0 引言

在汽车产业可持续发展及节能降碳政策不断深化、整车安全性能测试不断加严的背景下，如何在保证整车安全性能的前提下进行轻量化，已成为汽车行业技术迭代的重要方向。铝合金凭借其低密度（约为钢的1/3）和高比强度的特点，被各大主机厂大规模应用于车身等关键系统，来实现整车轻量化。

铝型材因其截面设计灵活、吸能表现优异，被广泛应用于防撞梁、门槛梁和纵梁等关键承载与防护零件上。随着铝型材在车身上的应用不断增多，在强韧性、耐蚀性、成形性以及可焊接性等多种性能需求的约束下，6000系铝合金凭借其明显的优势成为兼顾安全与减重的关键承载结构的优选方案。

而传统6000系高强铝合金在服役状态下屈服强度一般不高于300MPa，在满足安全性能的前提下选择力学性能更优异的替代材料进行减重的情况下，众多主机厂开始考虑7000系铝型材。但7000系铝型材一方面成本更高，另一方面存在焊接性能差、可加工性能差和应力腐蚀风险，其应用场景相对受限。

基于以上背景，理想汽车提前布局车身用挤压铝合金材料开发，通过系统研究6000系铝型材成分、工艺、组织及性能的关系，开展了一系列材料开发及应用的技术攻关，创新开发出的6000HS、6000TS和6000EC等新一代高性能铝型材，其应用覆盖前/后防撞梁、门防撞梁、前后纵梁/吸能盒等安全结构件，并通过构建新一代6000系创新铝型材应用体系，解决了高强度与高韧性不可兼得的关键问题，从多场景、多零件协同保障整车安全性能。目前上述材料已在量产车型上实现应用，为行业提供了新的轻量化解决方案及材料标准。

1 车身用铝型材应用现状及趋势

从碰撞安全性分析，铝型材的应用主要分布在非变形区、变形吸能区两大区域，这两类区域的零件又分别以高强度或高韧性为首要考核指标，通常，绝大部分车企主要选用6061、6082或6063，而随着安全性能的加严，通过增加厚度来增加吸能量十分低效，并且与整车轻量化的发展方向背道而驰，因此部分主机厂会选择用7003材料进行替代，但7000系铝型材存在焊接性能差、可加工能力差和成本高等客观缺点，需针对不同零件进行有针对性的材料创新开发和应用已经迫在眉睫。

针对上述背景，不同材料厂进行了不同方向的挤压合金材料开发。江苏敏兴汽车科技有限公司通过优化成分配比与双时效协同调控工艺，通过调控 η 相及  相析出强化，开发出了屈服强度320～370MPa、延伸率＞11%的6000系铝型材。广东豪美铝业通过调整成分及工艺，开发出了屈服强度≥300MPa的铝合金材料用于防撞梁。江阴中奕达轻合金科技有限公司通过优化6082TS特殊合金成分，通过强风叠加上下加强大水雾的在线淬火方式协同工艺调控，开发出了屈服强度最高可达291MPa、延伸率达13.7%的特殊铝合金材料。广东澳美铝业有限公司通过调整铝棒合金成分及热处理工艺，抑制7000系铝合金在自然时效过程中ZnMg自然时效原子团簇的形成，开发出了屈服强度＞430MPa、延伸率＞8%的7000系铝型材。

理想汽车针对非变形区域和变形吸能区域两大类零件，系统研究了6000系铝合金的元素比例对性能的影响，通过调控组织成分和工艺优化，针对不同零件的具体需求，设计出了6000TS、6000HS和6000EC等多种材料牌号，这些材料兼顾高强度、高韧性和低成本，满足多种零件的具体应用场景。

作为非变形区的典型零件，前后防撞梁、门防撞梁是正碰、偏置碰以及后碰中的关键承力零件，是车身中需要具备高强度的典型零件。同时为保证高速碰撞后的结构完整性以及整个系统的吸能量，该零件又要求具备良好的韧性，保证撞击后不断裂。选材要兼具高强度、高韧性以及良好的可加工性。理想汽车针对防撞梁的技术特点，开发出了6000TS、6000HS两种新材料。和6082铝合金相比，6000TS以及6000HS的强度分别提升了20%和25%，仍保持着与6082相同的延伸率（＞10%）。和7003铝合金相比，6000TS与其强度相当，6000HS强度提升了10%，并且在提升材料强度的同时，规避了7000系铝合金材料焊接性能差、耐蚀性差的风险，更具有综合优势。

作为变形吸能区的典型零件，前后纵梁和吸能盒在车身中有特殊的评价指标，即压溃性能，该性能指标是为了保证在系统受到撞击时，可以通过“有规律的起褶”来进行吸能，减小乘员舱受到的伤害，是典型的需要具备高韧性的零件。针对这一特点，理想汽车突破了新能源汽车行业内应用时间最长、应用企业最广的6063铝合金材料，在保证韧性、压溃性能要求不变的情况下，应用了6000EC铝合金材料，该材料的强度在上一代基础上提升了20%，吸能效果更佳，为零件设计提供了更多的选择性，为整车的被动安全提供了更好的保障。

表1为理想汽车的重要零件选材方案，表2为常规材料及理想6000EC、6000TS和6000TS标准值及典型值的性能指标，如图1所示为常规材料及理想6000EC、6000TS和6000TS力学性能实测值。

图1 常规材料及理想6000EC、6000TS和6000HS力学性能实测值

2 理想汽车的典型轻量化案例

2.1 6000HS

前后防撞梁需要具备高强度及良好的韧性来保证安全，此外，为了满足造型及吸能效果，通常会在T4状态下进行拉弯/压弯，需要有良好的可加工性和自然时效的稳定性，以及良好的焊接性。理想汽车几乎全系车型的前防撞梁、后防撞梁都使用了6000系铝型材，在相同性能水平下，相比于1500MPa级别的辊压钢方案，可以实现减重35%左右。但随着轻量化的需求越来越迫切，即使高于国标要求的6082材料也难以进行进一步减重。例如雪铁龙C4Picasso的后防撞梁采用了6082铝合金挤压型材，但是在轻量化技术不断发展的过程中，受限于材料性能上限，其减重空间已被压缩，逐渐失去了应用优势。为了突破这一减重瓶颈并获得更高的抗撞击性能，成本更高、性能更卓越的7003高强度铝合金开始被应用，如丰田亚洲龙、极氪9X和JaguarX350的防撞梁采用了7000系铝合金。

理想汽车提前布局超高强6000系铝型材的开发，自研了超高强6000系铝型材6000HS，挤压加工费较原有的6082材料几乎翻了一倍。在满足性能的前提下，在6000系铝防撞梁的基础上，进一步减重15%，前后防撞梁加起来减重接近2kg，为新能源汽车行业提供了一条新的轻量化路线。图2所示为6000HS在理想MEGA及L6的示意图，图3所示为6000HS替换前后型材截面的变化，表3为理想汽车典型车型6000HS的轻量化方案及减重量。

图2 6000HS在MEGA及L6的示意

图3 6000HS在MEGA后防撞梁轻量化方案展示

2.2 6000TS

车门相对于前后防撞梁更加靠近乘员舱，在侧面碰撞中承受的载荷更高，而且车门内部的空间更小，在狭小的空间内还起到保护乘员的作用，对材料的强度、韧性以及可挤压的最小壁厚提出了更高的要求。通常根据车门的钢/铝选材，里面的门防撞梁也会进行相应的选择。传统的钢制车门中，热成形钢门防撞梁方案应用广泛，如常见的2GPa材料、2.2GPa热成形钢材料，这些钢制材料强度非常高，但零件重量也大，轻量化效果不佳。在铝制车门中，常常选择6000系铝合金材料，如JaguarX350的门防撞梁就采用的是6082材料。

如图4、图5所示为6000TS在MEGA中的示意图，理想汽车针对车门防撞梁薄壁、高强度、高折弯的特点，没有直接选择6000HS或跟随大众汽车选择6082材料，而是通过调节元素成分、优化时效工艺，创新地应用6000TS材料。强度较6082S提升了40MPa，约14%，而折弯角约78°，相对于6000HS提高了17%。性能突破的同时，最小可挤出壁厚从LE-350S的2.5mm下探至LE-320S的2.0mm，在满足性能要求的同时实现了轻量化，构建了完整的高性能整车防撞梁系统。该材料首次量产应用在25款MEGA车型中，其前门防撞梁、滑门防撞梁两种选材方案的零件质量见表4。

图4 MEGA前门防撞梁轻量化方案

图5 MEGA滑门防撞梁轻量化方案

2.3 6000EC

纵梁及吸能盒是碰撞变形区的关键零件，依靠材料优异的韧性及可压溃性能，通过变形来进行碰撞能量的吸收降低乘员舱受到的伤害，针对这个零件进行轻量化开发，核心需求是保证吸能量。吸能量通常通过静态或者动态的压溃测试来进行评价，通常与零件截面以及材料强度有关，另外，还与材料的韧性强相关，如果韧性过低，在压溃过程中发生开裂，那么吸能量会显著降低。图6所示为6061与600EC的静态压溃后的型材状态，两种材料强度等级相同但韧性存在显著差异，压溃后的样品状态以及吸能量有很大差别。

理想汽车的上一代产品与市面上绝大多数车企的选材一样，为6063材料，但随着轻量化的需求提升，6082的强度高，但是韧性不足，不适用于后纵梁和吸能盒的需求。针对该位置零件，理想汽车也做了针对性的开发。图7所示为2025款L9的后纵梁使用6063与6000EC材料在相同截面下的静态压溃曲线对比，由曲线可知，相同截面下6000EC的最大压溃力以及平均压溃力较6063分别提升了25%和21.5%。这得益于在韧性不变的前提下，6000EC材料的强度较6063提升了20%。图8所示为2025款L9后纵梁轻量化方案展示，表5为2025款L9后纵梁不同用材的质量对比。

图6 同等强度等级的材料在静态压溃试验后样品

图7 6063与6000EC在相同截面下的静态压溃曲线对比

图8 25款L9后纵梁轻量化方案

3 结语

理想汽车的轻量化开发不仅通过结构设计的迭代，也从材料角度出发，从成分－挤压及热处理工艺－组织为出发点，实现了不同区域不同零件的定制化材料开发，结合材料设计与析出相调控，创新了一系列更加先进的6000系铝型材。当前这一系列材料已在MEGA、L9和L6等车型中量产应用，对推动新能源汽车行业的防撞梁、纵梁等零件的轻量化发展具有重要意义。

6000HS、6000TS和6000EC三款高性能铝合金，在挤压效率、热处理工艺、零件尺寸和材料成本等方面都可以满足量产交付要求。目前理想汽车搭载6000HS的L6和MEGA分别超30万辆和2万辆，搭载6000EC材料的零件超2万辆，2025款L9也开始爬产交付，共计应用6000系超高强韧系列零件超40万个。理想汽车的材料创新应用不仅推动了铝合金型材加工行业的技术提升，还提高了汽车关键结构的碰撞性能，可以在常规铝型材方案的基础上进一步减重7%~15%，为汽车设计提供了一种更优的汽车轻量化材料选择，此外还有效降低了二氧化碳排放量。以MEGA为例，单车可减少碳排放约80kg，截至目前，L6及MEGA已累计减少碳排量超5000t，符合国家碳中和战略。

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