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)勢來看，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壓鑄件與鑄件，或平分秋色，其中增長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)移置過來的，通過沖壓成形，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，對外板性能的要求比對內(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有高的抗開裂性即有良好的翻邊延性，它不但與材料的總伸長率有關(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)具有抗時效穩(wěn)定性，以確保板材從出廠到?jīng)_壓時這段時間內(nèi)不發(fā)生時效，防止沖壓時材料的屈服點(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.抗時效穩(wěn)定性強(qiáng)

鋁合金板材在室溫存放時不發(fā)生時效或幾乎不發(fā)生時效的特性被稱為抗時效穩(wěn)定性，因?yàn)橐坏┌l(fā)生時效，屈服點(diǎn)會有所伸長，也有一點(diǎn)點(diǎn)升高，拉伸時會產(chǎn)生呂德帶，造成沖壓時變形不均和起皺，對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)過長時間的運(yùn)輸和貯存，要求材料有很強(qiáng)的抗時效性，在6個月內(nèi)不發(fā)生時效。預(yù)計時效處理是提高ABS抗時效穩(wěn)定性的有效措施，6xxx系合金在預(yù)時效后有良好的抗時效穩(wěn)定性。

6. 堅強(qiáng)的抗凹性

板材和鈑金件抵抗外力和外來物件壓入而不發(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在涂覆潤滑劑之前都要經(jīng)過表面鈍化處理，形成一層Zr/Ti鹽體系轉(zhuǎn)化膜，為吸附潤滑劑創(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)下典型的無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝是阿洛丁法，在德國已有成熟的生產(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，同時應(yīng)有合理的性價比。

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)在所說的ABS一般都是指車身外覆蓋板。關(guān)于ABS在2004年以前，國外有研究5xxx系合金的，也有研究2xxx系及6xxx系合金的，但自2005年起各國材料科學(xué)家的意見比較統(tǒng)一，大都集中于6xxx系合金的研究與開發(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滑劑，涂漆后在烘烤過程中強(qiáng)度得到進(jìn)一步的提高。表中列出了Si含量對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含量過剩的合金，因?yàn)檫^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率與成形性能，但不能過多，否則會降低彎曲性能，對成形性不利。

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、斷面縮頸率評估，有相關(guān)人士認(rèn)為：在評估汽車鋁合金鈑的成形性能時，使用X6值為評價指標(biāo)最為準(zhǔn)確；在簡單的單向拉伸性能參數(shù)中，可以使用Z值或n值進(jìn)行評價，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)，對成分做了稍微的改變，或是對主成分略加調(diào)整，或是添加了一兩個微量元素，或?qū)δ承╇s質(zhì)作更嚴(yán)格的限制；第二對生產(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)品具有更好的性價比，汽車制造廠更樂于使用。

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)正在對該產(chǎn)品進(jìn)行性能測試與評估。

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，伸長率A5=30%。它是強(qiáng)度高與成形性也不錯的合金，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合金原是德國聯(lián)合鋁業(yè)公司（VAW）格雷文布羅伊（Grevenbroich）軋制廠的注冊合金， 2006年海德魯鋁業(yè)公司（Hydro）收購了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。

中國著重發(fā)展6xxx系合金

國外在發(fā)展ABS合金方面經(jīng)過幾十年的工作已形成一個龐大的家族，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。美國則多用2xxx系合金，歐洲對6xxx系合金更感興趣。中國在《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)勢一致，也與中國鋁加工業(yè)及汽車制造業(yè)的實(shí)際情況吻合。這三個合金的成分見下表，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，對于廢料回收與發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)非常有利，也就是說，在廢料回收過程中，即使發(fā)生少量的混料也是允許的。

結(jié)束語

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)，是從大的工序來說的，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，保溫時間宜長些，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)計的冷軋機(jī)，在軋最后一道時換上專用軋輥，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。

對固溶處理技術(shù)、淬火技術(shù)、強(qiáng)化相形核過程技術(shù)、預(yù)時效工藝、停放時間等的控制應(yīng)統(tǒng)一起來看，以使材料在成表性、抗時效穩(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。

從熔煉鑄造開始到精整涂油包裝為止，如能對各道工序工藝參數(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，長寬比2~5，而且平均長度≤10μm。有了這種組織的ABS，在翻邊時與拉延涂裝后不會出現(xiàn)羅平線，同時變形后也不出現(xiàn)呂德帶。

由于我們在生產(chǎn)ABS方面才剛剛起步，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距甚大，不說一百年，少說也有五六十年，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，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)備能盡快地向市場供應(yīng)ABS，另一方面應(yīng)展開研發(fā)工作，形成大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的局面。

大力開發(fā)基礎(chǔ)研究。中國的高等院校、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，就是對基礎(chǔ)研究投入少，要做到萬眾創(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)造一個全新的ABS鋁合金系當(dāng)前看來幾乎是不可能的，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5754的內(nèi)板ABS合金，同時新合金應(yīng)有更加勝出的性價比。

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，在這方面中國與國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。