作為輕質金屬材質的鋁合金，無論是過往的全鋁車身，或者是當前炙手可熱的鋼鋁混合車身，無一不體現(xiàn)著其在車身用材輕量化方面的重要地位。通常6系鋁合金（高合金含量的6系合金）抗拉強度可以達到350 MPa 以上，而7系的能夠達到500 MPa以上，達到中等高強鋼級別，可以解決汽車常用鋁合金強度低的問題，但是其室溫下塑性差、成形后回彈大，為了克服這類鋁合金產品生產過程中成形性差、回彈大等方面問題，在應用上就需要采用熱沖壓成形結合熱處理工藝技術。其中，高強鋁合金熱成形+淬火技術（Hot Forming and Cold-die Quenching，HFQ）因低成本、低投資、高效益等優(yōu)勢成為當前應用最廣、關注最多的關鍵技術。
鋁合金熱沖壓成形材料及工藝技術
根據(jù)合金狀態(tài)和熱處理特點，可將鋁合金分為不可熱處理強化鋁合金和可熱處理強化鋁合金兩類。不可熱處理強化鋁合金通常采用加工硬化的方法來提高其強度。對于可熱處理強化的鋁合金，如Al-Cu（2系）、Al-Mg-Si（6系）、Al-Zn-Mg（7系），通常采用時效強化、沉淀強化等方法來提高其強度。目前，高強度、高韌性的鋁合金經T6熱處理后屈服強度可達500MPa以上。
對于可熱處理強化的鋁合金，通常采用固溶-淬火-時效實現(xiàn)微觀組織的精確調控和性能優(yōu)化。固溶處理和淬火的目的是獲得空位和溶質原子均過飽和的固溶體，為強化相的析出提供載體；時效處理的實質是過飽和固溶體的脫溶分解過程，析出與基體共格的具有納米尺度的強化相。固溶體過飽和度越大，脫溶驅動力越大，沉淀析出越充分，強化效果越顯著。高強度、高韌性的鋁合金經T6熱處理后的屈服強度可達500MPa以上。
如下圖所示，根據(jù)固溶、淬火和時效與熱成形的配合，鋁合金的熱沖壓主要有4種不同的工藝路線。
典型的鋁合金熱沖壓方法
其中，以英國帝國理工學院的林建國等開發(fā)的第3種方法，即成形-淬火（Hot Forming and Cold-die Quenching，HFQ）技術受到的關注最多。HFQ工藝是非等溫成形過程，且沖壓成形與淬火同步實現(xiàn)。該工藝由材料固溶熱處理、熱成型與淬火、時效處理等工序組成，從鋁合金板料進入模具到成型完成的典型周期為5-10秒。
其工藝過程如下圖所示，成形時，先將板材加熱到固溶溫度并保溫一段時間，然后將板料迅速移入通過水冷等方式保持室溫的冷模具中，在短時間內成形、淬火并保壓。這樣的工藝過程可以保證鋁合金板材的微觀組織在淬火時迅速成為過飽和固溶體狀態(tài)，降低材料硬度，降低板材沖壓成形時的流動應力、提高板材的成形性，削弱了沖壓成形回彈，并且降低了所需設備的噸位。對成形淬火后從模具中取出的鋁合金零件進行后續(xù)人工時效，可以顯著提高成形零件的強度。
圖3可熱處理強化鋁合金熱沖壓成形工藝及組織演變
HFQ技術采用的是熱處理可強化鋁合金材料，通常有Al-Cu（2系）、Al-Mg-Si（6系）和Al-Zn-Mg（7系）3種，由于2系鋁合金耐腐蝕性較差，一般汽車沖壓件上主要應用6系和7系2種。
HFQ技術的主要優(yōu)勢
減低成本-通過部件集成實現(xiàn)，模具與沖壓件成本節(jié)約一般超20%；
重量減輕-高強鋁實現(xiàn)20-50%重量減輕；
幾乎無回彈-一次成型即可實現(xiàn)尺寸精度精準控制；
保持韌性-提高碰撞性能；
部件集成-更低的產品和模具成本；
合金選擇的靈活性及可持續(xù)性-使用標準的合金材料（6系&7系）完全可回收；
高強度-淬火后使鋁合金-6系&7系獲得更高的強度
HFQ技術在國內外的發(fā)展情況
英國帝國理工學院林建國建立了公司Impression Technologies Ltd (技術孵化公司)，從事鋁合金熱成形技術的推廣與應用工作。HFQ為Impression Technologies Ltd的注冊商標。
在歐洲、中國和北美的主要汽車產區(qū)，人們對汽車輕量化（尤其是電動汽車）熱成形的應用興趣正在迅速增長，這創(chuàng)造了對大批量鋁熱成形（HFQ）新生產線的需求。
2016年，瑞典AP&T公司成功交付了全球第一條基于HFQ技術的專用鋁合金熱成形生產線，可生產出質量更輕、強度更高、形狀更復雜且尺寸穩(wěn)定性更高的零部件。Impression Technologies Ltd(ITL)全資子公司CIPCO為這條生產線的采購方。
2019年Impression Technologies Ltd宣布與汽車行業(yè)模具與零部件制造供應領域的領導者Telos Global達成重要戰(zhàn)略合作。HFQ?技術將應用于北美市場，以便Telos Global生產高強度鋁合金白車身和底盤部件，并滿足OEM對SUV、皮卡車和電動車等領域迅速增長的市場需求。
2019年德國Fischer集團與Impression Technologies Ltd建立重要的戰(zhàn)略合作關系，根據(jù)合作協(xié)議，F(xiàn)ischer集團將使用HFQ?技術來制造其白色車身部件，并滿足快速增長市場（如電動汽車）的OEM的需求。fischer集團于2021年在德國南部Achern的fischer集團工廠將一條來自AP&T的全自動高強度鋁熱成型生產線投入商業(yè)運營。該產線中的AP&T伺服液壓機在整個沖壓循環(huán)中可實現(xiàn)高精度的成型控制，并且比傳統(tǒng)液壓機更節(jié)能、更環(huán)保。
中國長春吉文將英國Impression Technology公司研發(fā)的HFQ專利通過引入國內，并在國內建立了一條大型量產生產線。
HFQ技術在汽車零部件上的應用
應用方面，福特汽車早在2014年就利用7075鋁合金熱沖制成形B柱，其力學性能可達到變形前T6態(tài)鋁合金板的力學性能[18](見下圖a)。
自2016年以來，HFQ技術已被阿斯頓·馬?。ˋston Martin）和蓮花（Lotus）等高端品牌使用，并被設計用于多個新的全球電動汽車平臺，包括上車身結構、封閉件和電動系統(tǒng)外殼。阿斯頓馬丁的DB11車型的HFQ鋁合金A柱[19]見下圖b。
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部分國外量產車型用HFQ鋁合金熱成形零件
Fischer公司采用鋁熱成型（HFQ）技術一體式門環(huán)，部件的尺寸穩(wěn)定性非常好，幾乎沒有回彈效應，最重要的是，整個部件的強度始終很高，而且仍有良好的延展性。如所示的一體式門環(huán)是高級電動車轎車的第一個實現(xiàn)的量產應用。
Fischer鋁熱成型（HFQ）技術一體式門環(huán)
FEV與Impression Technology聯(lián)手開發(fā)鋁熱成形（HFQ）電動汽車電池包外殼概念，利用HFQ?技術，最大限度地利用了可用于儲能的空間。通過將結構上相關的組件完全鋪設在外部，同時將電池外殼集成到整個車輛中，為額外的電池電芯創(chuàng)造了安裝空間。在保持相同的續(xù)航里程時，這將延長續(xù)航里程或縮小電池的安裝空間要求。
目前車身鋁合金熱沖壓成形廣泛應用于A柱加強板、B柱加強板、地板加強件等。現(xiàn)在HFQ國外量產的產品，A柱的成型深度在200毫米以上，拔模角度很??；還有行李架拉延深度220毫米；加強梁的月銷量在1萬-2萬，造成HFQ?產能相當飽滿，所以后續(xù)的修邊沖孔利用模具進行沖壓。
HFQ熱成形技術在國內的應用稍晚于國外，處于起步推廣階段，具備遠期應用趨勢。
四川成飛集成吉文汽車零部件有限公司一體式門環(huán)采用整體式熱沖壓方案，將傳統(tǒng)駕駛艙和前排乘員艙環(huán)狀區(qū)域對應的A柱加強板、B柱加強板和門檻加強板等零件集成為一個一體式熱成形門環(huán)，HFQ?鋁熱成形一體式門環(huán)在輕量化方面做到了減重40%，在不同強度要求位置采用補丁板和TRB軋胚兩種不同的解決方案。鋁熱成形產品在車身上的應用包括A柱、行李架、車門防撞梁、車門內板等。HFQ?鋁熱成形技術推動增加回收鋁含量；將廢料轉變?yōu)楦邚姸雀咝阅艿匿X合金部件；吉文也同多家鋁材廠商進行了回收鋁材的實用驗證。
HFQ?鋁熱成型一體式門環(huán)
此外由HFQ?，吉文延伸出一系列產品，用HFQ?技術一體式冷卻板，HFQ鋁合金的CTC下托盤、上蓋；JET-Box?吉盾?大尺寸平板電池艙系列產品；JET-Box?吉盾?中小尺寸電池艙/混合驅動電池上下殼。
吉盾?-鋁熱成型技術電池艙
來源：汽車材料網(wǎng)整理
