汽车材料的轻量化前景分析

＊王 慧

（安徽省汽车工业学校 安徽 231131）

汽车材料的轻量化前景分析

＊王 慧

（安徽省汽车工业学校 安徽 231131）

随着我国能源压力的不断加大，节能减排已经迫在眉睫。在这样的情况下，在能源需求中占有巨大比例的汽车行业也面临着前所未有的压力。汽车想要节能减排，减轻自身重量无疑是一个好方法。在本文中，作者将客观分析汽车与能源压力之间日益突出的矛盾,以及汽车制造材料轻量化发展的必然趋势。此外，还将对一些主要的轻量化材料在汽车工业中的应用现状进行详细的介绍。

汽车材料；轻量化；前景

1.汽车轻量化对汽车工业发展的意义

(1)有效地节能减排

经过一系列的研究，专家得出结论：汽车的油耗与其整体的重量密切相关。在发动机的功率相当的情况下，汽车的重量越大，油耗也就越大。从这个角度来说，减轻汽车的重量也是降低其油耗的一个十分有效的方法。同时，汽车重量减少，还可以降低了大气中二氧化碳以及其他污染物的排放量，从而有效提高大气质量，改善环境。

(2)有效提高汽车行驶过程中的安全性

汽车的重量减轻，则发动机和汽车整体所需要承担的负荷就会比较小。在这样的情况下，汽车在行驶过程中的安全性无疑可以得到更加可靠的保障。

(3)有效提高汽车性能

研究表明，汽车的重量减轻，对于汽车性能的提升也是一个很好的保障，具体说来，可以分为两个方面：首先，汽车的重量减轻，可以使汽车加速需要的时间得到有效减少。其次，汽车重量的减少，可以有效降低发动机的运行负荷，减少故障的发生几率。

2.汽车制造材料发展的轻量化趋势

首先，随着节能减排观念的深入发展，汽车的轻量化已经受到越来越多的重视。正因为如此，目前世界上关于汽车轻量化的技术也取得了越来越大的进步。其次，在汽车轻量化技术的发展过程中，越来越多的新型材料正在被应用于汽车的生产过程中。

3.车用高强度钢材的应用

与传统的钢材相比，铝、镁等轻质合金材料密度更小，质量更轻,因而在汽车的生产中的得到了越来越多的应用。从某种程度上说，这些新材料的应用已经对传统的钢材市场发出了挑战。面对这样的情况，世界上很多的钢铁企业迅速采取了一系列措施,开发出密度更小，强度更高的车用高强度钢，以维护自身在汽车材料领域的主体地位。在1994年，国际钢铁协会在十八个国家中选取了三十五个较大的钢铁企业开展超轻钢车身项目的研发。这种先进的高强度钢是一种多相钢，该组织主要由M和B组织按一定比例的组成，由于这种钢材的曲幅比较低，因此具有更加优秀的应变硬化能力，更高的强度以及良好的成型性的匹配。在应用了一些新的材料处理技术对这种钢材进行处理之后，就可以将其应用于汽车制造之中。而在汽车制造中应用这种钢材，不仅可以保障车身的强度，而且可以降低车身的重量，这就意味着汽车生产中可以尽量避免使用一些更加难以获取的材料，而在一定程度上达到降低汽车重量的目的。在这种情况下，车用高强度钢材依然可以成为汽车制造的最理想材料。正是因为如此，虽然一些更加优质的轻质材料已经开始参与了竞争，然而车用高强度钢材凭借其优良的性价比，在将来的而是到三十年内还将在汽车制造行业占据最重要的地位。与此同时，汽车中高强度和超高强度钢的消耗量迅速增加，汽车车身、底盘、悬架和转向等汽车部件的应用也在不断扩大。从二十世纪九十年代的最后两三年，车用高强度钢材在汽车中的使用增加了150%以上，在不久的将来，车用高强度钢材将在汽车制造中完全取代传统钢材。

4.其他车用轻质材料的应用

(1)铝合金材料

在汽车制造行业中，铝是最早得到应用的一种轻质的金属材料,也是各种结构材料中一种性价比较高且具有较强竞争力的车用轻金属材料。无论从生产成本、零件质量还是材料的利用率来看,铝合金材料所具有的优势都十分明显。此外，铝合金材料的密度比较小,用铝合金来替换传统钢铁来生产一些汽车的部件,可以使汽车的整体重量得到有效减少。而且铝合金材料还具有很高的回收率,仅次于钢铁,因而比较符合环保和资源可持续利用的要求。另外，铝合金良好的加工性能,也在不断的生产实践中为越来越多的汽车生产企业所认可。在当今的汽车制造企业中,车用铝合金材料中有70%以上都是铸造铝合金,而且主要应用于发动机部件、传动系部件以及底盘行走系零部件。变形铝合金材料则主要用于热交换器系统、车身系部件等。预计在未来十年中，铝合金材料在其中制造中的应用将会越来越广泛，甚至肯在汽车制造材料中占据举足轻重的地位。而这一举足轻重的地位，不仅表现在单辆汽车中铝合金材料的比重，更表现在汽车制造行业整体的铝合金材料利用率中。

(2)镁合金材料

在当下的工业生产中，镁是能够应用到的最轻的金属材料。随着汽车排放法规的逐步完善，这种质量更轻的金属材料正在受到越来越多的汽车制造企业的关注。实验表明，镁合金材料的密度仅仅相当于铝合金材料的66%左右,因此在降低汽车重量方面，使用镁合金材料可以达到比铝合金材料更好的效果。此外，镁合金材料的强度也比较高,虽然其刚度比钢材和铝合金稍逊一筹,但是已经足够承受一定程度的负荷，将其应用在一些不太紧要的位置上也不会对汽车的使用寿命造成危害。此外，在地球上已知的各种金属中，镁的出储量还是比较大的，这也为其更广泛地应用提供了充足的保障。在汽车制造中应用到的镁合金材料多以压铸件为主,其中一种属于非结构性铸件,应用这种类型铸件的零部件对于材料的抗冲击性能要求不高，但要求加工的尺寸精确，且具有良好的密封性能,其主要包括变速箱壳、气阀/凸轮罩盖、离合器壳、电动机/发电机罩、进气歧管和油底壳等。另外一种就是结构性铸件,这种材料可以比非结构性铸件承受更大的载荷,而且具有较强的抗冲击性能,主要包括方向盘、仪表板、座椅、车门框架、制动/离合器支架、转向柱部件和安全气囊底座等。目前，在汽车制造企业中，应用镁合金材料制造的汽车零部件已经达到接近七十种，即使保守估计也有六十余种，而且，在汽车制造行业中，镁合金材料的应用范围已经呈现出越来越广的趋势。而且随着材料科学的发展，相信镁合金材料的应用潜力将会得到越来越深入的挖掘。然而与越来越大的镁合金材料的需求量相比，镁合金材料的制造工业的发展还有待加强，这也导致了镁合金材料的价格比钢材和铝合金材料更贵，这在一定程度上限制了镁合金材料的应用。

(3)钛合金材料

在各种车用轻量化材料中,钛合金无疑更加吸引人们的关注。与其他材料相比，钛合金材料的强度无疑更大，甚至可能超过一部分合金钢。此外，钛合金材料还具有更加强大的耐腐蚀性、抗氧化性以及高低温性能，使之可以在一些恶劣的工作条件中保障汽车的性能。如果说在汽车制造行业中，哪种轻量化材料可以取代钢材，那无疑就是钛合金材料。然而，由于目前市场上的钛合金材料价格偏高，对加工条件的要求也比较高，因此其在汽车工业中的应用范围依然无法做到最大。正因为如此，汽车行业中的科技人员一直在试图研究出更加廉价的钛合金材料，并通过改进加工工艺降低钛合金零件制造成本，从而达到降低钛合金材料应用门槛的目的。目前，在汽车制造过程中，很多需要承受高温和高负荷，并需要具有抗氧化与抗腐蚀性能的零部件他依然在用钢材生产，而与钛合金相比，钢材的各方面性能明显处于劣势。如果选用强度较高的钛合金材料来生产这些零部件，就不仅能够保证汽车的使用性能，而且可以更加有效地减轻汽车的重量。在汽车制造中，一般将高强耐热钛合金用来生产发动机配气系统、曲轴连杆机构和底盘零件，例如气门、气门弹簧、凸轮轴、连杆、涡轮转子和紧固件等。与钢材相比，钛合金材料的重量要少掉接近三分之一，因而具有更小的运动惯性，拥有更好的使用性能。在过去一段时间，钛合金材料主要应用于赛车的制造中，然而目前，钛合金材料的应用范围已经从逐步拓展到了批量生产的大众用途汽车中，并且在未来有望在汽车制造领域中得到更加广泛的应用。

(4)塑料

与金属材料相比，塑料更轻的质量与更好的耐腐蚀性能，而且其成型工艺比较简单，价格也比较低廉，因而在汽车制造领域得到了越来越普遍的认可与越来越广泛的应用。在汽车生产中，使用塑料来替换各种昂贵的有色金属材料与合金材料，不仅可以大大提高汽车整体造型的美观性和设计灵活性，而且能够有效降低零部件加工、装配与维修的难度和成本。最重要的是，使用塑料可以有效降低汽车的整体重量，减少汽车行使过程中的能耗。在当下，有一种观点已经被越来越多的人所接受，即汽车中各种零部件的塑料化程度越高，则其汽车工业的发展水平也就越高，而越来越快的汽车轻量化趋势无疑加快了汽车中各种零部件塑料化的发展速度。在目前，不仅传统的座椅、内饰等部位应用了不少塑料部件，而且在一些汽车生产企业中，油箱、水箱、发动机盖等组件也越来越多地开始使用塑料进行制造。此外，汽车上保险杠、导航设备、乘员安全保障工具等系统的广泛应用，也导致了塑料在汽车制造中的应用越来越多，总而言之，在当下的汽车制造企业中，车用塑料的应用无论是用量还是品种都正在持续而高速地增加，以普通的小汽车为例，在上个世纪八十年代，每辆小汽车中塑料零部件的重量绝对不会达到汽车整体重量的十分之一，而到了九十年代初，小汽车中车用塑料的平均使用量就已经可以占到整车质量的十分之一左右了。而到了2000年左右，这一比例已快速扩大到五分之一左右了。而未来，这一比重无疑将会继续增大。

5.总结

由于目前我国的汽车数量越来越多，因此带来了越来越严重的能源消耗与大气污染问题。为了改善这一现状，就必须进行汽车制造的轻量化。目前，在汽车制造领域中，汽车制造轻量化的趋势已经越来越明显，其发展前景也十分可观。在汽车制造的过程中，使用车用高强度钢材、铝合金、镁合金、塑料等材料来降低汽车整体的重量，不仅可以提高汽车的使用性能，降低油耗和环境污染，而且可以有效提高汽车行驶过程中的安全性。

[1]郑晖,赵曦雅．汽车轻量化及铝合金在现代汽车生产中的应用[J]．锻压技术,2016(02)．

[2]赵君,彭庆丰,方运舟,李敬华．轻量化及塑料玻璃在新能源汽车上的应用分析[J]．合肥学院学报(自然科学版),2012,01:57-61+79．

王慧（1983～），女，安徽省汽车工业学校，研究方向：机械制图课程教学教研。

(责任编辑 高镇峰)

Analysis of the Lightweight Prospect of Auto-material

Wang Hui

(Automobile Industry School of Anhui, Anhui, 231131)

With the constant increasing of China’s energy pressure, the issue of energy conservation and emissions reduction becomes extremely urgent. In such cases, the the auto industry, which covers a large percentage of the energy demand is also facing the unprecedented pressure. For the automobile, if we want to achieve the purpose of energy conservation and emissions reduction, reducing its weight is undoubtedly a good way. In this paper, the author will take an objective analysis of the increasingly prominent contradiction between automobile and energy pressure, as well as the inevitable developing trend of automobile manufacturing lightweight materials. In addition, the author will also make detail introduction of the current application situation of the main light weight materials in the automotive industry.

auto-material；lightweight；prospect

T

A