ورقة سبائك الألومنيوم للسيارات مواد جديدة

جميع منتجات الألمنيوم نصف المصنعة (لوحات, شرائط ورقائق) تستخدم على نطاق واسع في صناعة السيارات, وبالإضافة إلى هذه المواد المعالجة بالضغط, أجزاء ختم سبائك الألومنيوم هي مواد معدنية لتصنيع السيارات 2018, حول 52 تم إنتاج مليون سيارة في جميع أنحاء العالم, تستهلك 114 مليون طن من المواد, منها 82% كانت مواد معدنية, و 93.4 مليون طن كانت قيد الاستخدام, منها الألومنيوم وسبائك الألمنيوم تمثل فقط 6.5%, الباقي من الصلب والحديد الزهر, وكمية المعادن غير الحديدية الأخرى قليلة جدًا.

صفائح الزنك المعدنية ختم السيارات الألومنيوم

6000 سلسلة لوحة سبائك الألومنيوم في تطبيقات تصنيع السيارات

تم استخدام جميع مواد الألمنيوم تقريبًا على نطاق واسع في صناعة السيارات, ولكن الذي يستخدم أكثر هو صب سبائك الألومنيوم, الذي يستخدم لإنتاج الصب والصب, ولا توجد سيارة لا تستخدم أجزاء صب الألمنيوم وسبائك الألومنيوم. كمية سبائك الألومنيوم حسابات 65% من الكمية الإجمالية لألمنيوم السيارات, الكمية الإجمالية للألمنيوم نصف النهائي أقل من 35%, منها أكثر من 70% مع اللوحة, ومع اللوحة ، استخدمت الصين أكثر من سمك لوحة رقيقة ≤ 2 مم, وهو ما يمثل أكثر من 92%.

التركيز على تطوير صفائح الألمنيوم للسيارات هو: 6016-س, 6016-معهم, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 5182-RSS, 5754, 6022, إلخ., نموذجي 6XXX استطالة لوحة سبائك الألومنيوم A50 ≥ 25%, قيمة ص ≥ 0.60, 60د بعد مقاومة الخضوع للوقوف Rp0.2 ≤ 140N / mm2, زيادة قوة الخضوع تصلب الخبز ≥ 80N / mm2.

يمكن تقسيم ألواح سبائك الألومنيوم المطبقة في السيارات إلى فئتين على نطاق واسع: سيارة الركاب, شاحنات صغيرة, عربات وأغطية أخرى بألواح رقيقة, وهي ABS, جميع السيارات الأخرى مثل الحافلات, صهاريج بجميع أنواعها, مع معظم اللوحات الصناعية العامة.

التطبيق الخاص ب 6000 سلسلة سبائك الألومنيوم ورقة في السيارة

في 2018, أنتجت الصين 27,809,200 المركبات وبيعها 28,080,600 مركبات; بينهم, 23,529,400 و 23,709,800 تم إنتاج وبيع سيارات الركاب; 4,279,800 و 4,370,800 تم إنتاج وبيع المركبات التجارية.

في 2018, حول 8.6 استخدمت مليون سيارة ركاب في أوروبا والولايات المتحدة صفائح الألمنيوم في صناعة سيارات الركاب, وتقريبا 38% من سيارات الركاب في أمريكا الشمالية تستخدم أغطية محركات من سبائك الألومنيوم; ما يقرب من أكثر من 1.5 مليون سيارة ركاب في اليابان تستخدم صفائح الألمنيوم. تستخدم أوروبا وأمريكا الشمالية في الغالب لوحات سبيكة سلسلة 6XXX, بينما تستخدم أوروبا في الغالب 6016 سبيكة, بينما تفضل الولايات المتحدة 6111 سبيكة. الدول المستهلكة هي بشكل رئيسي الولايات المتحدة., ألمانيا, اليابان, كوريا الجنوبية, كندا, سويسرا, المملكة المتحدة., وايطاليا, إلخ. من ما يقرب من 1.05 مليون طن من ABS المستهلكة في 2018, الولايات المتحدة. استأثرت بحوالي 19.5%, ألمانيا عن 13%, واليابان وسويسرا 7% كل.

سيارة BMW 7 حققت سلسلة سيارات الركاب من BMW AG في ألمانيا أيضًا إنجازًا يُحسد عليه في تقليل الوزن, بهيكلها العظمي المكون من مادة مركبة مقواة بألياف الكربون (CFRP), بثق سبائك الألومنيوم, والصلب عالي القوة (الصلب الشد العالية), مما أدى إلى تحسن كبير في الأداء العام للسيارة وخفض الكتلة الصافية للسيارة مع تحسين كفاءة استهلاك الوقود بسبب المزيج الذكي لهذه المواد الثلاث.

6000 سلسلة أجزاء صفائح الألمنيوم المعدنية للسيارات

6000 سبائك الألومنيوم المتسلسلة هي سبائك الألومنيوم الأكثر شيوعًا لأجزاء الصفائح المعدنية للسيارات في صناعة السيارات الحالية. لديهم أداء التشكيل, أداء عالي القوة, المقاومة للتآكل, حافة قابلة للطي, أداء سطح عالي, إلخ. في نفس الوقت, بعد الطلاء والخبز, تم تحسين أداء القوة أيضًا.

يمكن أن يؤدي استبدال الصفيحة الفولاذية بلوحة سبائك الألومنيوم في داخل السيارة وخارجها إلى تقليل الجسم بنسبة 40٪ ~ 50٪, وهذا بدوره يقلل من الكتلة الصافية للسيارة بأكملها بحوالي 10%. فورد موديل تي, فورد معجزة, شاحنة بيك آب FORD T-150, جاكوار XJ, فيراري 360, كرايسلر براولر, فولكس فاجن 31 ذئب, أودي A2, أ 8, هوندا سيدان الهجينة (هوندا انسايت), هوندا NSX, اختبارات النموذج, س, إلخ. كل الجسم مصنوع من الألمنيوم. الجسم مصنوع من الألمنيوم. يستخدم ABS أيضًا في صناعة أغطية وأغطية صندوق السيارة, و أكثر من ذلك بكثير.

خصائص سبائك الألواح النموذجية

6016 سبيكة تستخدم على نطاق واسع في ABS, لكن عملية المعالجة الحرارية معقدة والمعالجة السابقة للشيخوخة T4P بين معالجة المحلول ومعالجة الخبز مطلوبة للحصول على أداء جيد. بسبب خصائص التشكيل الجيدة قبل الختم والزيادة السريعة في القوة أثناء عملية الخبز بعد الختم, مما يؤدي إلى مقاومة عالية للانبعاج, 6016 يمكن أن تأخذ صفائح السبيكة في الحسبان كلا المطلبين بعد معالجة طلاء المحلول T4P, لكن معلمات العملية لها تأثير كبير على الأداء النهائي, يقلل علاج المحلول غير الكافي من قوة الترسيب لـ T4P والشيخوخة الاصطناعية أثناء عملية الخبز, وقد يؤدي وقت الانتظار الطويل إلى انخفاض الرطوبة في مرحلة ما قبل الشيخوخة مما يقلل من ثبات أداء عملية وضع اللوحة وتأثير التصلب لعملية الخبز, وتؤثر درجة الحرارة المرتفعة على أداء التشكيل لعملية الختم. يوضح هذا أنه يجب تحسين معلمات الحل الصلب وعملية T4P من أجل الحصول على الأداء العام المثالي.

تتأثر قوة اللوحة بشكل أساسي بتقوية المحلول الصلب, تقوية ما قبل الشيخوخة والشيخوخة الطبيعية: تعمل معالجة المحلول الصلب على ترسيخ المرحلة القابلة للذوبان في α(ال) مصفوفة لإنتاج تقوية الحل الصلب, أثناء عملية T4P اللاحقة, سوف تشكل الذرات المذابة مفرطة التشبع ترسيبًا متقادمًا الحجم, عدد ومورفولوجيا هذه المراحل تعتمد على درجة حرارة ما قبل الشيخوخة. من ناحية, تقلل الشيخوخة من درجة التشبع المفرط للمصفوفة وتضعف تأثير تقوية المحلول الصلب. من ناحية أخرى, تنتج مراحل التعجيل السابقة للشيخوخة تأثيرًا معززًا وتزيد من قوة اللوحة; يزيد التأثير المعزز للشيخوخة الطبيعية بشكل رتيب مع مرور الوقت ويستقر بعد بلوغ الوقت.

Zhang Zedong and other expertsresearch results show that: 6016 لوحة سبيكة في 560 ℃ / 1min solid solution treatment can obtain good results, continue to extend the holding time is not conducive to performance; comprehensive consideration of 6016 automotive plate performance requirements of the industrial production of oil coating process, determine the 6016 alloy ABS solid solutionpre-aging process: 560 ℃ / 1دقيقة + 80 ℃ / 6h (“Light alloy processing Technology” 2019, no. 2, pp. 28-32.)

تطبيق 5000 series aluminum alloy sheet in automobile manufacturing

There are two kinds of 5XXX series alloys in aluminum alloy sheet for automobile: 5754 and 5182-RSS, besides these two alloys, there are also 5022, 5023, 5454, 5154, 5083 and other alloys used.

Mg has the second highest solubility in aluminum after zinc, with an ultimate solubility of 17.4% at 450°C and only 1% at room temperature. In theory Al-Mg alloys should have strong age-hardening effect, but due to the limitation of the tendency of precipitation along the crystal and dispersion of β-phase, this effect cannot be utilized, and they are mostly used in annealed O state or cold work-hardened state H.

The precipitation process of supersaturated solid solution αof Al-Mg alloy.

أ’ → GP zone → β→ β(Al8Mg5)

Mg atomic diameter (0.320nm) is much larger than that of Al (0.286nm), although the GP zone can be formed within a few seconds after quenching, but the size is small (1.0nm~1.5nm), surrounded by a dense vacancy cloud, and almost no co-grid strain occurs with the parent phase, so the Mg content ≤ (5%~7%) of the alloy has no obvious age-hardening effect. After a few years, the GP zone can grow to 10 nm, and although there is a large strengthening effect, there is a strong fracture characteristic along the crystal, and the plasticity is sharply reduced to only about 1.5%, which has no practical value.

To Al-Mg alloy plus Mn or Cr, mainly to improve corrosion resistance and weldability, but the solid solution that part of the strengthening effect. ti and V are grain refinement agent, also has the effect of improving the strength and weldability. be can prevent the melt casting and welding oxidation tendency, especially the high magnesium alloy is particularly needed. Trace Sb or Bi mainly to prevent the high Mg alloysodium brittlephenomenon. cu, Zn, Fe, Si is impurities, should be strictly limited, but Si can improve the weldability, so 5A03 alloy contains 0.50% Si ~ 0.80% و.

Because Al-Mg alloy has only slight age-hardening effect and strong tendency to precipitate along the crystal, it can only work in annealed (300℃~380℃) or cold work-hardened condition, but their corrosion resistance can only be shown if the β-phase is uniformly distributed along the grain boundary within the grain, and the distribution pattern is also strongly influenced by the Mg content. The results of a series of studies show that the stability of alloys with Mg content ≤ 3%, either in the annealed or cold work-hardened state, and heated for a long time at room temperature or sensitization treatment temperature (67°C~177°C), do not form along the crystalline β-phase network film and are not sensitive to stress corrosion cracking (SCC) and spalling corrosion, but after Mg content > 3.5%, especially after cold work-hardening, with the increase of Mg content (≥ 5% ملغ), the susceptibility to SCC also increases strongly, and even after long storage at room temperature (20a~30a), a continuous β-phase mesh film can be formed along the grain boundaries. Because the high Mg content (>6%~7%) alloy even in 315℃~330℃ fully annealed, α solid solution can not be decomposed, still in supersaturated state, so the organization is very unstable.

To solve the high magnesium alloy organization performance stability of two ways: one is annealed for large cold deformation (ε = 30% ~ 50%), increase the dislocation density or β-phase nucleation point, and in 200 ℃ above the precipitation treatment, promote the decomposition of solid solution and β-phase uniform decomposition; another way is to reduce the magnesium content ≤ 3%, and add the appropriate amount can improve the strength and recrystallization temperature of Mn and Cr, can also avoid β-phase along the crystal precipitation, get the strength equivalent to the high magnesium content, الولايات المتحدة 5454 سبيكة (2.7% ملغ, 0.7% Mn, 0.12% سجل تجاري) can get the same strength as Al-4Mg alloy without SCC and EFC sensitivity, but this method can not make the strength of Al-Mg alloy has greatly improved.

Properties of Alloy 5454

التركيب الكيميائي لـ 5454 سبيكة (mass %): 0.25و, 0.40Fe, 0.10مع, (0.50~1.0)Mn, (2.4~3.0)ملغ, (0.05~0.20)سجل تجاري, 0.25Zn00.20Ti, other impurities individual 0.05, المجموع 0.15, rest Al.

The shear strength of the plate is about 55% of the tensile strength Rm, and its compressive Rp0.2 is almost equal to the tensile yield strength. The alloy has an elastic modulus of 69.6GN/mm2 and a compressive elastic modulus of 71.0GN/mm2, and a density of 2.680g/cm3 at 20°C. The liquid phase line temperature is 646°C, and the due phase line temperature is 602°C.

The coefficient of linear expansion of the alloy is as follows.

  • -50℃~20℃21.9μm/(m.k)
  • 20℃~100℃23.7μm/(m.k)
  • 20℃~200℃24.6μm/(m.k)
  • 20℃~300℃25.6μm/(m.k)

The coefficient of bulk expansion at 20℃ 68×10-6m3/(m3.k); the specific heat capacity at 20℃ 900J/(kg.K); the thermal conductivity at 20℃ 134W/(m.k); the average isovolumetric conductivity of the material at 20℃ is 34%IACS; at 20℃, the average resistivity of the state material is 51nΩ.m and the resistance temperature coefficient is 0.1nΩ.m; at 25℃ containing 53g NaCl and 3g H2O2T per L of aqueous solution, the potential of -0.86V for 0.1N glycerol electrode; annealing temperature of 343°C, no insulation required; thermal processing temperature of 260°C ~ 510°C.

خصائص 5083 سبيكة

5083 alloy is a typical 5XXX series alloy, is also a typical automotive sheet metal alloy, there are the weldability performance, المقاومة للتآكل, processing and forming properties and low temperature performance, in the Al-Mg system alloy, it has a medium strength performance, welded joint strength can be equal to the annealed state of the base material, and a reliable corrosion resistance, the alloy’s mechanical properties are balanced with the temperature drop and rise, fracture toughness is also so, is a good automotive coverings alloy, especially suitable for commercial vehicles, special cars, semi-trailers and other internal and external welded sheet metal structural properties.

5083 alloy characteristics: not heat treatment strengthening; to preventaging softeningand stabilization of corrosion resistance, semi-finished products need to be stabilized; to prevent repeated annealing yield strength reduction, the final cold deformation should be > 50%.

The composition of the alloy (mass %): Mg4.0~4.9, Mn0.4~1.0, Cr0.05~0.25, Si0.40, F0.40, Zn0.25, Ti0.15, other impurities individual 0.05, المجموع 0.15, Al remaining. The main phase composition of the alloy: أ(ال), β(Al8Mg5), AlMn, Al7Cr, possible impurity phases are Mg2Si, Al3Fe, Al3Ti, Al6(Fe, Mn).

Mg is the main strengthening element, producing solid solution strengthening and increasing the work hardening rate of the alloy. the solid solution degree of Mg in aluminum changes greatly with temperature, but the precipitation transition phase β'(Al8Mg5) does not co-grid with the matrix, so there is no obvious precipitation hardening effect. the Al8Mg5 phase tends to precipitate slowly on the slip zone and grain boundaries, reducing the solid solution strengthening effect, and under corrosive conditions causes Intergranular corrosion and stress corrosion cracking, so after cold working should be stabilized annealing, in order to promote the uniform precipitation of β-phase in the grain and grain boundaries, stabilizing the mechanical properties and corrosion resistance of the alloy.

Manganese and chromium improve the recrystallization temperature of the alloy and have a complementary strengthening effect, titanium can refine the casting organization and weld organization, حديد, السيليكون, zinc as impurities.

كثافة 5083 alloy 2.66g/cm3; melting temperature range 574℃~638℃; specific heat capacity 900J/(kg.k); thermal conductivity 120W/(m.k) at 20℃; body expansion coefficient 70×10-6m3/(m3.k) at 20℃; average linear expansion coefficient is as follows.

  • -50℃~20℃22.3μm/(m.k)
  • 20℃~100℃24.2μm/(m.k)
  • 20℃~200℃25.0μm/(m.k)
  • 20℃~300℃26.0μm/(m.k)

The positive elastic modulus of 5083 alloy is 71.0 GN/mm2 and the shear elastic modulus is 26.4 GN/mm2.

Electrical properties of 5083 alloy at 20℃: التوصيل (isoelectric product) 32% IACS; resistivity 54nΩ.m at 20℃; resistance temperature coefficient 0.1nΩ.m/K at 20℃; potential of -0.86V for 0.1N glycol electrode in aqueous solution containing 53g NaCl with 3g H2O3 per liter at 25℃.

The annealing temperature of 5083 alloy sheet is 343℃ without holding, and the hot rolling temperature is 260℃~510℃.

Stress corrosion cracking resistance of 5XXX series alloys for automobiles

5XXX alloy sheet for automotive use requires not only high strength performance, قابلية جيدة للحام, and considerable resistance to stress corrosion cracking in corrosive environments. Thick 1mm 5XXX series of automotive sheet by the Aluminum Association of America Inc. (AA) the standard of its stress corrosion cracking resistance is shown in Table 1. ◎ said in the more severe conditions will not damage; △ said in some conditions may break; ○ said in severe conditions may produce cracks; X said in the relaxed conditions will also be cracked.

It is desirable to phase out diesel vehicles or increase the rate of aluminization

A study published in the United States on February 26 points out that, according to a study by the U.S. NGO International Council on Clean Transportation (ICCT) and two universities, 11 percent of the 3.4 million premature deaths each year due to PM2.5 and ground-level ozone are related to the global transportation industry, and the medical burden caused by traffic pollution (often associated with heart and lung disease, stroke and diabetes) reached $1 trillion dollars.

In the United States 22,000 people died from traffic pollution, 43% of which were diesel-related; 74,000 people died prematurely from vehicle exhaust in India, 13,000 in Germany, 7,800 in Italy and 6,400 in France. لكن, the situation is worse in Germany, as 17 out of every 100,000 inhabitants in the country die prematurely due to traffic pollution, a rate three times the global average.

This shows that the impact of vehicle emissions on human health must not be ignored, highlighting the need to actively comply with and enforce class emission standards, and the urgency of increasing the amount of aluminum used to reduce its own mass and expand new energy vehicles.

ABS production lines in China

By 2018, there were seven ABS (Auto-Body-Sheet) lines completed and under construction in China, including six in operation with a production capacity of 523 kt/a and one under construction with a production capacity of 100 kt/a (see Table 2).ABS production is key and equipped in a continuous production line consisting of more than 20 processes such as air cushion furnace treatment with its subsequent pure stretch straightening, pre-aging, and surface treatment. The single-layer arrangement can exceed 600m in length, and the double-layer arrangement is more than 300m.

China’s first ABS production lineNobelis (الصين) Aluminum Products Co., المحدودة. is located in Changzhou National High-Tech Development Zone, Jiangsu Province, covering an area of 4,320km2, with an investment of USD 100 مليون, which was put into operation on October 21, 2014. on May 22, 2018 the company announced another investment of USD 180 million for a new an air cushion continuous production line to increase ABS production capacity by 100kt/a, which will be put into operation in 2020.

Neither Nobelis (الصين) Aluminum Products Co., المحدودة. nor Shinko Automotive Aluminum (Tianjin) Co., المحدودة. produce upstream products, with the former’s cold-rolled strip coils coming from South Korea and the latter’s cold-rolled strip coils coming from Japan’s Mamioka Rolling Mill.

China Aili International (Zhenjiang) Aluminum Co., المحدودة., Henan Tongren Aluminum Co., المحدودة. and Henan Zhongfu Industrial Co., المحدودة. have all made plans to build ABS production lines and will start construction as soon as the market allows. بالإضافة الى, Nanshan Group Light Alloy Company has a more spectacular plan, with the first phase now completed and the second and third phases to be built at an opportune time, all of which will have a production capacity of 600kt/a, thus becoming a large ABS project.

Among the four types of flat rolled aluminum products produced today (pre-stretched thick plate, عضلات المعدة, can body and lid material, PS and CTP plate base), the first two are more difficult to produce, with higher technical level requirements and higher added value.

استنتاج

Automotive aluminum alloy plate is a huge family, except for passenger car coverings mainly with 5XXX series and 6XXX series alloys, other aluminum materials are also applied.

This paper briefly introduces the implementation of aluminum alloys for automotive sheet metal parts. China has just started to manufacture passenger car sheet metal parts with aluminum alloys, and the gap with foreign countries is very big, and this gap is manifested in two aspects: أولا, the aluminization rate of automobiles is low, and according to the author’s investigation and estimation, the aluminization rate of Chinese automobiles in 2018 may be less than 125kg/vehicle, which is too different from 165kg/vehicle in industrial developed countries; ثانيا, in The gap between the development of new automotive aluminum alloys and the use of scrap aluminum is a bit larger, على سبيل المثال, Nobelis Aluminum Company every three or four years to launch a new alloy, it launched the Advanz 7000 series of products with the current use of aluminum alloy compared to double the strength; it is special in the use of scrap aluminum production ABS automotive sheet, they plan to reach 80% of the scrap aluminum content in automotive sheet in 2020, which But a class of products.

China’s aluminum processing industry and auto manufacturing industry should vigorously promote the application of aluminum in automobiles to bring the amount of aluminum used in automobiles to a higher level.