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黑色金屬材料的輕量化

鋼作為工程材料廣泛應用于諸如汽車、航空航天、運輸、建筑、重型設備和機械等生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。雖然輕質(zhì)材料如鎂、鋁合金、各種復合材料、纖維、塑料等逐漸發(fā)展，但鋼鐵材料由于其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)強度、成形能力、成本適中和可回收性而廣泛應用于汽車領(lǐng)域。然而，由于汽車排放是世界上溫室氣體排放的第二大來源，近年來世界各地都頒布了嚴格的環(huán)境法律法規(guī)來限制汽車排放，如2007年歐洲汽車CO2的排放量平均值是158.7g/km，2015年該排放量必須降低為130g/km，而2020年該排放量要降到95g/km。汽車動力傳遞和發(fā)動機的研究促進了電動汽車的發(fā)展，這就需要減輕白車身和其它汽車零部件的質(zhì)量以彌補電池和電機的額外質(zhì)量。減輕傳統(tǒng)汽車的質(zhì)量同樣也可以提高車輛的燃油消耗率，因此需要鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)輕質(zhì)鋼材，以減輕汽車質(zhì)量。

概述了降低鋼密度的不同方法，介紹了鐵合金冶金及其應用。廣泛使用降低鋼密度的方法有：采用鐵基大塊合金、鐵基復合材料、泡沫鋼、鋼基層壓板。鐵基復合材料主要把較輕的各種碳化物、氮化物、硼化物、氧化物的陶瓷顆粒加入到鐵素體或奧氏體基體中。泡沫鋼依靠結(jié)構(gòu)中填充氣體的存在，可使用結(jié)構(gòu)骨架或發(fā)泡劑，填充氣體的孔可以通過液體鑄造和粉末冶金的方法獲得。鋼基層壓板基本上是鋼片和輕質(zhì)材料交替形成的一種混合材料，可以是金屬-金屬或是金屬-纖維交替。由于前3種方法不適合大量生產(chǎn)，所以關(guān)于這3種方法的研究受到了限制。低密度大塊鐵合金則適合大量生產(chǎn)，其采用鑄造方法生產(chǎn)將很有發(fā)展前景，因此已經(jīng)引起許多冶金方面的專家和學者的注意。

目前，相關(guān)專家學者就黑色金屬材料輕量化已經(jīng)做了大量的研究，但新型合金距離實際應用還有很長的路要走。目前，研究的重點集中在了解這些合金的熱力學原理、熱處理方法，如退火和過時效、合金化、鐵素體成型等。

刊名：The Minerals, Metals & Materials Society（英）

刊期：2014年第9期

作者：Radhakanta Rana Jom et al

編譯：于立嬌