高淼淼 祝林

摘要：21世紀(jì)汽車制造業(yè)呈現(xiàn)電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化和共享化的發(fā)展趨勢(shì)，在此大背景下，汽車輕量化是實(shí)現(xiàn)汽車四化的重要戰(zhàn)略舉措之一，包括支持汽車輕量化的各系統(tǒng)模塊化、集成化發(fā)展的戰(zhàn)略舉措的落地。汽車輕量化就是在保證汽車強(qiáng)度和安全性能前提下，降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。汽車輕量化有利于主動(dòng)安全，可有效增加操作穩(wěn)定性，縮短制動(dòng)距離;減重10%，制動(dòng)距離可減少5%，轉(zhuǎn)向力減少6%。

關(guān)鍵詞：金屬材料;汽車輕量化;應(yīng)用與發(fā)展

引言

隨著汽車安全、燃油經(jīng)濟(jì)性及排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，安全、節(jié)能、環(huán)保已成為汽車研發(fā)的熱點(diǎn)問(wèn)題。汽車輕量化是指在滿足汽車的安全性能及成本限制的條件下，采用有效的設(shè)計(jì)方法，盡可能地降低汽車整備質(zhì)量，從而起到提高汽車的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低排氣污染的作用，因此，整車輕量化的研究對(duì)安全、節(jié)能、環(huán)保三大熱點(diǎn)問(wèn)題的解決有著重要意義。

1我國(guó)汽車輕量化發(fā)展概況

中國(guó)不僅是世界上數(shù)一數(shù)二的汽車生產(chǎn)大國(guó)，而且還是世界上汽車消費(fèi)大國(guó)。汽車產(chǎn)銷量更是首屈一指，連續(xù)多年穩(wěn)居世界首位。根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《2019年汽車工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況》指出：2019年，我國(guó)汽車生產(chǎn)量達(dá)2572.1萬(wàn)輛，汽車銷售量達(dá)2576.9萬(wàn)輛，雖然同比有所下降，但產(chǎn)銷量繼續(xù)蟬聯(lián)世界第一。汽車輕量化技術(shù)的前提是不降低或提升原型車輛的強(qiáng)度和安全性能、不降低或提升新設(shè)計(jì)車型的安全性性能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。文獻(xiàn)記錄汽車整備質(zhì)量每減少100KG，百公里燃油耗將降低0.3～0.6L，CO2排放減少5～8g。有研究數(shù)據(jù)顯示，歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家比我國(guó)乘用車質(zhì)量平均同樣級(jí)別的車輕8～10%，商務(wù)用車型約輕10～15%。我國(guó)汽車輕量化技術(shù)在《中國(guó)制造2025》《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)之中得到體現(xiàn)，汽車輕量化技術(shù)在我國(guó)有望進(jìn)入高速發(fā)展期。

2金屬材料在汽車輕量化中的應(yīng)用與發(fā)展

2.1鋁及鋁合金

鋁與鋁合金的特點(diǎn)包括彈性好、密度小、比強(qiáng)度和比剛度高等，并且耐腐蝕與耐磨性能良好，加工成型和表面著色容易，所以也能進(jìn)行回收再利用，正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)，使得它在汽車制造領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用。不過(guò)，與鋼相比鋁及鋁合金在力學(xué)性能、承載能力等方面還存在比較顯著的差距，這也是制約鋁及鋁合金在汽車制作中應(yīng)用的一大因素，此外由于生產(chǎn)技術(shù)局限、工藝負(fù)責(zé)的因素帶來(lái)的過(guò)高成本，也限制了鋁及鋁合金的應(yīng)用。目前，鋁及鋁合金在汽車制造中的應(yīng)用，主要是在車輪、動(dòng)力系與懸架系的零部件中，如在汽車底盤中的應(yīng)用，有變速器殼體、離合器殼體以及轉(zhuǎn)動(dòng)器殼體等。目前，在乘用車上鋁合金輪轂的應(yīng)用十分廣泛，已經(jīng)逐漸替代了鍛鋼與鑄鋼，其原因是在相同使用條件下，鋁合金輪轂的自身重量更輕，并且它的散熱性能更好，可以減少由于輪胎溫度過(guò)高而引起的爆胎危害。除此之外，由于其導(dǎo)熱性好，質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)，也被應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件制造中，對(duì)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化意義重大，相信未來(lái)它的應(yīng)用范圍將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，預(yù)計(jì)未來(lái)汽車的鋁化界限能達(dá)到百分之三十到五十左右。由于汽車輕量化中鋁及鋁合金是一種十分重要的金屬材料，所以對(duì)新的鋁合金材料及其加工技術(shù)，人們進(jìn)行了一系列研究，如“鋁合金半固態(tài)成形技術(shù)”就是現(xiàn)階段較為先進(jìn)的一種鋁合金加工技術(shù)，其生產(chǎn)出來(lái)的鋁合金汽車零件組織致密、性能優(yōu)良，在汽車制造中有著重要的應(yīng)用。

2.2鎂及鎂合金

鎂及鎂合金是一種很有開發(fā)潛力的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，其特點(diǎn)主要有質(zhì)量輕、密度低等，相較于鋁合金而言，鎂合金更輕，屬于最輕的一種金屬材料。同時(shí)，它也有良好的比強(qiáng)度，比鋁合金與鋼還高，并在比剛度方面與這兩種材料并沒(méi)有多少差異。另外，在阻尼系數(shù)與消震性方面，其性能也十分優(yōu)異，與鋁合金相比有著更好的承受沖擊荷載的能力，所以這種材料可以被用于汽車殼體制造降低噪聲，將其用于輪圈則可以減少震動(dòng)，可見對(duì)提高汽車的舒適性與安全性方面，鎂及鎂合金具有明顯優(yōu)勢(shì)。在工藝性能、導(dǎo)熱性等方面，鎂合金的表現(xiàn)都非常優(yōu)異，其鑄造性能與尺寸穩(wěn)定性都比較高，所以加工相對(duì)簡(jiǎn)單與方便，并且廢品率較低。當(dāng)然，它并不是完美的，主要的缺陷在于抗蠕變能力與高溫疲勞性方面，所以鎂合金的廣泛應(yīng)用需要解決好這方面的問(wèn)題，也是日后重點(diǎn)研究的課題。在汽車制造中，目前鎂及鎂合金的應(yīng)用主要還是在壓鑄件方面，它可以到鑄鐵、鋁合金與鋼制沖壓焊裝組合件等，支架類與殼體類是目前鎂及鎂合金在汽車零部件中主要應(yīng)用的兩個(gè)領(lǐng)域，其中支架類包括了剎車支架、方向盤以及車鏡支架等，殼體類則包括空調(diào)機(jī)外科、離合器殼體等。

2.3高強(qiáng)度鋼

所謂高強(qiáng)度鋼，也就是指一些屈服強(qiáng)度超過(guò)1380MPa，同時(shí)抗拉強(qiáng)度超過(guò)1630MPa的合金鋼。由于自身有著較好的屈服強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度，因此通常都會(huì)在車身的主體位置之中進(jìn)行應(yīng)用，以此能夠大幅度降低車身的整體質(zhì)量。由于絕大多數(shù)汽車的車身都應(yīng)用的是鋼材，而如果調(diào)整成高強(qiáng)度鋼，則車板的厚度便會(huì)大幅度下降，同時(shí)整體質(zhì)量也不會(huì)特別高。通過(guò)和普通鋼板車展開對(duì)比，厚度大概可以減少1.0mm到2.0mm，而在質(zhì)量方面，基本上可以降低15%到22%。由此可以看出，在使用了高強(qiáng)度鋼之后，汽車的整體質(zhì)量會(huì)全面下降，油耗也會(huì)有所減少，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的基本要求。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車的數(shù)量與日俱增，但在帶給人們便利的同時(shí)，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的污染，同時(shí)在安全、能源等方面造成了不利影響。因此，未來(lái)汽車工業(yè)發(fā)展的主要方向應(yīng)該是以降噪、節(jié)能減排與提高安全保障為目標(biāo)，而實(shí)現(xiàn)汽車輕量化是達(dá)成這些目標(biāo)的重要途徑，在此過(guò)程中則需要在汽車制造中有效地應(yīng)用鋁、鎂、鈦與高強(qiáng)度鋼等輕質(zhì)金屬材料，最大化發(fā)揮它們的性能與特點(diǎn)，從而促進(jìn)汽車輕量化的良好發(fā)展。

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