1、浅谈汽车轻量化中轻金属材料的运用及未来发展摘 要随着汽车生态设计理念的不断普及，使得轻金属材料被逐渐的应用在汽车轻量化设计以及生产中。本文中，笔者就轻金属材料在汽车轻量化中的应用以及发展做如下分析研究，以期望为我国汽车轻量化的发展，提供一定的参考依据。 关键词汽车轻量化；轻金属材料；运用；发展 中图分类号：U465 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0393-01 1. 前言 目前，在众多的汽车减耗设计理念中，属汽车轻量化设计最为有效。以车身轻量化为例，车身质量占整车质量的 1/3，空载时约 70%的油耗都用在车身质量上。据实验研究发现，车重每减轻 10%，油耗可降
2、低 6%以上。即车身重量降低 100 千克，每百公里油耗减少 0.3 升以上，而相应的二氧化碳排放也会减少 7.5 克以上。一辆采用轻量化科技的奥迪 A5，比普通 A5 可减轻重量 350 公斤，意味着每百公里可以降低油耗约 1 升。因此，汽车轻量化在短时间内，就被广泛的应用在汽车的设计与生产中。目前，实现汽车轻量化的主要途径之一就是应用轻金属材料1。最常用于汽车轻量化的轻金属材料有高强度钢、镁合金、铝合金以及钛合金等等。在本篇文章中，笔者主要针对轻金属在汽车轻量化中的应用与发展作如下分析研究。 2. 高强度钢材料的运用与发展 高强度钢材料属于轻金属材料，主要通过固溶、析出、烘烤以及细晶等强化
3、手段所得来。高强度钢材料和一般的钢材料相比，其质量要比同等体积的钢材料要更轻，并且其强度也要显著于一般的钢材料，高强度钢材料的高强度可以超过 550MPa2。以冶金学特点为依据，可以将高强钢材料分成两种类别，一种是先进高强钢材料，还有一种是普通高强钢。其中，常见的普通高强钢材料有 IF 钢、HH 钢、C-M n 钢以及 HSLA钢等；先进高强钢材料主要有 DP 钢、CP 钢、TR 钢、IP 钢、马氏体钢以及高锰钢等等。由于大部分先进高强度钢材料具有超强的耐腐蚀性以及耐碰撞性，因此，先进高强度钢材料是汽车轻量化的研究重点之一。 AHSS 钢材料属于相对常见的双相钢材料，该材料是基于铁素的基础上，
4、再融合了马氏体。由于铁素和钢材料一样，具备有非常好的塑性，再加上马氏体具有较高的强度。因此，将铁素和马氏体相融合，所得到的 AHSS 钢材料，则会兼备高强度型和耐冲压性。AHSS 钢材料主要应用在汽车的零部件当中，譬如中支柱里板、前内纵梁、后内纵梁以及座椅横梁等等。我国大部分著名的钢材生产企业，均在生产和销售这类钢材料，譬如鞍钢、武钢以及宝钢等等。除了 AHSS 钢材料之外，最常用于汽车轻量化生产的钢材料还有 CP（复相钢材料） 。CP 的强度可高达 0.8GPa 之1.0GPa 之间，最常用作汽车的中立杆、防撞梁以及车门防撞杆等等。TRIP（相变诱导塑性钢材料）不仅具有高强度，而且还具有较好
5、的耐冲压性。虽然 TRIP 还未在汽车轻量化生产中得到广泛的应用，但是还是具有非常高的研究应用价值3。热成形钢材料也属于高强度钢材料中的一种，这种材料经过 950C 的高温加热之后一次成形，又迅速冷却从而全面提升成型零件强度，屈服度达 1.0GPa 以上，每平方厘米能承受 10 吨以上的压力，把这种材料用在车身上，在车身重量几乎没有太大变化情况下，承受力提高了 30%，使汽车的刚强度达到全新水准，属于目前强度最高的钢材料。因此，热成形钢材料被广泛应用在汽车轻量化的安全构件生产中。虽然我国目前生产热成形钢材料的企业不是很多，但是热成形钢冲压生产线在国内已达几十条。 将 AHSS 与传统冲压钢板相
6、比较，AHSS 的延展性相对要低。因此，在对 SHSS 的加工过程和传统钢材料的加工厂过程相比较，存在一定的差异性。当遇到剧烈碰撞的时候，AHSS 要比传统钢材料更容易发生断裂现象。譬如，在 HMW 研究中心的实验研究中发现，当汽车发生剧烈碰撞的时候，发生断裂现象相对明显的是汽车的 AHSS 冲压钢板4。虽然将 AHSS 应用在汽车生产中，能够实现汽车轻量化，但是会增加汽车冲压钢板的断裂机率，同时还会对汽车的承载力造成一定的影响。总的来说，就是会影响汽车的整体性能以及安全性。因此，AHSS 在汽车轻量化中的运用，还需要做进一步的探索研究。另外，为了改善 AHSS 的缺陷，国外学者在AHSS 的
7、基础上，研发了一款新型的轻金属钢材料，即诱孪晶诱导性塑性钢材，这种轻金属钢材料不仅弥补了 AHSS 的弊端，而且还集成了 AHSS优势。 3.铝合金以及镁合金的运用于发展 目前，最常应用在汽车轻量化生产中的轻金属材料就是铝合金以及镁合金等材料。将铝合金和传统钢材料相比较，铝合金在强度上要胜过传统钢材料。由于铝合金具有高强度性，因此，在汽车轻量化生产中，铝金属材料更便于加工。根据 2015 年的全球范围统计报道，大约每辆汽车上，会用到 150 千克的铝合金材料；而且这个数据还可能会逐年增长，预计 15 年后，每辆汽车上将会用到 180 千克的铝合金材料5。在汽车轻量化生产中，最常用到的铝合金材料
8、有铝板材料、铸铝材料以及锻铝材料等等。正处于研发阶段的汽车轻量化新型铝合金材料有粉末冶金铝合金材料、快速凝固铝合金材料以及铝基复合材料等等。在诸多的铝合金材料中，最具有汽车轻量化运用价值的就是铸造铝合金材料，该材料在汽车轻量化的运用量，占据全部铝合金材料的 80%左右，主要被应用在汽车的保险杠、缸盖、发动机杠以及发动机缸体等零部件中。现今，国外还将铝合金材料应用在汽车车身上，以此来提高汽车的轻量化效率。譬如奥迪 A8（全铝车身框架结构） 、捷豹 XJ 以及法拉利 360 系列等等。但是，目前只将铝合金材料应用在高档车的车身上，还不能够普及运用到中低档汽车上。造成这种现象的主要原因是，铝合金材料
9、成本较高，以及铝合金材料车身的维护存在缺陷性。为了解决这一问题，有部分汽车生产商，采用了铝合金结合钢铁混合制造车身的方案，这在一定程度上，也提高了汽车轻量化效率。譬如，宝马 5 系，就是采用铝合金以及钢材料制造车身的方案。 除了铝合金之外，镁合金也是最常被应用在汽车轻量化生产中的轻金属材料。镁合金不仅具有超高的轻度，而且还具有很好的比刚度，正是因为这一点，才使得镁合金在汽车轻量化生产过程中，得以广泛的应用。追溯镁合金的应用史，镁合金最初被应用在 1936 年甲壳虫系类汽车的传动箱壳体生产中。随着镁合金研究计划的推动，使得镁合金被广泛的应用在汽车轻量化生产中。镁合金具有一个非常大的特点，就是容易
10、变形易于加工。不仅如此，镁合金的吸震能力也非常的突出；再加上镁合金的加工工艺成本相对偏低，因此，镁合金在汽车轻量化生产中具有非常好的应用前景。镁合金相对于钢材料以及镁合金而言，镁合金的拉压非对称性更为显著。虽然镁合金具有诸多的优点，但是镁合金也存在一定的缺陷性，譬如易断裂，因此，还有待进一步的改进研究。 3.结语 汽车不仅是重要的交通工具，还是社会经济发展的基础。根据相关资料统计报道，汽车每年所耗费掉的能源，占据了总能源耗费量的大部分，因此，汽车减耗成为了汽车设计以及生产的新发展方向。因此，轻金属材料的研究与应用成为了近些年的研究热点。在本次研究中，笔者主要针对铝合金材料、镁合金材料以及高强度
11、钢材料的运用以及发展进行了研究分析，以期望为在实现我国汽车轻量化的同时，提高汽车的安全性、实用性以及稳定性，为我国的汽车轻量化事业的发展提供一定的参考意义。 参考文献 1 杨艳.轻量化引领未来汽车技术发展新趋势J.汽车与配件，2014， （45）：54-57. 2 郭玉琴，朱新峰，杨艳，熊倪.汽车轻量化材料及制造工艺研究现状J. 锻压技术，2015， （03）：1-6. 3 李传福，张丽萍.浅谈铝合金材料在未来汽车轻量化中的应用与发展J.装备制造技术，2015， （04）：143-145. 4 王利，陆匠心.汽车轻量化及其材料的经济选用J.汽车工艺与材料，2013， （01）：1-11. 5 侯猛.汽车中轻量化与轻金属材料的采用J.科技资讯，2015， （22）：78-79.
