當(dāng)前，鑄造鋁合金及變形鋁合金都在汽車制造中獲得了應(yīng)用，但仍以前者為主。從發(fā)展態(tài)勢(shì)來(lái)看，到2020年或稍晚一些，變形鋁合金平軋產(chǎn)品、擠壓材、鍛件等的用量有可能超過(guò)壓鑄件與鑄件，或平分秋色，其中增長(zhǎng)速度與幅度最大的當(dāng)數(shù)ABS。

ABS應(yīng)具備的性能

在當(dāng)下生產(chǎn)四項(xiàng)大宗民用平軋鋁產(chǎn)品（PS與CTP版基板、鋁箔帶坯、全鋁易拉罐身料、ABS）中，ABS的生產(chǎn)難度及技術(shù)門檻最高，裝備與建設(shè)投資也是最多的。ABS除有滿足標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的力學(xué)性能、抗腐蝕性能、尺寸偏差與表面品質(zhì)外，還應(yīng)具備如下的特性，所以生產(chǎn)難度并不亞于和航空航天器鋁板帶的。

1. 良好的成形性能與翻邊延性

車身及覆蓋鈑金件的成形加工是從航空制造業(yè)移置過(guò)來(lái)的，通過(guò)沖壓成形，鋁合金薄板應(yīng)該有良好的成形性，即具有低的屈強(qiáng)比（屈服強(qiáng)度Rpo.2與抗拉強(qiáng)度極限Rm之比）與高的成形極限，在各種不同的沖壓變形應(yīng)力狀態(tài)下具有相當(dāng)高的成形空間。在鈑金件生產(chǎn)中，沖壓成形是一道很重要的工序，有些鈑金件還要承受彎折。車身板有內(nèi)、外板之分，對(duì)外板性能的要求比對(duì)內(nèi)板的更高。

鋁板的成形性能除用Rpo.2/Rm比表征外，還可用90°彎折半徑、突杯值、n值、r值等表示。有些車身鈑金件尺寸大、形狀復(fù)雜，主要通過(guò)沖制和鼓脹兩種復(fù)合成形方式生產(chǎn)，并以后者為主。鈑金件的連接采用焊接和/或黏結(jié)，也間或有用緊固件連接的。2xxx系及6xxx系合金用于外板等注重強(qiáng)度和剛度的部位。6xxx-T4P板材的抗拉強(qiáng)度Rm和屈服強(qiáng)度Rpo.2幾乎與冷軋鋼板的相等，而其n值卻≥冷軋鋼板的。ABS的90%以上的厚度0.9mm~1.3mm。

有些鈑金件如發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板的內(nèi)外板合成等均采用翻邊工藝，因此要求鋁合金板在沖壓翻邊時(shí)有高的抗開(kāi)裂性即有良好的翻邊延性，它不但與材料的總伸長(zhǎng)率有關(guān)，也與內(nèi)部組織有關(guān)，實(shí)際上主要決定于組織，均勻細(xì)小的晶粒組織決定板材有高的翻邊延性。

2. 表面平整性強(qiáng)

ABS鋁合金薄板必須有良好的翻邊延性和成形以后表面色調(diào)均一，即成形的鈑金件表面不出現(xiàn)羅平線（roping line）又稱滑移線，它是由晶粒不均或者是夾雜物不均而造成的板材表面變形不均，從而使表面在涂油漆后出現(xiàn)光彩不一致的現(xiàn)象。

3. 良好的可焊性

良好的可焊性能可以滿足汽車構(gòu)件在成形后直接焊接要求。板材應(yīng)具有抗時(shí)效穩(wěn)定性，以確保板材從出廠到?jīng)_壓時(shí)這段時(shí)間內(nèi)不發(fā)生時(shí)效，防止沖壓時(shí)材料的屈服點(diǎn)升高，誘發(fā)呂德帶（Lude's zone）而產(chǎn)生的表面變形不均勻和起皺，從而影響汽車鈑金件外板的表面品質(zhì)。

4. 優(yōu)秀的烘烤硬化性

汽車輕量化還要求板材具有高的烘烤硬化性，即在沖壓變形和涂漆烘烤之后板材的屈服強(qiáng)度有明顯升高，從而保證成品鈑金件有高的抗凹性與抗壓性，鋁合金板材的油漆烘烤工藝應(yīng)與目前鋼板沖壓件的烘烤工藝相容，因?yàn)楝F(xiàn)在汽車企業(yè)的油漆烘烤工藝都是為鋼板的。

5.抗時(shí)效穩(wěn)定性強(qiáng)

鋁合金板材在室溫存放時(shí)不發(fā)生時(shí)效或幾乎不發(fā)生時(shí)效的特性被稱為抗時(shí)效穩(wěn)定性，因?yàn)橐坏┌l(fā)生時(shí)效，屈服點(diǎn)會(huì)有所伸長(zhǎng)，也有一點(diǎn)點(diǎn)升高，拉伸時(shí)會(huì)產(chǎn)生呂德帶，造成沖壓時(shí)變形不均和起皺，對(duì)沖壓件外觀影響極大。通常板帶材從鋁加工廠到汽車構(gòu)件沖制廠沖壓成形往往要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)輸和貯存，要求材料有很強(qiáng)的抗時(shí)效性，在6個(gè)月內(nèi)不發(fā)生時(shí)效。預(yù)計(jì)時(shí)效處理是提高ABS抗時(shí)效穩(wěn)定性的有效措施，6xxx系合金在預(yù)時(shí)效后有良好的抗時(shí)效穩(wěn)定性。

6. 堅(jiān)強(qiáng)的抗凹性

板材和鈑金件抵抗外力和外來(lái)物件壓入而不發(fā)生凹陷或永久變形的能力被稱為抗凹性，用Pt表示，與材料的流變應(yīng)力бf及厚度有關(guān)，可用下式表達(dá)；當(dāng)然，抗凹性也與零件剛度及結(jié)構(gòu)有關(guān)。

7. 良好的Zr/Ti鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性能

ABS在涂覆潤(rùn)滑劑之前都要經(jīng)過(guò)表面鈍化處理，形成一層Zr/Ti鹽體系轉(zhuǎn)化膜，為吸附潤(rùn)滑劑創(chuàng)造良好的基底。這種處理液應(yīng)是環(huán)保型的，不含鉻，主要由含鈦、鋯的金屬鹽、氟化物、硝酸鹽和有機(jī)添加劑組成，通過(guò)浸漬、噴淋方式在ABS上形成轉(zhuǎn)化膜。膜層主要為鋯/鈦鹽、鋁的氧化物，鋁的氟化物及鋯鈦的結(jié)合物等組成。其優(yōu)點(diǎn)在于工藝操作簡(jiǎn)單，所獲得的膜層與有機(jī)聚合物有很強(qiáng)的結(jié)合力。當(dāng)下典型的無(wú)鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝是阿洛丁法，在德國(guó)已有成熟的生產(chǎn)線，還可以在含氟離子的專用磷化液中進(jìn)行表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理。

以上的這些性能如抗時(shí)效穩(wěn)定性、成形性、烘烤硬化性、翻邊延性、油漆鮮艷性、表面處理特性、抗凹性等是ABS外板應(yīng)具備的，不過(guò)有些特殊是相互矛盾的，應(yīng)盡可能使它們達(dá)到合理的匹配，達(dá)到優(yōu)化組合，同時(shí)應(yīng)有合理的性價(jià)比。

6xxx系A(chǔ)BS的性能

ABS可分為外板與內(nèi)板，外板的生產(chǎn)難度大，所要求的性能高，所以現(xiàn)在所說(shuō)的ABS一般都是指車身外覆蓋板。關(guān)于ABS在2004年以前，國(guó)外有研究5xxx系合金的，也有研究2xxx系及6xxx系合金的，但自2005年起各國(guó)材料科學(xué)家的意見(jiàn)比較統(tǒng)一，大都集中于6xxx系合金的研究與開(kāi)發(fā)，認(rèn)為它的綜合性能比5xxx系及2xxx系合金的好一些。

6xxx系合金ABS的生產(chǎn)工藝之一是鋁加工企業(yè)供應(yīng)T4P狀態(tài)板材，汽車制造廠進(jìn)行沖壓成形與之前的表面處理及噴涂潤(rùn)滑劑，涂漆后在烘烤過(guò)程中強(qiáng)度得到進(jìn)一步的提高。表中列出了Si含量對(duì)Al-Mg-Si系合金力學(xué)性能與成形性能的影響，ABS 6xxx系合金都是Si含量過(guò)剩的合金，因?yàn)檫^(guò)剩Si的存在不但可以提高BH性能，而且可以提高抗壓痕性。表中的力學(xué)性能為三個(gè)方向試樣平均值。

6xxx系合金的成形性能比5xxx系合金的差一些。研究工作者為此作過(guò)種種努力，發(fā)現(xiàn)只要有一定量的Si便可提高合金的抻長(zhǎng)率與成形性能，但不能過(guò)多，否則會(huì)降低彎曲性能，對(duì)成形性不利。

車身鈑金件都是沖制的，要求材料有良好的沖制性能，材料的此性能手可用n值、r值、杯突值、屈強(qiáng)比、成形極限、斷面縮頸率評(píng)估，有相關(guān)人士認(rèn)為：在評(píng)估汽車鋁合金鈑的成形性能時(shí)，使用X6值為評(píng)價(jià)指標(biāo)最為準(zhǔn)確；在簡(jiǎn)單的單向拉伸性能參數(shù)中，可以使用Z值或n值進(jìn)行評(píng)價(jià)，而不宜用r值。X6值為平面應(yīng)變拉伸強(qiáng)度Rb-p與單向拉伸試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度Rb-u之比，即X6=Rb-p/Rb-u

一些公司研發(fā)的ABS合金

除了上面介紹的標(biāo)準(zhǔn)的ABS鋁合金外，一些大的鋁業(yè)公司研發(fā)出一批有特色的合金，它們的特點(diǎn)是：以標(biāo)準(zhǔn)合金為基礎(chǔ)，對(duì)成分做了稍微的改變，或是對(duì)主成分略加調(diào)整，或是添加了一兩個(gè)微量元素，或?qū)δ承╇s質(zhì)作更嚴(yán)格的限制；第二對(duì)生產(chǎn)工藝作精細(xì)調(diào)整，提高產(chǎn)品品質(zhì)或降低制造成本，使產(chǎn)品具有更好的性價(jià)比，汽車制造廠更樂(lè)于使用。

1. 諾貝麗斯公司Advanz 7000系高強(qiáng)度汽車鋁板

諾貝麗斯鋁業(yè)公司是全球最大的平軋鋁產(chǎn)品企業(yè)，新近推出一種名為Advanz7000系的鋁合金，其板材用于制造汽車安全裝置，該合金的強(qiáng)度比現(xiàn)行保險(xiǎn)杠合金的高一倍。與高強(qiáng)鋼材相比，該合金在減輕車身質(zhì)量的同時(shí)能最大程度地確保乘客安全。目前，全球多家汽車制造企業(yè)正在對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行性能測(cè)試與評(píng)估。

2. 日本神戶鋼鐵公司的ABS合金

日本神戶鋼鐵公司（Kobe Steel Co.,Ltd.）是日本ABS的最大生產(chǎn)者，其產(chǎn)量占日本總產(chǎn)量的50%以上，它研發(fā)的KS6K21合金與KS5J30合金的綜合性能比標(biāo)準(zhǔn)5182合金的好得多，是一種Al-Mg-Si系合金，由于前期強(qiáng)度低，因此易卷邊，有良好的彎曲加工性與成形性，烘烤（烤漆）溫度低，淬透性高，抗腐蝕性強(qiáng)，可焊性良好。KS5J30合金是一種Al-Mg-Cu系合金，其抗拉強(qiáng)度高，僅比SPCC鋼板的低13%，伸長(zhǎng)率高達(dá)30%，成形性良好；沖壓后強(qiáng)度有所上升，而烤漆后并不下降；抗腐蝕性強(qiáng)，可焊性良好。

3. 肯聯(lián)鋁業(yè)公司的5種ABS合金

總部位于法國(guó)巴黎的肯聯(lián)鋁業(yè)公司（Constellium）的紐布利薩克軋制廠（Neuf-Brisach）從20世紀(jì)90年代開(kāi)始生產(chǎn)汽車白車身鋁合金板，內(nèi)板為5754，外板為6016合金，主要用戶為雷諾汽車公司，用于制造標(biāo)致與雪鐵龍汽車車身，為激光截切板坯，而為德國(guó)寶馬5GT、捷豹XJ、奔馳、奧迪A8等供應(yīng)的為帶卷，該公司ABS生產(chǎn)能力約100kt/a。

4. 諾貝麗斯公司的AC-600 PX高強(qiáng)度合金

2011年8月諾貝麗斯鋁業(yè)公司被確定為全新埃沃奎系列越野車ABS獨(dú)家供應(yīng)商。這一系列埃沃奎系列越野車具有最高的燃油效率，比過(guò)去生產(chǎn)的任何一款埃沃奎越野車都省油，這都得益于鋁合金ABS的采用。為此，埃沃奎汽車公司在利物浦建設(shè)了首條專業(yè)鋁鈑金件加工線。新款埃沃奎越野車的蓋、車頂和結(jié)構(gòu)件都是用諾貝麗斯公司的ABS加工的，車頂設(shè)計(jì)極為領(lǐng)先，首次采用公司的新型高強(qiáng)度鋁合金板Anticorodal-600 PX（AC-600 PX）制造，它既有高的強(qiáng)度性能又有良好的成形性，是一種優(yōu)秀的車身鈑金件合金，其抗拉強(qiáng)度Rm比典型ABS合金的約高20%，而其成形性能比任何其他高強(qiáng)度鋁合金的都好，由于合金強(qiáng)度高，ABS的厚度可減薄15%以上，使其成為一種制造車身蓋板、翼子板、頂板、門板等之類的鈑金件的理想鋁合金。還有一種牌號(hào)是Anticorodal-120的Al-Mg-Si系合金。

5. 日本住友鋁業(yè)公司的系列ABS合金

GV15VJ合金，這是一種2xxx系合金，其成分（質(zhì)量%）：Si0.30~0.6，F(xiàn)e0.40，Cu1.2~1.7，Mn0.10，Mg0.40~0.8，Cr0.10,Zn0.25,T0.10,V0.01~0.10，其余Al；

GV10J合金，為一種Al-Mg-Si系合金，其成分（質(zhì)量%）：Si0.35~0.7，F(xiàn)e0.50，Cu0.45~0.8，Mn0.05~0.20，Mg0.8~1.2，Cr0.10，Zn0.25，Ti0.10，其余Al。特點(diǎn)：成形性，強(qiáng)度適中。

GZ42J合金，是一種7xxx系合金，其分析成分（質(zhì)量%）：Si0.09，F(xiàn)e0.18，Cu0.38，Mg4.5，Zn1.46。抗拉強(qiáng)度Rm=300N/mm2，伸長(zhǎng)率A5=30%。它是強(qiáng)度高與成形性也不錯(cuò)的合金，是雜質(zhì)含量低的高純度合金。

住友鋁業(yè)公司于2013年與斯凱-古河鋁業(yè)公司合并，組建日本聯(lián)合鋁業(yè)公司（UACJ），從此之前三家鋁業(yè)公司都不復(fù)存在。

6. 海德魯鋁業(yè)公司的L63/44合金

L63/44合金原是德國(guó)聯(lián)合鋁業(yè)公司（VAW）格雷文布羅伊（Grevenbroich）軋制廠的注冊(cè)合金， 2006年海德魯鋁業(yè)公司（Hydro）收購(gòu)了VAW鋁業(yè)公司，從此VAW鋁業(yè)公司不再存在，但L63/44合金仍在市場(chǎng)銷售，它是一種5xxx系合金，成分為（W%）：Si0.40，F(xiàn)e0.50，Cu0.10，Mn0.10~0.6，Mg4.5~5.3,Cr0.20,Zn0.20,Ti0.20,其余為Al。

中國(guó)著重發(fā)展6xxx系合金

國(guó)外在發(fā)展ABS合金方面經(jīng)過(guò)幾十年的工作已形成一個(gè)龐大的家族，有標(biāo)準(zhǔn)的合金，也有非標(biāo)準(zhǔn)的合金，約有四五十種，分屬于2xxx系、5xxx系、6xxx系、7xxx系，各有各的性能，用于制造車身的不同鈑金件。不同的國(guó)家在用合金方面各有側(cè)重，日本汽車工業(yè)用5xxx系合金的多一些。美國(guó)則多用2xxx系合金，歐洲對(duì)6xxx系合金更感興趣。中國(guó)在《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》明確提出發(fā)展ABS的合金為6xxx系的6016、6022、6111，這既與世界ABS發(fā)展態(tài)勢(shì)一致，也與中國(guó)鋁加工業(yè)及汽車制造業(yè)的實(shí)際情況吻合。這三個(gè)合金的成分見(jiàn)下表，它們與建筑工業(yè)及其他工業(yè)廣泛應(yīng)用的6063合金、6082合金、6061合金同屬Al-Mg-Si系，對(duì)于廢料回收與發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)非常有利，也就是說(shuō)，在廢料回收過(guò)程中，即使發(fā)生少量的混料也是允許的。

結(jié)束語(yǔ)

批量穩(wěn)定地生產(chǎn)ABS的難度大，技術(shù)門坎高，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)嚴(yán)格控制各道工序的工藝參數(shù)，才能制得各項(xiàng)性能搭配恰到好處的ABS。我們說(shuō)ABS的上游工藝與生產(chǎn)其他大宗高精板帶的工藝相當(dāng)，是從大的工序來(lái)說(shuō)的，如熔煉、鑄造、熱軋、冷軋，實(shí)際上具體工藝參數(shù)是有差別的。

首先應(yīng)精心設(shè)計(jì)合金成分，制訂內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，按內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)配料使鑄錠成分符合內(nèi)標(biāo)要求，熔煉溫度不宜過(guò)高，最好控制在規(guī)程中限偏下，爐料與熔劑都要符合規(guī)程要求，精心精煉、除氣、除渣。鑄造前晶粒細(xì)化劑添加量應(yīng)恰如其份，應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)細(xì)化劑，也可以Al-Ti-C細(xì)化劑的應(yīng)用。鑄造時(shí)應(yīng)保持穩(wěn)定的熔體流量，控制好液面高度、鑄造速度，冷卻水溫度、壓力、流量，鑄出枝晶網(wǎng)格致密均勻，晶粒細(xì)小一致的鑄錠。熔煉鑄造這道工序非常重要，有了優(yōu)質(zhì)的鑄錠，才能軋得品質(zhì)優(yōu)異的帶材。生產(chǎn)實(shí)踐表明，板帶材生產(chǎn)中出現(xiàn)的缺陷有70%左右都或多或少與熔煉鑄造有關(guān)。

熱軋帶坯有良好的組織才能保證冷軋帶材有精密細(xì)致的晶體組織，才能保證ABS有良好的成形性與翻邊塑性，達(dá)到強(qiáng)度與塑性的最佳匹配。鑄錠的均勻化退火也是一道關(guān)鍵工序，溫度宜高些，保溫時(shí)間宜長(zhǎng)些，既要保證完全消除晶內(nèi)偏，又要保證可固溶的相全部固溶，對(duì)冷卻速度也要適當(dāng)控制。制訂特有的熱軋壓下率系統(tǒng)，始軋溫度在500℃左右，7xxx系合金的為475℃左右，最初一二道壓下率宜小、中間道次壓下率宜大些，最后道次的居中，總壓下率必須大于75%必須完全消除鑄造組織。終軋溫度為350℃±10℃。

冷軋之前應(yīng)進(jìn)行一次預(yù)退火，使帶材的熱軋組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)樵俳Y(jié)晶組織，建立一套完善的冷軋道次與壓下率控制系統(tǒng)，嚴(yán)格控制軋輥表面粗糙度，最好采用特殊設(shè)計(jì)的冷軋機(jī)，在軋最后一道時(shí)換上專用軋輥，可施加小的壓下量軋出特有的表面狀態(tài)，并確保表面涂漆品質(zhì)的粗糙度。

對(duì)固溶處理技術(shù)、淬火技術(shù)、強(qiáng)化相形核過(guò)程技術(shù)、預(yù)時(shí)效工藝、停放時(shí)間等的控制應(yīng)統(tǒng)一起來(lái)看，以使材料在成表性、抗時(shí)效穩(wěn)定性和烘烤硬化性達(dá)到最佳匹配和高度和諧統(tǒng)一。固溶處理時(shí)間既要足夠確保強(qiáng)化相完全固溶又要保證爐具有最高的生產(chǎn)效率，淬火速度一應(yīng)快二應(yīng)相當(dāng)均勻。

從熔煉鑄造開(kāi)始到精整涂油包裝為止，如能對(duì)各道工序工藝參數(shù)嚴(yán)加控制，就可以生產(chǎn)出品質(zhì)上乘的ABS，它的晶粒細(xì)小均勻，平行于軋制方向的平均晶粒度≤80μm。第二相不但本身細(xì)小，呈細(xì)棒狀，長(zhǎng)寬比2~5，而且平均長(zhǎng)度≤10μm。有了這種組織的ABS，在翻邊時(shí)與拉延涂裝后不會(huì)出現(xiàn)羅平線，同時(shí)變形后也不出現(xiàn)呂德帶。

由于我們?cè)谏�產(chǎn)ABS方面才剛剛起步，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距甚大，不說(shuō)一百年，少說(shuō)也有五六十年，需要做的工作很多。首先生產(chǎn)企業(yè)、汽車企業(yè)、高等院校、研究院所應(yīng)緊密聯(lián)合起來(lái)，一方面希望南山輕合金公司、忠旺天津鋁業(yè)有限公司、南南鋁加工有限公司利用當(dāng)下全球最先進(jìn)的成套設(shè)備能盡快地向市場(chǎng)供應(yīng)ABS，另一方面應(yīng)展開(kāi)研發(fā)工作，形成大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新的局面。

大力開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)研究。中國(guó)的高等院校、科研院所、生產(chǎn)企業(yè)等在研發(fā)鋁合金乘人車板材方面做了許多工作，成就斐然，但是恕筆者直言，大多數(shù)都是跟蹤型的，創(chuàng)新型的不多，之所以如此，就是對(duì)基礎(chǔ)研究投入少，要做到萬(wàn)眾創(chuàng)新，首先要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，這是創(chuàng)新根基。

研究新的合金，創(chuàng)造一個(gè)全新的ABS鋁合金系當(dāng)前看來(lái)幾乎是不可能的，只能在現(xiàn)有的6xxx系合金基礎(chǔ)上優(yōu)化合金的成分，創(chuàng)造綜合性能比6016合金更加優(yōu)秀的ABS外板合金，在現(xiàn)有5xxx系合金基礎(chǔ)上，創(chuàng)造綜合性能勝過(guò)5754的內(nèi)板ABS合金，同時(shí)新合金應(yīng)有更加勝出的性價(jià)比。

應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)用研究，如沖壓成形、連續(xù)技術(shù)（含鋁-鋼連接），鋁合金鈑金件與零件的檢驗(yàn)方法、技術(shù)與儀器等。

加強(qiáng)表面處理的理論與實(shí)用技術(shù)研究，在這方面中國(guó)與國(guó)外的差距可能更大一些，起步更晚，包括軋制表面與轉(zhuǎn)化處理研究。