車用鋁合金的革命性突破——訪魏橋輕量化研究院院長張海
2023年11月17日 9:11 4796次瀏覽 來源: 中國有色金屬報 分類: 重點新聞 作者: 劉京青 郭沛宇
高強、高韌,耐疲勞、防腐蝕。如果有一款轎車用上了這樣性能優(yōu)異、高性價比的鋁合金材料,誰能不為它心動。11月9日,在海南三亞,一場魏橋“鋁途精材-WQAL®”發(fā)布會引發(fā)關注:以WQAL命名的山東魏橋創(chuàng)業(yè)集團自主研發(fā)的兩大類三個系列的6款鋁合金新材料,帶著出色的力學與服役性能數(shù)據(jù),驚艷亮相,令業(yè)界矚目。
據(jù)了解,魏橋集團這次發(fā)布的WQAL品牌系列鋁合金材料包括WHS、CHF、CHP三個系列產(chǎn)品,分屬于變形鋁合金、鑄造鋁合金和一體壓鑄專用免熱處理材料。它們突破了傳統(tǒng)合金材料在耐腐蝕與抗疲勞性能以及鑄造成形上的極值,將為我國汽車輕量化、鋁加工行業(yè)帶來巨大的改變。
魏橋WQAL品牌系列鋁合金材料究竟強在哪?它將給鋁加工以及汽車、航空航天、船舶行業(yè)帶來怎樣的深刻影響?研發(fā)背后有著怎樣不為人知的故事?在發(fā)布會現(xiàn)場,魏橋輕量化研究院院長張海向記者娓娓道來。
被譽為革命性的材料,WQAL好在哪
眾所周知,輕量化對于汽車而言意義重大,而鋁合金是最具前途的輕量化材料。一直以來,更高強度與韌性,是鋁合金性能的標志。而這一次,魏橋WQAL系列合金的火爆出圈則是源于它突破了傳統(tǒng)車用鋁合金耐腐蝕與抗疲勞性能的極限。
張海告訴記者,魏橋輕量化研發(fā)團隊在解決了材料的強度與韌性的基礎上,另辟蹊徑,鎖定了全新“靶點”—— 材料的服役性能,即材料的疲勞與腐蝕性能。
張海解釋說,對于汽車而言,不僅僅是材料的強度,其服役性能更為重要。當材料強度提高后,可以減薄部件的厚度,但是由于汽車服役環(huán)境復雜,一旦厚度降低后部件將會增加部件斷裂的風險,因此,提高材料的抗疲勞與耐腐蝕性能,就顯得尤為重要。
“這次發(fā)布的WQAL WHS 340、370、400高強耐腐蝕新型鋁合金的材料的耐腐蝕性能,相對于其他高性能鋁合金而言,提高了一倍,因此,我們對車體可以充分地進行臂厚的減小和優(yōu)化,實現(xiàn)更高的減重效果。也就是說,我們的材料用在汽車上與現(xiàn)有鋁合金比較,可實現(xiàn)20%的減重,真正實現(xiàn)由‘以鋁代鋼’到‘以鋁代鋁’的跨越。”張海告訴記者。
WHS系列一枝獨秀,而CHF系列鑄造鋁合金的數(shù)據(jù)“天花板”,更是突破了鑄造鋁合金疲勞強度的極限。
“CHF系列鑄造鋁合金被稱為革命性的材料。之所以稱為革命性,主要是CHF系列鑄造鋁合金突破了鑄造鋁合金疲勞強度的極限。目前報道的鑄造鋁合金疲勞強度尚沒有超過105兆帕,我們的材料已經(jīng)可以達到130兆帕,這是變形鋁合金的水平,可以實現(xiàn)車用部件的‘以鑄代鍛’,帶來的收益將是效率的提升與成本的降低。可以說,這類材料我們超越了世界上所有的鑄造鋁合金材料,處于‘遙遙領先’。”張海自豪地說。
遙遙領先的材料優(yōu)勢,將如何影響行業(yè)
“6款新材料實現(xiàn)大批量生產(chǎn),這是高性能鋁合金生產(chǎn)中的重大突破,也是我們材料的最大優(yōu)勢。”據(jù)張海介紹,目前,WHS 340、370、400已經(jīng)全部應用于廂式貨車、掛車以及卡車的車架,包括CHF系列鑄造鋁合金也已正常生產(chǎn),一體化壓鑄材料,目前處于中試階段。
高性能材料的問世,對于汽車業(yè)和鋁加工行業(yè)有著怎樣的重大意義?產(chǎn)生何種影響?
張海告訴記者:“這次發(fā)布的新材料,都是目前世界最好的材料,其不僅僅可以代替鋼材,特別是最先進的高強鋼,還可以代替現(xiàn)有的鋁合金材料,可實現(xiàn)減重20%以上。如果換算到汽車端,帶來的收益就是——增加新能源汽車行駛里程20%,電池成本降低20%。而對于商用車意義更大——可以增加載重20%,減少行駛費用近10%,極大增加終端用戶的價值。”
“同時,我們的材料都是可以再生的,且可以實現(xiàn)這些材料的相互再生,也就是我們的WHS可以作為CHF系列的原料,反之也可以。這個看似簡單,但是對于鋁加工和汽車兩個行業(yè)意義重大,有效實現(xiàn)低碳制造與低碳服役,助力兩個行業(yè)的減碳發(fā)展,保守估計采用我們的材料,降低車輛全生命周期碳排放15%~20%。”
“總之,這次發(fā)布的新材料,對于鋁加工與汽車兩個行業(yè)都具有重要的意義,有效打通兩個行業(yè),真正實現(xiàn)兩個行業(yè)的閉環(huán),也就是說鋁造車,車變鋁。真正做到張波董事長對魏橋集團的發(fā)展定位:‘鏈’向高端,實現(xiàn)高質量發(fā)展;聚‘鏈’成網(wǎng),構建新發(fā)展格局。”張??偨Y說。
好材料是如何煉成的
同時發(fā)布6款高性能的鋁合金材料,讓一直默默無聞的魏橋輕量化研究院聲名鵲起。這是一個怎樣的研發(fā)機構,為什么它能夠在材料領域不斷推陳出新,挑戰(zhàn)極限?
張海介紹說,魏橋輕量化研究院于2021年7月在蘇州注冊成立。目前有大約包括碩士、博士及高校教師等50余人的研發(fā)團隊,主攻鋁合金新型材料及其制備技術的研發(fā)。
“其實,早在2017年5月,蘇州大學和魏橋集團圍繞高端鋁制造成立了魏橋-蘇大新材料研究院。當時集團張波董事長給我的任務就是在新材料方面做一些前沿性的工作,并且提出不勉強在短時間內做出什么成果。”張海說,當時董事長思路明確,新材料將來是魏橋集團轉型升級當中的重要的一環(huán),只有掌握一些新的材料,然后才能沿輕量化方向大步前行。
“你放心地去開發(fā),研發(fā)費用我來提供,哪怕是你開發(fā)出來的新材料或者新工藝,我魏橋用不上,只要國家用得上就行。”當時張波話語體現(xiàn)出的高瞻遠矚和開闊胸襟,讓張海印象很深刻。
也正是這一番話,給張海吃了定心丸,更讓他心里憋著一股勁。從那一刻起,張海帶領團隊潛心研發(fā),沒有急于求成,從基礎研究做起,每一步都走得扎實。
順應高質量發(fā)展的要求,以“創(chuàng)新魏橋,科技魏橋”為發(fā)展方向,不斷加快產(chǎn)業(yè)鏈轉型升級。2019年,魏橋規(guī)劃并建設了魏橋輕量化基地,力圖通過10年的努力,在2030年使輕量化成為魏橋創(chuàng)業(yè)集團的第三大支柱產(chǎn)業(yè)。
張?;貞浾f,當年魏橋提出輕量化這個概念的時候,實際上非常超前,經(jīng)過了多次研究論證后才最終確定下來。我們希望在鋁產(chǎn)業(yè)上做一個整體的閉環(huán)。目前魏橋集團已具備的有:自己的鋁土礦,到氧化鋁、電解鋁、鋁板帶,繼續(xù)向下延伸,做到輕量化部件。這是與過去完全不一樣的完整的產(chǎn)業(yè)鏈。而如何能夠把這個產(chǎn)業(yè)鏈打通,同時又做成綠色循環(huán),這種模式在全世界也是首次嘗試做。
“輕量化從電解鋁的鑄造開始。鑄造或變形后再做成零部件,之后再把它做成車身、車架,最后做成一臺車,車完成服役周期后再回收?;厥找院笃扑?,破碎后分解,分解以后把鋁再回收回來,鋁進入再循環(huán)利用。同時我們在開發(fā)不降級,或者是升級使用的這個技術,這樣就形成了一條閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。”張海向記者詳解輕量化的產(chǎn)業(yè)鏈條。
隨著魏橋輕量化產(chǎn)業(yè)的盤子越做越大,光靠蘇大一家來支撐顯得“吃勁”。“ 我們需要有自己的研發(fā)團隊。2021年,魏橋輕量化研究院應運而生。”此后,研究院從全世界招聘尖端人才,研發(fā)后勁不斷增強。”張海說。
未來10年,魏橋不但要在汽車領域開發(fā)新材料,還將在軌道交通、航天航空、海洋工程等領域開發(fā)更好的材料。
“一是,在汽車領域,我們準備花五年以上的時間集中研發(fā)高可焊性材料和環(huán)境友好材料,盡可能不用貴元素,而是想辦法用廉價的元素,通過開發(fā)先進的制備方法和工藝,使其達到更高的性能。二是,在航天航空領域,我們重點瞄準中低空飛行的市場著手新材料的開發(fā)。三是,海洋和艦船方面,研發(fā)高耐蝕性的高強度材料。”從事材料開發(fā)30余年,張海依然樂此不疲。
責任編輯:孟慶科
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