摘要：本文介绍了作者通过对汽车轻量化发展趋势下，随着对铝合金汽车零部件的需求增大，必将带来对与之配套的热处理炉需求量增大，这对铝行业工业炉公司来说是一个新的发展机遇。

关键字：铝合金;热处理炉;汽车轻量化

1概述

工业炉是在工业生产中，利用燃料燃烧或电能转化的热量，将物料或工件加热的热工设备。工业炉在工业生产中得到了广泛的应用，其中包括铝加工和铝铸造行业。

国内汽车行业正在大力推广汽车轻量化技术。铝合金材料密度小，具有适宜的力学性能、优异的耐腐蚀性、可焊接性等特点，而且具备特有的再生性，是汽车工业实现减重、节能、环保和安全的首选材料。因此铝合金汽车零部件的应用将会越来越广泛。而这些零部件坯料的加热和热处理都离不开与之配套的工业炉。面对汽车轻量化趋势，铝行业工业炉公司因找准市场需要，尽快抢占市场。

2发展困境

从2014年开始，市场对于铝用工业炉的需求量不断在减少。现在所采购的炉型主要是用于生产航空铝材、汽车板等高附加值产品。这些炉型因为技术难度大，还未能实现国产化。

国内优秀的炉子公司其设计水平、制造能力和控制水平等在传统炉型上已经和国外公司差距不大，而且在价格上有很大优势。因此在传统炉型上，国内公司的产品可以说性价比更高。而国内公司与在国内设厂的外资炉子公司（比如奥托容克、艾伯纳）相比，由于铝板辊底炉和气垫炉的技术难度大，国内公司还没有掌握这两种炉型的关键技术，目前还无法参与这些炉型的竞争。因此国内市场还是被国外炉子公司垄断。同时，也在想通过不断提高技术实力，掌握像辊底炉和气垫炉的设计能力，从而进入高端领域的角逐。但高端炉型的市场需求有限，以气垫炉为例，现在每年全国新的需求量也不超过5条线。

3发展机遇

2017年，中国汽车产量为2901.5万辆，汽车销量为2887.9万辆，年产量年和销量均为世界第一。为了应对汽车产业带来的环境和能源短缺问题，各发达国家均制订了严格的法规来限制汽车燃油消耗和温室气体的排放，欧盟到2021年二氧化碳排放量须降至95g/km，美国到2025年须降至97g/km，日本到2020年须降至122g/km。我国规定到2020年须降至117g/km，同时工信部出台了《乘用车燃料消耗量限值》（GB19578-2004），规定在2020年乘用车平均油耗5L/100km。众所周知，减少车辆的整备质量是减低油耗和减少排放最为有效的方法。据统计，汽车每减少100kg，节省燃油0.3～0.5L/（100km），可减少CO2排放 8～11g/（100km）。2017年全球新能源乘用车销量超122万辆，同比增长57%。其中，我国仍然是全球最大的新能源汽车市场（2017年销量达到57.8万辆）。工信部预计，在2020年我国新能源汽车，将达到200万辆。但是，新能源汽车无法远距离续航的问题成为人们选择新能源纠结的关键。针对这一问题，未来的破局需要从两个方面来解决，第一个显而易见是电池容量的增加，第二个是降低汽车整备质量，每减少100公斤的整备质量可以增加续驶里程10%，节约电池成本15%-20%[1]。

汽车轻量化已成为汽车工业当前最重要的研究方向之一。轻量化通常是通过采用铝等轻质材料，开发先进的制造工艺而实现的。铝合金的密度低（2.7g/cm3），仅为钢铁的1/3，铝资源广，质量小，可再生利用，节约资源，具有良好的工艺性、吸收冲击性能好、耐腐蚀、易回收等特点，是综合性能很好的轻量化材料之一。典型的铝合金件一次减重效果可达30%～40%，二次减重则可进一步提高到50%[1]。

北美汽车铝用量最高，乘用车单车平均用铝量超过150kg。目前，我国单车用铝合金不到100kg。据预测2020年国内汽车用铝量将达190kg/辆，新能源汽车可达200kg/辆。

我国汽车铝合金化程度不高，所用铝合金材料尚未形成标准化、系列化，由于受制造工艺、成本、维修、路况等条件的限制，铝散热器的应用在一定程度上受到影响。但是，随着我国汽车工业的快速向前发展，铝合金材料在汽车上的应用也将会得到相应的增加和发展的[2]。近两年来，中国正在大力发展汽车轻量化技术，以配合国内汽车产业的转型升级。

4铝合金材料应用范围

为了能够使整车实现最大程度的轻量化，在进行轻量化技术实施时应该按照车身结构轻量化→底盘轻量化→动力总成轻量化→电气、空调系统轻量化的顺序进行。目前可采用铝合金材质汽车零部件有：

车身：变形铝合金在车身零件及结构件的应用方面发展较快，如应用日益广泛的铝合金行李箱盖、发动机舱罩盖等。

底盘：汽车底盘包括副车架、悬架、转向和制动系统。副车架的轻量化措施主要是由铝合金铸造工艺实现;控制臂、转向节、车轮、转向器壳体、转向柱的轻量化设计主要集中在铸铝和锻铝的使用上;制动系统轻量化措施有铝合金制动钳、支架和真空助力器壳体。

传动：汽车传动系统主要包括离合器、变速器、传动轴、差速器、驱动桥、半轴等主要零件。其中离合器、变速器、差速器、驱动桥壳体主要由铝合金铸造。

发动机：铝合金用于发动机零部件制造和壳体类零部件等，如气缸体、气缸盖、活塞、进气管、水泵壳、起动机壳体、摇臂、发动机支架、滤清器底座、齿轮室罩盖、飞轮壳、油底壳等。

5常用炉型介绍

铸造铝合金的用量占汽车铝材总用量的65%。铸造件中很大一部分需要进行热处理，使之达到最佳的使用性能。

对于这次发展机遇，工业炉公司有必要增加针对铝合金汽车部件热处理炉的推广和研发力度。

通过了解目前市场上应用较为广泛的铝合金汽车零部件热处理炉的现状和技术水平，找出自身与先进炉型的技术差距，明确研发方向。

5.1锻材加热炉

锻材加热炉是一款高效的连续式板带输送炉，它的功能是将铝锭/板坯加热到锻造温度。锻造产品有铝合金控制臂、摆臂等。

当产量为8000kg/h时，装炉量可以达到60000kg。强对流系统加上独立的流量管理系统的应用确保传输带上的所有零部件将以均匀、可重复的方式被加热。

炉子采用电加热还是燃气加热取决于客户的需求。通过强烈循环的炉内气氛对整个炉膛空间的覆盖，完成加热。

5.2铸造铝合金轮毂热处理线

铸造铝合金轮毂热处理线包括固溶炉、时效炉、淬火槽、上料机和下料机。它具有节能、维护方便，操作灵活的特点。

轮毂在整个传输过程中都不需要料框，是通过多轮的步进梁系统来实现。

炉子可以实现混装，即直径在14”到24”之间的轮毂都可以同时进料。加热直接受风道内的天然气烧嘴影响。由于优化的燃烧工艺和在第一区自预热式烧嘴的使用，这一配置使炉子具有非常出众的热效率。

与传统的有框热处理炉相比较，该炉型的无框设计具有节能的特点。需要热处理的轮毂通过辊道输送到炉前，在这个过程中轮毂被对齐、测量和定位。当一整排的轮毂排列就绪后，它们将由机械手送入到炉子里面。

料在炉内的移动是通过步进料机构实现。该步进机构是从钢铁热处理设备步进机构发展而来的。料在炉内以低速被移动，可以充分利用节拍时间，以防止轮毂接触面损坏。

在固溶炉出口，机械手将轮毂从炉内取出，并将其浸入到淬火槽内。在淬火槽内，轮毂被转移到时效炉以完成整个热处理。

轮毂热处理线的布置形式比较灵活，根据其中固溶炉和时效之间的相对位置，对轮毂热处理线可进行“I”型排布，“U”字型排布以及固溶炉和时效炉的上下叠放排布。具体排布方式，根据用户厂房设计决定。

5.3发动机缸盖/缸体热处理线

该热处理线包括上料段（叉车上料区）、固溶炉，淬火槽，时效炉和卸料段。炉气通过高速风机在炉内进行循环。热效率和维护方便作为关键点在设计中得到充分考虑。

炉气通过天然气烧嘴被直接进行加热。

固溶炉排出的烟气通过保温的管道被导到时效炉。烟气先是被引导一个外设的燃烧室，当时效炉需要升温时（从冷态启动），它的功能是提供额外的热能。然后，烟气被输送到时效炉的每个区靠循环风机位置。从固溶炉排出的烟气余热在时效炉内得到利用。

中间炉门的设置讲加热区和保温区分开，防止冷料影响保温区的温度均匀性。

淬火槽由不锈钢制成。升降平台通过液压缸进行驱动。料从炉子转移到淬火槽的时间不超过15s。螺旋形的循环泵确保物料的均匀淬火，以及水温的均匀性。同时淬火槽还配有加热和冷却系统。

该热处理线采用往复式的拉杆结构实现物料传输。传输时，零部件被摆放在特制的料框内。所以该热处理线，除了能对发动机缸盖、缸体进行热处理外，还适用于卡钳、转向节等不同形状的零部件的热处理。

从上面列举的三种炉型不难看出，因为铝合金汽车零部件的种类繁多，所以与之配套的热处理炉也是五花八门。但这些炉子都有一些共同点：能效水平高、自动化程度高、兼容性强、维护方便。

6结论

全球汽车销量长周期下看将处于增长态势，尤其是中国市场，特别是在汽车轻量化的新趋势下，铝合金汽车零部件的需求量将会不断增长。随着铝合金材质的汽车零部件的使用越来越广泛，与之对应的热处理炉的需求量也将会增大。为了更好的抓住这一发展机遇，铝行业工业炉公司需要针对市场需求尽快开发新炉型，升级已有炉型，从而在原本竞争激烈的市场中分得一块蛋糕。

参考文献

[1] 王登峰，王智文，董学锋. 中国汽车轻量化发展——战略与路径 [M]. 北京：北京理工大学出版社， 2015.

[2] 饶晓晓. A356铸造铝合金热处理强化工艺研究 [D]. 武汉：华中科技大学， 2007.