrosserie    

La proportion d'applications de plaques dans les voitures continue d'augmenter. Par exemple, les plaques en alliage d'aluminium de la série 6000 (série AI-Mg-Si) qui ont été traitées thermiquement (telles que T4, T6, T8) peuvent bien répondre aux exigences des automobiles en matière de coques. Fabriquer des matériaux de carrosserie. Les pièces en tôle de carrosserie de l'Audi A8 adoptent cette série de matériaux en alliage d'aluminium. De plus, les alliages d'aluminium de la série 2000 (série AI-Cu-Mg), de la série 5000 (série AI-Mg) et de la série 7000 (série AI-Mg-Zn-Cu) peuvent également être appliqués aux matériaux du corps. Ces dernières années, les alliages d'aluminium à haute résistance des séries 6000 et 7000 ont été utilisés pour développer des plaques minces et des profilés creux en forme de "口", "日", "目" "田", qui ne sont pas seulement légers. , haute résistance et bonne résistance aux fissures. , Et de bonnes performances de moulage, ont été largement utilisées dans les automobiles. 

Autres pièces structurelles en alliage d'aluminium 

L'alliage d'aluminium est également largement utilisé dans d'autres parties de la voiture, telles que : General Motors utilise une feuille d'aluminium 7021 pour fabriquer le support de renfort de pare-chocs de voiture Smure, Ford utilise une feuille d'aluminium 7021 pour fabriquer le support de renfort de pare-chocs de voiture Lincoln Town. Des matériaux en alliage d'aluminium sont également appliqués aux pièces de suspension automobile, ce qui réduit efficacement la qualité des pièces correspondantes et améliore la douceur et la stabilité de la conduite automobile, telles que les mâchoires de frein à disque et les cadres de transmission de puissance fabriqués à partir de pièces forgées 6061. En outre, les alliages d'aluminium sont également largement utilisés dans les systèmes de climatisation automobile. Par exemple, le Japon utilise l'alliage d'aluminium 6595 pour les radiateurs automobiles et les radiateurs de réfrigérateur.

L'application de nouveaux alliages d'aluminium dans les automobiles  

Alliage d'aluminium à solidification rapide

Dans des conditions de solidification rapide (vitesse de refroidissement de 104～109℃/S), le matériau provoquera de nouvelles caractéristiques dans la structure : microstructure ultra-fine ; augmenter la limite de solubilité solide de l'alliage; la composition est très uniforme, moins ségréguée ou pas de ségrégation ; formation d'une nouvelle équivalence métastable. Sur la base de ces caractéristiques, les alliages d'aluminium à solidification rapide seront inévitablement utilisés dans l'industrie automobile. Sumitomo Electric Company utilise un alliage d'aluminium à haute teneur en silicium PM AI-Si-X rapidement solidifié au lieu d'acier fritté pour fabriquer des rotors et des aubes de compresseur de climatisation automobile en grandes quantités, réduisant le poids du rotor de 60% et le poids de l'ensemble compresseur de 40 % ; Yamaha Motor Manufacturing Company Le piston en alliage d'aluminium à haute teneur en silicium à solidification rapide est également mis sur le marché. Par rapport à la fonte ordinaire, ce piston a une réduction de poids de 20%, une durée de vie de 30%, et réduit considérablement le bruit et la pollution ; Mazda Motor Company utilise le dépôt par pulvérisation d'alliage Al-Si-Fe-Cu-Mg pour créer un nouveau type de rotor de moteur, qui améliore l'efficacité du moteur et peut économiser du carburant de 20 %.  

Composite à matrice d'aluminium

Les fibres céramiques, les whiskers, les particules, etc. sont utilisées comme matériaux de renforcement pour produire des matériaux composites à base d'aluminium. La résistance spécifique, le module d'élasticité spécifique, la résistance à la chaleur, la résistance à l'usure, etc. sont considérablement améliorés et peuvent être utilisés comme pièces de moteur, telles que la métallurgie des poudres. Les pistons en alliage Al-Si développés avec succès et renforcés par des particules d'Al2O3 ou de SiC (moustaches) peuvent encore améliorer la résistance, la résistance à l'usure, la résistance à la chaleur et la résistance à la fatigue du piston tout en conservant les avantages des pistons en alliage Al-Si. Utilisé dans les moteurs d'automobiles; en outre, les matériaux composites à base d'aluminium renforcés de particules peuvent également être utilisés pour fabriquer des blocs-cylindres, des pistons et des bielles de moteurs de véhicules.

Alliage d'aluminium en mousse  

La mousse d'aluminium est un matériau poreux avec de nombreuses bulles réparties dans la matrice métallique. Ce matériau a un poids plus léger, un rapport résistance/poids plus élevé et présente des caractéristiques d'absorption d'énergie élevées, des caractéristiques d'amortissement élevées et des caractéristiques d'absorption des vibrations. Le panneau sandwich fabriqué en remplissant de la mousse d'aluminium entre deux panneaux extérieurs à haute résistance peut augmenter la rigidité, alléger le poids et améliorer les performances d'isolation thermique lorsqu'il est utilisé dans le panneau de toit de la carrosserie. Il est utilisé dans les pare-chocs, les poutres longitudinales et certaines pièces de pilier. Il peut augmenter la capacité d'absorption d'énergie d'impact lorsqu'il est en place, et il améliore la sécurité d'impact tout en réduisant le poids.  

Perspectives de développement de l'alliage d'aluminium dans les automobiles

Parmi les métaux légers, bien que la densité de l'alliage de magnésium soit inférieure à celle de l'alliage d'aluminium, le coût du lingot de magnésium est plus élevé et il existe de nombreux obstacles techniques dans le processus de fabrication des pièces, tels que le manque de moulage sous pression à haute température. données d'alliage et de conception, technologie de traitement de surface médiocre et faible niveau de liaison Par conséquent, l'utilisation actuelle dans les automobiles est assez limitée; alors que les alliages de titane utilisés dans l'aérospatiale ont une résistance mécanique élevée, mais le processus de fabrication est difficile et le coût de fabrication est cher, ce qui rend les alliages de titane incapables d'être utilisés dans la production automobile en grande quantité. L'alliage d'aluminium a de bonnes performances globales en termes de coût, de technologie de fabrication, de propriétés mécaniques, de développement durable (la plus grande teneur en aluminium de la croûte terrestre, représentant 8.1%) et d'autres aspects. Par conséquent, l'alliage d'aluminium est le matériau métallique léger préféré dans l'industrie automobile aujourd'hui et à l'avenir.

Chaque 1 kg d'aluminium utilisé dans une voiture peut réduire son propre poids de 2.25 kg, avec un effet de réduction de poids allant jusqu'à 125 %, et peut réduire les émissions de gaz d'échappement de 20 kg pendant tout le cycle de vie de la voiture. De plus, le recyclage de l'aluminium est simple, sauf pour l'acier. Il ressort du tableau ci-dessus que chaque kilogramme d'aluminium utilisé dans une voiture peut réduire son propre poids de 1 kg, avec un effet de réduction de poids allant jusqu'à 2.25 %, et peut réduire les émissions de gaz d'échappement pendant tout le cycle de vie du véhicule. auto. kg. De plus, l'aluminium est facile à recycler, et c'est un matériau qui peut être recyclé au maximum à l'exception de l'acier. Près de 125 % de l'aluminium utilisé dans les automobiles peut être recyclé et recyclé. L'aluminium a de bonnes propriétés physiques et chimiques. Il peut être appliqué aux processus de moulage, de forgeage et de poinçonnage dans la production industrielle. C'est l'un des rares matériaux métalliques qui peuvent être utilisés pour fabriquer des pièces par une variété de procédés de moulage. Il convient le mieux à une large gamme de procédés de coulée sous pression. . Cependant, le coût de l'alliage d'aluminium est toujours plus élevé que celui des matériaux en acier. Matériaux recyclés, près de 90 % de l'aluminium automobile peut être récupéré et recyclé. L'aluminium a de bonnes propriétés physiques et chimiques. Il peut être appliqué aux processus de moulage, de forgeage et de poinçonnage dans la production industrielle. C'est l'un des rares matériaux métalliques qui peuvent être utilisés pour fabriquer des pièces par une variété de procédés de moulage. Il convient le mieux à une large gamme de procédés de coulée sous pression. . Cependant, le coût de l'alliage d'aluminium est toujours plus élevé que celui des matériaux en acier. Le poids de la carrosserie représente environ 90% du poids total de la voiture, de sorte que la légèreté de la carrosserie joue un rôle important. Sur les panneaux intérieurs et extérieurs de la voiture

L'utilisation de plaques en alliage d'aluminium au lieu de plaques d'acier peut réduire le poids du corps d'environ 40 à 50 % ; si les pièces de revêtement en alliage d'aluminium sont utilisées pour réduire le poids de l'ensemble du véhicule de 10 à 15 %, on peut voir que l'effet de réduction de poids de l'utilisation de plaques de carrosserie en alliage d'aluminium est très important. L'alliage d'aluminium fournit une bonne base d'application et des perspectives de marché dans les applications automobiles légères, ce qui apportera inévitablement de plus grandes opportunités pour l'application de panneaux automobiles en alliage d'aluminium. Par conséquent, l'utilisation de plaques d'alliage d'aluminium pour remplacer les plaques d'acier pour fabriquer des panneaux de carrosserie est également un moyen inévitable de réduire le poids des automobiles. La carrosserie entière de la berline premium allemande Audi A8 est en aluminium, le cadre est une structure de cadre tridimensionnelle et le couvercle est estampé en aluminium. Par rapport au corps en acier, ce type de corps en aluminium présente une réduction de masse de 30 à 50 % et une réduction de 5 à 8 % de la consommation de carburant.

À l'heure actuelle, le volume de production automobile de mon pays se classe au quatrième rang mondial après les États-Unis, le Japon et l'Allemagne. En termes de taux d'aluminisation automatique, la technologie de mon pays est encore relativement en retard. À l'heure actuelle, l'utilisation de l'aluminium dans les automobiles des pays développés a atteint 138 kg et le taux d'aluminisation a atteint 12%. Cependant, l'utilisation de l'aluminium dans les automobiles dans mon pays est loin derrière les pays étrangers. La consommation moyenne d'aluminium n'est que de 60 kg et le taux d'aluminisation est inférieur à 5%. Par conséquent, les perspectives de développement du marché des alliages d'aluminium automobile de mon pays sont très larges. 

Quatre obstacles majeurs à l'application des alliages d'aluminium 

L'élargissement de l'application de l'alliage d'aluminium dans les automobiles produira d'énormes avantages économiques et sociaux, mais il existe toujours les solutions urgentes suivantes :   

1. La performance de la feuille d'alliage d'aluminium doit être améliorée 
2. Établir une base de données d'alliages d'aluminium pour automobiles 
3. Développement de méthodes de conception, de méthodes de calcul de structure et de procédés de formage pour les pièces en alliage d'aluminium
4. Simulation informatique et méthode de procédé de soudage 
5. Étudier la morphologie de surface des matériaux en alliage d'aluminium, le prétraitement avant peinture et la prévention après peinture.
6. Effets de corrosion et autres problèmes, les données accumulées fournissent des données de base pour la formulation du processus d'application d'alliage d'aluminium 
7. Le marché de la réparation manque d'expérience et de méthodes pour les principes de restauration et de récupération des pièces structurelles en alliage d'aluminium et des pièces de revêtement après collision, et réparation par soudage après fissuration.

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