李炎粉

（黃河交通學(xué)院，汽車工程學(xué)院，河南焦作454950）

淺析金屬材料在汽車輕量化生產(chǎn)中的運(yùn)用

李炎粉

（黃河交通學(xué)院，汽車工程學(xué)院，河南焦作454950）

實(shí)現(xiàn)汽車輕量化能夠顯著的節(jié)約汽車油耗，減少汽車排放量。在汽車輕量化過程中，各類型金屬材料憑借著優(yōu)越的性能成為了汽車輕量化的首選。主要針對金屬材料在汽車輕量化中的運(yùn)用進(jìn)行研究，分析了鋁及鋁金屬、高強(qiáng)度鋼和鎂及鎂合金在汽車輕量化生產(chǎn)中的運(yùn)用。

金屬材料；汽車輕量化；鋁及鋁金屬

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生活水平的提升，汽車制造行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。2009年，我國汽車銷量已經(jīng)達(dá)到1 364萬輛，產(chǎn)銷量均躍居全球第一。2014年，我國汽車保有量達(dá)到15 447萬輛，相比去年同期增長12.4%.伴隨著汽車在我國普及，其給人們的出行帶來了便捷與安全，但是與此同時(shí)也帶來了能源消耗、行車安全、環(huán)境污染等問題。在貫徹可持續(xù)發(fā)展理念下，汽車輕量化已經(jīng)成為了未來汽車制造業(yè)的必然發(fā)展趨勢。

1　汽車輕量化及其對現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要性

汽車輕量化（Lightweight of Automobile），即為汽車在原有造價(jià)不變的基礎(chǔ)上，保持其行駛安全性能、抗撞性能、抗震性能與舒適性能的情況下降低汽車的品質(zhì)，從而提升汽車行駛速度，降低汽車燃料的消耗，減少廢氣的排放量。汽車輕量化的執(zhí)行原則就是在充分保證汽車穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，將汽車的各個(gè)零部件實(shí)現(xiàn)節(jié)能化處理，并且優(yōu)化車型。汽車輕量化是提升性能、降低質(zhì)量、優(yōu)化結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)工程，其對于推動(dòng)汽車制造行業(yè)發(fā)展有著十分重大的影響。當(dāng)前汽車輕量化的重要性主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：第一，汽車輕量化可以顯著的節(jié)約汽車油耗，降低排量。根據(jù)相關(guān)研究表明，汽車油耗與其質(zhì)量之間存在密切的直接關(guān)系，因此汽車輕量化對于降低汽車油耗有著重大的作用。根據(jù)相關(guān)報(bào)道研究顯示，通常來說汽車質(zhì)量每減少1 kg，則1 L的汽油可以多驅(qū)動(dòng)汽車行駛0.011 km.即為汽車在行駛10 000 km的時(shí)候，就可以節(jié)約油耗0.7 L.同時(shí)，汽車實(shí)現(xiàn)汽車輕量化后還會(huì)減少排放在空中的二氧化碳含量。汽車質(zhì)量每減輕50%，則二氧化碳的排放量則會(huì)相應(yīng)的降低13%［1］.第二，汽車輕量化可以提升汽車的行駛性能。當(dāng)汽車質(zhì)量每減輕25%，則可以使得汽車加速到96.56 km/h的時(shí)間從原本的10 s中降低至6 s［2］.同時(shí)，實(shí)現(xiàn)汽車輕量化還可以減輕汽車動(dòng)力與動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)荷，使得汽車可以在較低的牽引負(fù)荷下展現(xiàn)出更加良好的行駛性能。

2　金屬材料在汽車輕量化生產(chǎn)中的運(yùn)用

當(dāng)前要實(shí)現(xiàn)汽車輕量化主要有三種方式，分別為優(yōu)化汽車機(jī)構(gòu)，使得汽車部件中空化、小型化；開發(fā)使用新型輕質(zhì)材料，使用鋁、鎂合金等金屬、非金屬材料；使用先進(jìn)的制造工藝，例如激光拼焊、液壓成型等。目前，實(shí)現(xiàn)汽車輕量化主要是選擇使用新型輕質(zhì)材料。

2.1鋁及鋁合金

鋁，是使用時(shí)期較早并且已經(jīng)應(yīng)用十分成熟的輕量化金屬材料，其憑借著低密度、高強(qiáng)度、高彈性、高抗沖擊性能、高導(dǎo)電、易著色等特點(diǎn)成為了汽車制造與汽車輕量化的常用金屬材料。在當(dāng)前汽車制造中，鋁金屬使用量最大的車輪轂、動(dòng)力系以及懸架系統(tǒng)零件。從當(dāng)前汽車輕量化來看，未來的汽車鋁金屬及其合金材料將會(huì)占據(jù)30%～50%的比例。

當(dāng)前汽車使用鋁金屬可以分為鋁合金與鋁基復(fù)合材料兩大主要部分，而其中鋁合金又可以分為鑄造鋁合金與變形鋁合金。第一，鋁合金。鑄造鋁合金擁有絕佳的鑄造性能，可以根據(jù)其使用不同位置來選擇不一樣的鑄造方式。例如，鋁合金應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，由于鋁合金擁有的良好的導(dǎo)熱性能與抗腐蝕性能可以滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣缸體與氣缸蓋對材質(zhì)的要求。例如，美國通用汽車公司的氣缸套均為全鋁材質(zhì)。變形鋁合金的強(qiáng)度與韌性更好，其合金含量較少，可以通過施加壓力的方式制造成各種類型的零件，主要應(yīng)用于制造汽車的面板、散熱系統(tǒng)、懸掛零件等。例如，鋁合金被應(yīng)用于制造汽車的懸掛零件，可以顯著降低零部件的質(zhì)量，從而提高汽車在行駛過程中的平穩(wěn)性。第二，鋁基復(fù)合材料。鋁基復(fù)合材料一種擁有驚人生命力的材料，其憑借著低密度、高強(qiáng)度、高耐磨性等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、汽車制動(dòng)盤中。相對于鑄鐵活塞，其質(zhì)量減輕了10%左右，而導(dǎo)熱性能則提升了4倍。在應(yīng)用于制造汽車制動(dòng)盤中，其相對于傳統(tǒng)鑄鐵制動(dòng)盤質(zhì)量減少了50%左右，并且擁有更佳的散熱性能［3］。

2.2高強(qiáng)度鋼

高強(qiáng)度鋼（Advanced HighStrengthSteel），其是未來汽車輕量化所采用的金屬材料主要發(fā)展方向之一。高強(qiáng)度鋼即為在強(qiáng)度與韌度方面都十分優(yōu)良的品種。該鋼在經(jīng)過處理后通常都擁有良好的力學(xué)性能，將抗拉強(qiáng)度作為界限，其大于1 200 MPa時(shí)則成為高強(qiáng)度鋼，其大于1 500 MPa時(shí)則成為超高強(qiáng)度鋼。目前，高強(qiáng)度鋼主要被應(yīng)用于汽車機(jī)構(gòu)件、安全件、前后保險(xiǎn)杠等部位的制造中，相對鋁金屬來說，高強(qiáng)度鋼較為經(jīng)濟(jì)，并且能夠保障汽車的安全性能。為了滿足越來越嚴(yán)格的安全法規(guī)要求，各大汽車制造廠商都加快了高強(qiáng)度鋼在汽車車身、底盤、懸架等處的應(yīng)用腳步，無間隙原子鋼、烘焙硬化鋼等品種在汽車制造中逐年增加。

2.3鎂及鎂合金

鎂及鎂合金是最具開發(fā)前景的輕質(zhì)金屬材料，其特點(diǎn)主要有：

第一，密度低，質(zhì)量輕，使用鎂及鎂合金可以相對于鋁合金再減輕15%左右的質(zhì)量，是當(dāng)前質(zhì)量最輕的金屬材料；

第二，比強(qiáng)度高于鋁合金與鋼；

第三，擁有良好的阻尼系數(shù)與消震性，能夠承受超過鋁合金的沖擊載荷，將其應(yīng)用與殼體時(shí)可以顯著減少噪音，用于輪轂時(shí)可以減少震動(dòng)，顯著提升汽車的安全舒適程度；

第四，擁有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，在相同溫度環(huán)境下其散熱時(shí)間僅僅為鋁合金的一半；

第五，工藝性能良好，鑄造性價(jià)佳，尺寸穩(wěn)定，加工簡易，生產(chǎn)成本較低，經(jīng)濟(jì)性良好。

當(dāng)前鎂及鎂合金在汽車制造中主要應(yīng)用在零部件上，其中包括殼體類與支架類零部件。例如，離合器殼體、儀表板、變速箱體、氣缸蓋，方向盤、座椅框架、轉(zhuǎn)向支架等等。

3　結(jié)束語

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)，汽車制造行業(yè)主要面臨著能源、安全與環(huán)境三大重要問題。在愈加嚴(yán)峻的能源緊缺、生態(tài)污染環(huán)境下，各國政府前后制定了能源保護(hù)、環(huán)節(jié)保護(hù)等方面的政策法規(guī)，汽車制造行業(yè)在順應(yīng)潮流的過程中必須要走向輕量化道路。鋁、高強(qiáng)度鋼、鎂等金屬材料正在憑借著其優(yōu)勢與特點(diǎn)普遍應(yīng)用在汽車輕量化的過程中，為汽車輕量化提供重要材料，同時(shí)也成為未來汽車制造行業(yè)中最具潛力的環(huán)保綠色材料。

［1］王憲民.輕金屬和輕量化材料在汽車中的實(shí)際應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2015，（23）：93-94.

［2］馬鳴圖，魏莉霞，朱麗娟.塑料復(fù)合材料在汽車輕量化中的應(yīng)用［J］.化工新型材料，2011，（11）：1-3，111.

［3］王艷青，李軍，陳云霞.連續(xù)變截面薄板在汽車輕量化應(yīng)用中的新進(jìn)展［J］.現(xiàn)代零部件，2013，（12）：43-45.

Analysis on the Application of Metal Materials in Automobile Light Weight Production

LI Yan-fen
（The Yellow River Institute of Transportation，School of Automotive Engineering，Jiaozuo Henan 454950，China）

The realization of automobile light weight can significantly reduce fuel consumption，reduce vehicle emissions.In the process of automobile light weight，all kinds of metal materials have become the first choice for the lightweight of automobile by virtue of superior performance.In this paper，the application of metal materials in the lightweight of automobile is studied，and the application of aluminum and aluminum metal，high strength steel and magnesium and magnesium alloy in automobile lightweight production is analyzed.

metal materials；automobile lightweight；aluminum and aluminum metal

U46

B

1672-545X（2016）08-0134-02

2016-05-23

李炎粉（1981-），女，河南鄭州人，本科，講師，研究方向：機(jī)械制造與工藝。