当前位置: 品牌 > 行业纵横
​汽车轻量化行业分析——轻量化需求驱动下的铝合金压铸(二)
发布时间:2020年05月07日 10:01


汽车轻量化路径:材料、工艺、结构设计并行


 铝合金综合性价比突出,是汽车轻量化的首选材料

目前汽车轻量化使用的材料主要有:高强度钢、铝合金、镁合金和碳纤维复合材料。从减重效果看,高 强度钢-铝合金-镁合金-碳纤维呈现减重效果递增的态势;从成本方面看,高强度钢-铝合金-镁合金-碳纤维呈 现成本递增的态势。在汽车轻量化材料中,铝合金材料综合性价比要高于钢、镁、塑料和复合材料,无论应 用技术还是运行安全性及循环再生利用都具有比较优势。铝合金应用范围广,国内外全铝汽车的快速发展, 特斯拉(TESLA)ModelS 系列车型中 95%结构采用铝合金材料。此外,上游供应稳定,配套产业完善,铝合金零部件厂商议价能力有保障。



 高强度钢

高强度钢是指冷轧340MPa、热轧490MPa以上的钢。钢的强度越高,减重效果越好。相对于传统的340MPa 的材料,600MPa级的钢种在理论上的减重潜能大约为20%,800MPa的材料减重潜能会提高至30%以上。目前高强钢主要应用在汽车安全件、底盘及车身等方面。



由于高强度钢相对于其他轻量化材料使用成本更低,各大车企以及相关配套企业对第三代先进高强度 钢研究及资金的投人力度越来越大。这些钢种通过调节合金成分及热处理工艺,获得比现有先进高强度钢更 高的强度和延展性能,连接能力也更加高效,同时成本也低。预计到2020年全球汽车先进高强度钢需求量2839万吨,年均复合增长12%,对应市场规模4258亿元。



 铝合金

铝的密度是钢的1/3,质量更轻,具有较高的比强度、很好的挤压性、很强的耐腐蚀性和高度的可回收 性。铝合金在汽车产品上运用,减重的同时,能实现更加的刹车性、更优的操控性、更好的驾驶舒适度和更 突出的动力。铝合金型材生产工艺流程:熔铸、挤压、表面处理、深加工工。



目前铸造铝合金约占汽车用铝量的77%,可用于制造发动机零部件、壳体类零件和底盘上的其他零件;变形铝合金(锻造铝合金和铝合金板材)在车身零件及结构件的应用方面也发展较快,主要应用于发动机盖、 翼子板、保险杠、车厢底板结构件、热交换器、车轮以及车身骨架等。汽车车身用铝合金材料主要包括:铜元素含量最高、硬度也较高的2000系;主含镁元素,又称“镁铝合金”的5000系;镁硅含量高、抗腐蚀和抗氧化性能好的6000系;镁锌铜含量高、可热处理合金、有良好的耐磨性和焊接性的7000系。汽车车身的不同受力部位会采用不同系列型号的板材、型材、管材及高性能铸铝等铝合金材料。



中国乘用车单车用铝量距离发达国家仍有一定距离。预计到2020年,我国乘用车平均单车用铝量将达231kg,年平均复合增速达15%。预计2020年我国汽车用铝量需求为510万吨,按照车用铝合金4万元/吨 市场价计算,市场空间可达2500亿元。2016-2020年 CAGR 为12%,其中 SUV 和新能源汽车将是汽车用铝 成长最快的领域。


 镁合金

镁合金是目前商用的最轻的金属结构材料。镁的密度只有1.8 g/cm3,是铝的2/3,钢的2/9,采用镁合金可在使用铝合金的基础上再减轻15%-20%。镁合金具有优良的导电性、导热性、电磁屏蔽性能、高的比 度、减震性、加工工艺性能、易回收和有利于环保。现阶段62%的镁合金制品应用在汽车产业上,镁合金在 汽车上的应用主要集中于车身、发动机和内饰三大部分。镁合金在汽车上应用的零部件有100多种,主要分为壳类和架类两类零件。


北美、欧洲、日本等地汽车用镁持续增长,我国成长空间大。2015年北美地区单车用镁量已达到3.8kg, 使用和研发中的镁合金零部件达100 多种;日本单车用镁量高达9.3kg,越来越多的在汽车的变速杆、座椅 架等部位采用镁合金材料;欧洲车用镁合金铸件的使用量以年均 25%的速度增长,奔驰、通用、宝马的部分 车型,镁合金用量已超过20kg。相比而言,我国2015年单车用镁量约为1.5kg。预计2020年国内单车用镁 量目标为10kg,汽车业对镁合金的需求量将达到33.1万吨。



 碳纤维复合材料

碳纤维是有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的,一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维 材料。碳纤维是一种高强度、高模量的高性能纤维材料,不仅具有碳材料强抗拉力的特性,还兼具纤维软加 工性,与传统材料相比,碳纤维密度不到钢的1/5,强度是钢的8倍。碳纤维还对一般的有机溶剂、酸、碱 具有良好的耐腐蚀性,具有很好的润滑性,摩擦系数小,导电性好,不存在生锈问题。




碳纤维复合材料(CFRP)在汽车中可应用于车身、底盘、车顶、车门、头盖、引擎盖、尾翼、压尾翼、 中控台、装饰条、传动轴、板簧、构架、刹车片、内饰和外饰配件等系统。宝马 车型使用符合材料模块化 设计,全碳纤维的座舱(LifeDrive 架构),类似 F1 赛车的设计,整车重量仅1480千克。


碳纤维复合材料在汽车上应用不但能满足轻量化的需求,还能提升安全性能,实现更好的驾驶性能,更 低的组装耗费和更好的碰撞安全性。 碳纤维复材的总体需求量将不断上升,预计到 2020年,碳纤维复材的 需求量可以达到约20万吨的左右。