アルミ合金を伴う自動車軽量化トレンド

図1.ヨーロッパの自動車で使用されるアルミニウムの平均量の変化

今日、「軽量」という用語は、自動車業(yè)界の用語から、メディア ニュースで頻繁に使用される語彙へと進化しています。 「Made in China 2025」では、軽量化も自動車産業(yè)の発展の重要な方向性と見なされてきました。簡単に言えば、軽量化とは、車両の強度と安全性を確保しながら車両の重量を可能な限り減らすことで、車両のパワーを向上させ、燃料消費量を削減し、排気ガス汚染を減らすことです。近年、環(huán)境保護や省エネルギーへの要求が厳しくなる中、世界の自動車の発展において自動車の軽量化はとどまるところを知りません。歐州アルミニウム協(xié)會によると、車の品質が 100kg ごとに、100km あたり 0.6L の燃料を節(jié)約し、CO2800-900g を削減できます。アルミニウムの密度は鋼のわずか 1/3 で、可塑性と復元性に優(yōu)れています。自動車に最適な軽量素材です。 1970 年代の最初の石油危機の間、石油価格の上昇に直面して、世界中の自動車メーカーはスチール ラジエーター、シリンダー ヘッド、バンパーの製造にアルミニウム合金を使用しようとしました。燃料効率。それ以來、自動車におけるアルミニウム合金の割合は増加しています。有名なコンサルティング會社ダッカー?ワールドワイドが発表した調査データによると、歐州車の平均アルミニウム消費量は 1990 年以降、50kg から現(xiàn)在の 151kg へと 3 倍になり、2025 年には 196kg に増加するでしょう。

図2.歐州の自動車用アルミニウム（140kg）の分配率（2012年のデータ）

現(xiàn)在、自動車の軽量化の流れはますます激しくなり、ハブ、エンジン、ラジエーター、オイルパイプなどにアルミニウム合金が広く使用されています。ボディの品質は、車の総質量の約 40% を占めます。車全體の軽量化には、車體重量が重要な役割を果たします。 2016年の歐州車體會議（EuroCarBody 2016）によると、アルミニウム合金の適用率は、ホワイトボディ（つまり、溶接されているが塗裝されていないボディ）の一部のハイエンドモデルの品質の半分以上に達しています。 ）。例えば、アストンマーチンのDB11アルミ合金適用率は86.1%、2代目ホンダNSX（アキュラNSX）は79.0%、5代目ランドローバーディスカバリーは62.9%と高い。ただし、通常のモデルのボディへのアルミニウム合金の適用はまだ比較的少ないです。有名なコンサルティング會社 Ducker Worldwide のデータによると、2015 年の自動車ボディへのアルミニウム合金パネルの浸透はわずか 4% でした。今日、全アルミニウム製ボディワークは依然としてピラミッドの先端にある技術であり、使用されているだけです。一部のハイエンドモデル。軽量ボディは、軽量化メーカーの開発における重要な研究テーマです。

図3. Aston Martin DB11アルミニウム合金のアプリケーションの分布

現(xiàn)在、自動車用アルミ合金は、基本的にダイカストアルミ合金と異形アルミ合金に分けられ、その中でもダイカストアルミ合金が主に使用されており、約66%を占めています。変形したアルミニウム合金は、さらに圧延シート（18%）、押し出しシート（11%）および少量の鍛造部品（5%）に分類できます。注目すべき點は、2016年の鋳造アルミニウム合金は依然として自動車用アルミニウム合金の主な形態(tài)ですが、そのシェアは2012年と比較して8ポイント減少しています。逆に、軽量ボディの開発により、圧延のシェアはシートは2012年の13%から2016年の18%に大幅に増加しました。同時に、押し出しプロファイルと鍛造品のシェアはあまり変わりません。

図4. 2016年と2012年のヨーロッパの自動車用アルミニウム合金の比較

鋳造アルミニウム合金は、ほとんどの自動車で最も広く使用されているタイプのアルミニウム合金であり、ホイール、エンジン部品、アンダーフレーム、ショックアブソーバーブラケット、スペースフレームなどの構造部品で広く使用されています。自動車産業(yè)では、鋳造アルミ合金ホイールは、アルミ化率が高く、最も成長が速い部品です?，F(xiàn)在、ほとんどのアルミニウム合金ホイールはA356合金を使用した低圧鋳造で製造されており、一部の高級ホイールは押出鋳造、型鍛造、またはスピニングで製造されています。エンジンのシリンダーブロックとシリンダーヘッドの両方に、優(yōu)れた熱伝導性と耐食性が必要です。これがアルミニウム合金の利點です?，F(xiàn)在、國內外の自動車の多くはアルミ製のシリンダーブロックやシリンダーヘッドを使用していますが、高強度、高抵抗が要求される場所では鋳鉄が使用されています。近年、新しいAl-Si-Cu-Mg-Fe合金の開発と対応する鋳造技術の開発により、アルミニウム合金鋳物の高性能化が可能になり、ディーゼルエンジンを含むエンジン部品へのアルミニウム合金の適用がさらに促進されました。重力鋳造や低圧鋳造など、シリンダーヘッドの鋳造方法も多様です。さらに、鋳造アルミニウム合金は、ショックアブソーバーブラケット、電気自動車のバッテリーパック、構造キャビネットなどの構造部品に広く使用されています。これらの部品は、ほとんどが複雑な形狀の薄肉部材であるため、Al-Si合金を用いた高圧鋳造法で製造されることが多い。

鋳造アルミニウム合金と比較して、自動車での変形アルミニウム合金の平均的なアプリケーションシェアはまだ小さいです。ダッカーワールドワイドの調査によると、2016年の自動車用アルミニウム合金の34%は、変形したアルミニウム合金のみでした（圧延板は18%、押し出しプロファイルは11%、鍛造品は5%）。ただし、オールアルミニウムボディを使用する一部のハイエンドモデルでは、変形アルミニウムの割合が鋳造アルミニウムの割合よりもはるかに高くなっています?，F(xiàn)在、業(yè)界は変形アルミニウム合金の研究開発と応用技術に多額の投資を行っており、全アルミニウム體技術を含み、その比率は急速に増加しています。 Ducker Worldwideは、アルミニウム合金ボディ技術の急速な発展により、変形アルミニウム合金（特に圧延板）を自動車に適用すると、急速な成長がもたらされると予測しています（図1を參照）。

自動車用異形アルミニウム合金には、主に5xxx系（Al-Mg系）、6xxx系（Al-Mg-Si系）、少量の2xxx系（Al-Cg系）と7xxx系（Al-Zn-系）があります。 Mgタイプ）。中でも5xxx系合金は熱処理強化ができず、成形性に優(yōu)れています。しかし、成形後は降伏點が長くなり、表面にシワが発生し、製品の外観品質に影響を與えるため、主にインナーパネルなどの複雑な形狀に使用されます。 6xxx系合金はMgとSiの固溶とMg2Si相の時効析出により熱処理強化が可能です。塗裝乾燥後の強度が向上し、耐デント性が高く、外板やボディフレームの要求に適しています。強度、剛性。圧延シートを除いて、押し出しプロファイルも重要な自動車変形アルミニウム合金であり、一般に、バンパー、エネルギー吸収ボックス、フロント縦ビームのフロントセクション、シル、リア縦ビームのリアセクションなどの等しい斷面の構造部品に適しています。中強度の 6xxx は、その高い押出速度と表面品質、および押出時の時効硬化特性により、押出プロファイルの主な材料です。高強度 7xxx アルミニウム合金は、高強度が必要な押出プロファイルの製造にも使用されます。同時に、衝撃強度を向上させるために、プロファイルのプロファイルはほとんどが「口」、「日」、「メッシュ」です。

図5.押し出しプロファイルの「日」タイプのエネルギー吸収ボックス（左側の衝突前と右側の衝突後）

アルミニウム合金は、自動車の軽量化の波において重要な役割を果たしていますが、重要な課題にも直面しています。実際、軽量化とは単に重量を減らすことではなく、車両の性能、安全性、コスト、および重量のバランスを取ることです?，F(xiàn)在、自動車用アルミニウム合金のコア抵抗は依然として高コストであるため、オールアルミニウムボディの適用はハイエンドモデルに限定されており、一時的に多數(shù)の経済モデルに拡大することができません。アルミニウム合金の性能限界も、その開発を制限する重要な要因です。一部の部品では、まだ鋼を置き換えることはできません。同時に、アルミニウム合金の接続技術、特に鋳鉄-アルミニウム、鋼-アルミニウム、マグネシウム-アルミニウムなどの多材料接合技術も、自動車におけるアルミニウム合金の適用における主要な要素です。アウディの新型A8 D5は、20年以上使用されてきたオールアルミボディを「捨て」、かなりの重量を持つ高強度スチールを採用。その影響でD5モデルは前モデルより51KG増加しましたが、ボディのねじり剛性が24%アップし、安全性が大幅に向上し、大幅なコストダウンを実現(xiàn)しました。

第6フレームワークプログラムでは、EUは超軽量ボディ共同研究開発プロジェクト（SuperLight-Car）を実施するために、2004?2009年に9つの國と地域に38のユニットを編成しました。このプロジェクトの経験から、自動車用アルミニウム合金のさらなる開発は、新しい高性能合金と新しい生産技術の開発に焦點を當てるべきであることが示されています。研究開発作業(yè)では、リソースを統(tǒng)合する必要もあります。自動車メーカーは、原材料、部品サプライヤー、関連する科學研究機関と協(xié)力して、先進の軽量技術を共同で探求し、軽量の産業(yè)チェーンの確立を促進します。

主な參考資料：

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7.2016歐州機関會議（EuroCarBody）情報。