挪威海德魯（Hydro）推出適用於復雜汽車零部件的超塑性成形鋁合金

隨着汽車制造商開發出越來越先進的汽車零部件,與鋼相比，鋁板因其較低的可成形性而面臨更多的挑戰。對於解決鋁成形的問題，超塑性成型工藝是一種潛在的方案，因爲該工藝能夠提供生產深拉薄壁鋁板組件的能力，近日，Hydro推出了三種用於鋁板超塑性成形的新型鋁合金，主要用於汽車市場。

當材料處於這種加熱狀態時，將鋁板放入模具中，並將加壓氣體吹到板上，將其模塑成成形部件（圖1），並且沒有回彈或殘餘應力。這種工藝與細晶粒的行爲相結合，可以制造非常困難的幾何形狀，這在經典的衝壓工藝中是不可能的。該工藝還能夠實現高質量的表面光潔度。

在航空航天以及用於公共汽車和鐵路部件的制造領域，超塑性鋁成型已經用於特種產品超過25年。它也被用於利基（小衆）汽車產品，例如摩根和阿斯頓馬丁，這些汽車在制造過程中仍然保留大量的手工作業。

超塑性成形通常表現出較慢的周期時間，每個零件的生產在半個小時範圍內。由於汽車工業習慣於能夠在幾秒鍾內生產部件的衝壓工藝，這一直是該技術的擴展使用的障礙。然而，汽車行業仍對該工藝過程感興趣。因爲該工藝使鋁制造商能夠生產薄壁鋁板組件，該工藝可以將板材原始尺寸拉伸至少200％。大型零件可以由一張板材制成，從而取代了由大量小零件組成的更復雜的結構。

爲了使超塑性成形工藝對汽車工業更具吸引力，需要提高生產速度。因此，Hydro推出了三種新鋁合金-兩種新的5000系列合金（新一代5083和5456）和一種新的7020合金-據說可以實現更高的伸長率，提高後成形強度，並縮短超塑性成形的循環時間。這些合金由Hydro與汽車OEM和一級供應商合作開發。在開發過程中，Hydro使用復雜的成形曲線來研究材料的變薄，在部件的某些區域需要將其拉長達200％。

Hydro爲合金提供了輸入參數，例如執行超塑性成型工藝的最佳溫度範圍。使用這些數據，原始設備制造商對車輛部件進行了計算機建模，偶爾將模型送回Hydro，Hydro檢查關鍵區域並研究合金的微觀結構，以便調整參數。

如上所述，5083鋁合金已經普遍用於超塑性成形過程。這通常是因爲具有高鎂含量的合金的化學性質是具有固有高強度（150-180MPa屈服強度）的天然硬化合金。Hydro的下一代5083合金和新的5456合金的開發使制造商能夠將加工時間縮短至幾分鍾-這是使該工藝具有競爭力的關鍵步驟。使用5000系列合金時，該工藝永遠不會像衝壓一樣快，但可以通過鋁板成型性能提供的改進設計機會來抵消，從而實現多個部件的集成。

考慮一下大型汽車，比如賓利汽車或勞斯萊斯汽車，汽車的整個側面都可以用一塊鋁板制成。通過生產一個大的部件，以取代過去需要的四個或五個部件。因此，即使循環時間較慢，也可以生產出不同的更復雜的形狀，從而使該工藝具有競爭力。

新的7020合金提供了不同的概念。基本上吹塑成型過程與5000系列鋁合金是相同的，不同之處在於在成形過程之後，可以對材料進行熱處理以改善其強度性能（在300MPa的產率範圍內）。使用這種合金需要復雜的加工條件和專用的熱處理參數。制造也可以在一個單元內設計，預熱，吹塑和退火階段在一條線上進行。

汽車的整體功能來自隱藏在外板後面的內部結構部件，特別是對於這些結構部件，7020鋁合金憑借高強度特性，可以實現非常薄的厚度（約1.2毫米），從而提供進一步的輕量化。

賓利爲其新款ContinentalGrandTourer（GT）實施了優化的材料組合，該產品採用的板材，鑄造和擠壓形式的鋁和鋼，以及模塑復合材料。除了行李箱蓋是復合材料，所有外部面板均採用超塑性成型工藝（圖2）用鋁制成。

Continental GT是第一款採用超塑成型工藝制造整體車身的量產車。賓利最近指出，如果不利用超塑性成形，汽車車身的高度雕刻表面是不可能實現的。

“使用氣壓而不是傳統的兩件式模具工具意味着可以在每個面板內實現極其緊湊的半徑和形狀深度，從而提供Continental GT設計線和表面所需的定義，”該公司解釋說。在開發GT的結構性能方面投入了超過50,000個工程小時。總而言之，整個車身的材料混合使用，相比一個完全由鋼制成的車身，重量減輕了85公斤，減少了近20％。此外，它還提供了高強度和耐用性，碰撞，剛度和結構剛度全面提高的性能。

Continental GT是超塑性成型工藝能力的絕佳展示。即使這是一款專爲跑車和大型高端車輛設計的小衆產品，但由於OEM能夠做到這一點，這是一項非凡的創新，隨着這一工藝過程的不斷優化，它有可能對更多的中型和中型汽車產生吸引力。

來源：汽車輕量化在線