淺析金屬材料在汽車(chē)輕量化生產(chǎn)中的運(yùn)用

李炎粉

（黃河交通學(xué)院，汽車(chē)工程學(xué)院，河南焦作454950）

淺析金屬材料在汽車(chē)輕量化生產(chǎn)中的運(yùn)用

李炎粉

（黃河交通學(xué)院，汽車(chē)工程學(xué)院，河南焦作454950）

實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化能夠顯著的節(jié)約汽車(chē)油耗，減少汽車(chē)排放量。在汽車(chē)輕量化過(guò)程中，各類型金屬材料憑借著優(yōu)越的性能成為了汽車(chē)輕量化的首選。主要針對(duì)金屬材料在汽車(chē)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(chē)輕量化生產(chǎn)中的運(yùn)用。

金屬材料；汽車(chē)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(chē)制造行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。2009年，我國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)量已經(jīng)達(dá)到1 364萬(wàn)輛，產(chǎn)銷(xiāo)量均躍居全球第一。2014年，我國(guó)汽車(chē)保有量達(dá)到15 447萬(wàn)輛，相比去年同期增長(zhǎng)12.4%.伴隨著汽車(chē)在我國(guó)普及，其給人們的出行帶來(lái)了便捷與安全，但是與此同時(shí)也帶來(lái)了能源消耗、行車(chē)安全、環(huán)境污染等問(wèn)題。在貫徹可持續(xù)發(fā)展理念下，汽車(chē)輕量化已經(jīng)成為了未來(lái)汽車(chē)制造業(yè)的必然發(fā)展趨勢(shì)。

1　汽車(chē)輕量化及其對(duì)現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)展的重要性

汽車(chē)輕量化（Lightweight of Automobile），即為汽車(chē)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(chē)的品質(zhì)，從而提升汽車(chē)行駛速度，降低汽車(chē)燃料的消耗，減少?gòu)U氣的排放量。汽車(chē)輕量化的執(zhí)行原則就是在充分保證汽車(chē)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，將汽車(chē)的各個(gè)零部件實(shí)現(xiàn)節(jié)能化處理，并且優(yōu)化車(chē)型。汽車(chē)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(duì)于推動(dòng)汽車(chē)制造行業(yè)發(fā)展有著十分重大的影響。當(dāng)前汽車(chē)輕量化的重要性主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：第一，汽車(chē)輕量化可以顯著的節(jié)約汽車(chē)油耗，降低排量。根據(jù)相關(guān)研究表明，汽車(chē)油耗與其質(zhì)量之間存在密切的直接關(guān)系，因此汽車(chē)輕量化對(duì)于降低汽車(chē)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(lái)說(shuō)汽車(chē)質(zhì)量每減少1 kg，則1 L的汽油可以多驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛0.011 km.即為汽車(chē)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(chē)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化后還會(huì)減少排放在空中的二氧化碳含量。汽車(chē)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(chē)輕量化可以提升汽車(chē)的行駛性能。當(dāng)汽車(chē)質(zhì)量每減輕25%，則可以使得汽車(chē)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(chē)輕量化還可以減輕汽車(chē)動(dòng)力與動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)荷，使得汽車(chē)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(chē)輕量化生產(chǎn)中的運(yùn)用

當(dāng)前要實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化主要有三種方式，分別為優(yōu)化汽車(chē)機(jī)構(gòu)，使得汽車(chē)部件中空化、小型化；開(kāi)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(chē)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(chē)制造與汽車(chē)輕量化的常用金屬材料。在當(dāng)前汽車(chē)制造中，鋁金屬使用量最大的車(chē)輪轂、動(dòng)力系以及懸架系統(tǒng)零件。從當(dāng)前汽車(chē)輕量化來(lái)看，未來(lái)的汽車(chē)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(chē)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(lái)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(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣缸體與氣缸蓋對(duì)材質(zhì)的要求。例如，美國(guó)通用汽車(chē)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(guò)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(chē)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(chē)的懸掛零件，可以顯著降低零部件的質(zhì)量，從而提高汽車(chē)在行駛過(guò)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(shì)被廣泛應(yīng)用于制造汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、汽車(chē)制動(dòng)盤(pán)中。相對(duì)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(chē)制動(dòng)盤(pán)中，其相對(duì)于傳統(tǒng)鑄鐵制動(dòng)盤(pán)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(lái)汽車(chē)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(guò)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(chē)機(jī)構(gòu)件、安全件、前后保險(xiǎn)杠等部位的制造中，相對(duì)鋁金屬來(lái)說(shuō)，高強(qiáng)度鋼較為經(jīng)濟(jì)，并且能夠保障汽車(chē)的安全性能。為了滿足越來(lái)越嚴(yán)格的安全法規(guī)要求，各大汽車(chē)制造廠商都加快了高強(qiáng)度鋼在汽車(chē)車(chē)身、底盤(pán)、懸架等處的應(yīng)用腳步，無(wú)間隙原子鋼、烘焙硬化鋼等品種在汽車(chē)制造中逐年增加。

2.3鎂及鎂合金

鎂及鎂合金是最具開(kāi)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(duì)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(guò)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(chē)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(jiǎn)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(chē)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(pán)、座椅框架、轉(zhuǎn)向支架等等。

3　結(jié)束語(yǔ)

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)，汽車(chē)制造行業(yè)主要面臨著能源、安全與環(huán)境三大重要問(wèn)題。在愈加嚴(yán)峻的能源緊缺、生態(tài)污染環(huán)境下，各國(guó)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(chē)制造行業(yè)在順應(yīng)潮流的過(guò)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(shì)與特點(diǎn)普遍應(yīng)用在汽車(chē)輕量化的過(guò)程中，為汽車(chē)輕量化提供重要材料，同時(shí)也成為未來(lái)汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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。