淺談金屬材料在汽車輕量化中的應用與發展

高淼淼 祝林

摘要：21世紀汽車制造業呈現電動化、網聯化、智能化和共享化的發展趨勢，在此大背景下，汽車輕量化是實現汽車四化的重要戰略舉措之一，包括支持汽車輕量化的各系統模塊化、集成化發展的戰略舉措的落地。汽車輕量化就是在保證汽車強度和安全性能前提下，降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，實現節能減排的目的。汽車輕量化有利于主動安全，可有效增加操作穩定性，縮短制動距離;減重10%，制動距離可減少5%，轉向力減少6%。

關鍵詞：金屬材料;汽車輕量化;應用與發展

引言

隨著汽車安全、燃油經濟性及排放標準的提高，安全、節能、環保已成為汽車研發的熱點問題。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，采用有效的設計方法，盡可能地降低汽車整備質量，從而起到提高汽車的動力性，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安全、節能、環保三大熱點問題的解決有著重要意義。

1我國汽車輕量化發展概況

中國不僅是世界上數一數二的汽車生產大國，而且還是世界上汽車消費大國。汽車產銷量更是首屈一指，連續多年穩居世界首位。根據中國汽車工業協會發布的《2019年汽車工業經濟運行情況》指出：2019年，我國汽車生產量達2572.1萬輛，汽車銷售量達2576.9萬輛，雖然同比有所下降，但產銷量繼續蟬聯世界第一。汽車輕量化技術的前提是不降低或提升原型車輛的強度和安全性能、不降低或提升新設計車型的安全性性能設計標準。文獻記錄汽車整備質量每減少100KG，百公里燃油耗將降低0.3～0.6L，CO2排放減少5～8g。有研究數據顯示，歐美日等發達國家比我國乘用車質量平均同樣級別的車輕8～10%，商務用車型約輕10～15%。我國汽車輕量化技術在《中國制造2025》《“十三五”國家科技創新規劃》《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》的重點發展技術之中得到體現，汽車輕量化技術在我國有望進入高速發展期。

2金屬材料在汽車輕量化中的應用與發展

2.1鋁及鋁合金

鋁與鋁合金的特點包括彈性好、密度小、比強度和比剛度高等，并且耐腐蝕與耐磨性能良好，加工成型和表面著色容易，所以也能進行回收再利用，正是因為這些特點，使得它在汽車制造領域得到了十分廣泛的應用。不過，與鋼相比鋁及鋁合金在力學性能、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用的一大因素，此外由于生產技術局限、工藝負責的因素帶來的過高成本，也限制了鋁及鋁合金的應用。目前，鋁及鋁合金在汽車制造中的應用，主要是在車輪、動力系與懸架系的零部件中，如在汽車底盤中的應用，有變速器殼體、離合器殼體以及轉動器殼體等。目前，在乘用車上鋁合金輪轂的應用十分廣泛，已經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高而引起的爆胎危害。除此之外，由于其導熱性好，質量輕的優點，也被應用于發動機的零部件制造中，對實現發動機輕量化意義重大，相信未來它的應用范圍將會進一步擴大，預計未來汽車的鋁化界限能達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，所以對新的鋁合金材料及其加工技術，人們進行了一系列研究，如“鋁合金半固態成形技術”就是現階段較為先進的一種鋁合金加工技術，其生產出來的鋁合金汽車零件組織致密、性能優良，在汽車制造中有著重要的應用。

2.2鎂及鎂合金

鎂及鎂合金是一種很有開發潛力的輕質結構材料，其特點主要有質量輕、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，它也有良好的比強度，比鋁合金與鋼還高，并在比剛度方面與這兩種材料并沒有多少差異。另外，在阻尼系數與消震性方面，其性能也十分優異，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，可見對提高汽車的舒適性與安全性方面，鎂及鎂合金具有明顯優勢。在工藝性能、導熱性等方面，鎂合金的表現都非常優異，其鑄造性能與尺寸穩定性都比較高，所以加工相對簡單與方便，并且廢品率較低。當然，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用需要解決好這方面的問題，也是日后重點研究的課題。在汽車制造中，目前鎂及鎂合金的應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用的兩個領域，其中支架類包括了剎車支架、方向盤以及車鏡支架等，殼體類則包括空調機外科、離合器殼體等。

2.3高強度鋼

所謂高強度鋼，也就是指一些屈服強度超過1380MPa，同時抗拉強度超過1630MPa的合金鋼。由于自身有著較好的屈服強度以及抗拉強度，因此通常都會在車身的主體位置之中進行應用，以此能夠大幅度降低車身的整體質量。由于絕大多數汽車的車身都應用的是鋼材，而如果調整成高強度鋼，則車板的厚度便會大幅度下降，同時整體質量也不會特別高。通過和普通鋼板車展開對比，厚度大概可以減少1.0mm到2.0mm，而在質量方面，基本上可以降低15%到22%。由此可以看出，在使用了高強度鋼之后，汽車的整體質量會全面下降，油耗也會有所減少，進而能夠實現節能減排的基本要求。

結語

綜上所述，隨著汽車工業的飛速發展，汽車的數量與日俱增，但在帶給人們便利的同時，對環境產生了較為嚴重的污染，同時在安全、能源等方面造成了不利影響。因此，未來汽車工業發展的主要方向應該是以降噪、節能減排與提高安全保障為目標，而實現汽車輕量化是達成這些目標的重要途徑，在此過程中則需要在汽車制造中有效地應用鋁、鎂、鈦與高強度鋼等輕質金屬材料，最大化發揮它們的性能與特點，從而促進汽車輕量化的良好發展。

參考文獻：

[1]祝明明，張慶帥，石旭.金屬材料在汽車輕量化中的應用與發展[J].南方農機，2017，48（005）：139-139.

[2]鄭傳寶，李廣征.談金屬材料在汽車輕量化中的應用與發展[J].工業C，2016，000（001）：P.264-265.

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