汽车材料钢铝之争（下）：如果不是为了轻量化，我才不用铝做汽车

上一篇文章，我给大家科普了汽车用钢材，让大家知道钢材不是高端、廉价的代名词，它也是高端、有档次的。 而更多的人还是喜欢铝，认为铝比较中间。 据说铝制的车辆不能在路上行走。 明天老侯就来带大家看看这个铝的中间层在哪里。

说到铝，如果你是60后、70后，请下来走几步。 你还记得小时候，家里到处都是铝制品，有铝锅、铝碗、铝勺、铝盆、铝勺、铝饭盒，甚至电线电缆都是铝制的。 铝制品占据了我们生活的大部分，是不可缺少的生活用品。 后来科学研究发现，人体内铝浓度较低会降低患老年痴呆症的风险，于是人们逐渐用钢铁和塑料代替铝来制造日常用具，铝更多地用于工业生产。 。

铝，元素周期表中第13号元素，相对原子量为27。铝原子最内层有3个自由电子。 它具有良好的物理性质，能与多种酸、碱发生物理反应。 地幔中铝的含量仅次于氧和硅，居第三位，占构成地壳物质的8%以上。 它是地幔中含量最丰富的金属元素。 纯铝是一种银蓝色轻金属，相对密度为2.7g/cm3，熔点为660℃。 沸点2327℃。 它质地柔软，具有良好的延伸性。 可制成厚度小于0.01mm的铝镀层。 还可制成铝丝、铝带，并可轧制成各种铝制品。

铝还具有良好的导电性。 其导电率仅次于银、铜、金，约为铜的2/3。 而且铝的密度很低，仅为铜的1/3，而银、金属于贵金属，无法大规模用于工业电力。 因此，铝广泛应用于家电制造业、电线电缆行业、无线电行业。 据悉，铝还是热的良导体。 其导热系数是铁的三倍。 铝在工业上可用于制造各种热交换器、散热材料、厨房用具等。铝还具有良好的吸音性能和扬声器功效，因此广播室和现代小型建筑的室外天花板也采用铝。 铝的另一个重要特性是耐高温。 在-183~-253℃时不冷脆。 随着湿度增加，硬度降低。 甚至可以在液氢、液氨环境下工作，是理想的高温材料。 大规模应用在冷库、冰柜、南极雪地摩托等。

据悉，铝还有一个特殊的优点，那就是在空气中不易腐蚀。 对此你一定感到非常惊讶。 铝是一种光亮的金属，为什么不容易被腐蚀呢？ 铁在空气中也会生锈吗？

这与铝的物理性能有关。 铝非常聪明。 即使在干燥的空气中，它也会立即与空气中的二氧化碳发生物理反应，立即在铝的表面形成一层氧化铝膜。 这种氧化膜实际上很薄，长度只有几纳米，而且其物理性质非常稳定，结构致密，可以阻止二氧化碳和水的进入，从而防止进一步腐蚀。 因此，铝在空气中非常稳定。 正因为如此，铝在工业上经常被用来制造物理反应器、医疗设备、制冷设备、石油精炼设备、石油和天然管道等。据悉，用铝制成的机体还可以在不损坏的情况下使用更长时间。腐蚀。

铝金属晶体具有面心立方结构，因此玉石本身较软，硬度较低，不适合在工业生产中大规模应用。 而在纯铝中添加个别金属元素，如铜、硅、镁、锌、锰、镍、铁、钛、铬、锂等，形成铝合金，如硬铝、超硬铝、防锈铝和铸铝。 等待。 这种铝合金通过适当的热处理可以大大提高其机械性能。 在保持纯铝轻质的同时，还具有较高的机械硬度，广泛应用于机械制造、运输机械、动力机械和民用航空等领域。 工业等。如今，铝及铝合金已成为工业上应用最广泛的有色金属结构材料。 它们的产值和用量仅次于钢铁，成为人类使用的第二大金属。

需要强调的是，中国是铝的使用大国，铝产量居世界第一。 美国很多用铜制成的物品，在中国却是用铝或钢制成的，比如电缆、电缆等。这主要是因为中国是一个铜少的国家，铁矿石储量极其有限。 每年需要进口大量金矿石，很容易陷入困境，所以只能用铝来替代。 而且，铝矿开采和炼钢都是高耗能、高污染行业。 电解铝需要大量的电力。 近年来，由于节能降耗的限制，铝工业遇到了很大的阻碍。 铜是一个持续看好的行业，可以适当关注。

我们先来说说铝在汽车上的应用。

车辆是一种将人或货物从一个地方连接到另一个地方的高速运输工具。 车辆行驶的道路复杂多变，承受的载荷非常大。 因此，车辆必须具有较高的硬度和刚度。 钢材恰恰能满足这一需求，因此多年来钢材一直是制造车辆最重要的原材料。 铝合金及其合金的机械性能在硬度、刚度、硬度、韧性、弹性等方面都远远不如钢，为什么它们在车辆上的应用越来越多呢？

最重要的原因是汽车轻量化的趋势。

进入21世纪以来，能源危机和空气污染已成为世界性问题。 汽车是主要的能源消耗者和空气污染物排放者，减少能源消耗和污染物排放刻不容缓。 那么如何提高这个指标呢？

最直接有效的方法就是减轻车辆的重量，即车辆轻量化。 相关数据显示，车重每减轻50kg，每升燃油行驶距离可减少2km； 车重每减轻1%，油耗就会增加0.6%至1%。 因此，近年来，同规格车型的重量逐渐减轻。

减轻车辆重量的主要措施一方面是采用更合理的结构，精确地利用每一克材料，用更少的材料实现更高的硬度； 另一方面是采用更轻的材料，例如铝及其合金。 采取行动的最重要方式。

由于铝合金的密度只有铁的三分之一，但比硬度却不低，因此使用铝合金可以大大减轻车辆的重量。 有数据表明，用铝合金结构替代传统钢结构，可减轻车辆质量30%~40%； 铝合金底盘比钢底盘轻30%； 铝合金轮毂比钢轮轻 重量减轻40%-50%； 如果采用铝合金覆盖件，整车可减重10%-15%等。例如凯迪拉克A8整个车身采用铝板，车架采用三维框架结构，覆盖部件由铝注塑而成。 与钢制车身相比，这些铝制车身的质量减少了30-50%，油耗降低了5-8%。 节能效果非常显着。

因此，铝及其合金在车辆上得到了广泛的应用。 现代汽车底盘缸体、缸盖、活塞、发动机水泵、水泵、配气机构、油底壳、水箱，以及离合器壳、变速器阀体、后桥壳、转向器壳、悬架、车轮、车身板材及装饰件均采用铝合金材质。 下面是替代铸铁和钢零件的型材的质量比较表。 从表中可以看出，车辆每使用1公斤铝，车辆自重可减少2.25公斤。 减肥效果高达125%。 车辆整个使用寿命期间废水排放量可减少20%。 公斤。 因此，使用铝合金是减轻车辆重量、改善环保、节约能源、提高速度、提高运输效率的重要途径之一。

您最关心的当然是车辆的这些部件：底盘、悬架系统、车轮、车门和轮组。

大多数现代客车的底盘都是由铝合金制成的。 与铸铁缸体相比，这些铝制缸盖不仅重量更轻，而且散热性能更好。 但除了这一优点外，在其他方面，如耐热性、缸体硬度、可修复性、耐用性、过载能力等方面均不如铸铁缸体。因此，有些车型仍坚持使用铸铁缸体。 据悉，汽油发动机由于负荷重，几乎都采用铸铁气缸。 另外，大家还需要清楚所谓的全铝缸体。 只有发动机曲轴是铝制的。 这并不意味着底盘中的所有部件均由铝制成。 主要运动部件和受力部件仍由钢制成。

悬挂系统是否采用铝制也是大家关注的热点之一。 高端车辆的悬架系统，包括上下臂、轮毂、转向节等均采用铝合金材质。 使用铝合金的主要目的是减轻重量，增加簧下质量，可以有效增强车辆的操纵性能，提高车辆的行驶质量。 但铝的硬度不如钢，因此采用铝合金制成的悬架系统体积会更大，从而降低了车辆悬架系统布置的难度。 同时，铝合金的硬度不如钢，遇到较大的冲击力时容易发生脆化。 对于普通家用车来说，采用普通钢制悬架系统就足以满足使用需要。 刻意追求铝合金悬架可能会花费更多。 简单来说就是用铝的比较好，不用的话也没什么问题。

车轮几乎全部由铝合金制成。 现代车辆90%以上的轮圈均采用铝合金材质，只有部分特殊车型仍采用铁轮圈。 铝合金轮毂重量轻、散热好、外观多样、更加美观，因此很受大家的喜爱。 铝合金轮毂分为锻造和铸造两种。 锻造材料密度更大、硬度更高，通常用于高端车型和有特殊需求的跑车。 铸造轮毂相对较差，用于普通家用汽车。 够了。 铝合金轮毂最大的缺点是不耐摔，受到较大冲击时很容易断裂。 你必须注意这一点。

如果车门和车轮都是铝制的，就可以称为全铝车身。 如今，采用全铝车身的车型并不多。 仅有奔驰A8、捷豹、蔚来、特斯拉、路虎等少数车型。 大多数车型仍然采用钢制或钢铝混合车身。 有人批评说，既然你们都认为全铝车身更好，那为什么豪车不都采用全铝车身呢？ 虽然豪华车对成本不那么敏感。

全铝机身虽然看上去很漂亮，但实际使用起来却并不那么赏心悦目。 首先，全铝车身的安全性不如钢车身，这对于豪华车来说是一个致命缺陷； 其次，制造全铝车身比较困难，因为铝不像钢那样容易钎焊，所以很多铝车身都是用胶水制成的。 采用胶合或点焊的方式，工艺极其复杂； 第三，全铝车身后期修复难度大。 铝的可修复性不好。 车祸发生后，通常只能更换，很难修复。 如果轮组损坏，钢制车身可以用钣金修复，但铝合金车身几乎难以修复，只能报废。 特斯拉下一步就是采用铸造铝合金车身，这就更可怕了。 身体遭受了大的碰撞，连修复的机会都报废了。 因此，全铝车身在后期的使用过程中不会发挥作用，而且维护成本特别昂贵。 谈到迈巴赫铝改钢之争，从个人角度来看，并不一定是车企想要简化设备、降低成本，更多的是根据中国国情来增加后期的使用和维护成本。

还有一个大家特别关心的焦点问题，那就是前后防撞主梁。 如果某款车型的主防撞梁是铝合金的，你会说这家车企真是良心良心。 虽然铝合金防撞主梁和钢制防撞主梁在功能上没有什么区别，使用效果也并不比钢制的好，但只是你们都喜欢，所以车企才用。 虽然防撞主梁可以看作是车身的一部分，

写了很多滔滔不绝，但最后还是可以总结一下：铝材在汽车上的大规模应用，主要是因为汽车的轻量化要求。 就目前的工业水平而言，铝及其合金各方面均不如钢，且加工工艺复杂。 我相信，如果没有轻量化，没有哪个车辆工程师愿意用这个东西来造车辆。 铝并不中间，它只是目前轻量化车辆的最佳选择。 如果有更轻、机械性能更好的材料来替代它，比如碳纤维，它很快就会衰落。