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      輕金屬和輕量化材料在汽車中的實(shí)際應(yīng)用

      2019-03-13 14:26:40袁金磊
      山東工業(yè)技術(shù) 2019年5期
      關(guān)鍵詞:實(shí)際應(yīng)用汽車

      袁金磊

      摘 要:在汽車制造業(yè)的發(fā)展歷程中,新材料以及新技術(shù)具有十分重要的作用。而在汽車制造的生態(tài)、環(huán)保、綠色發(fā)展道路下,汽車輕量化是一種重要的發(fā)展趨勢(shì)。通過輕金屬或者輕量化材料的應(yīng)用,替代傳統(tǒng)的鋼材,是汽車輕量化發(fā)展的重要方向。本文對(duì)輕金屬和輕量化材料在汽車中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析。

      關(guān)鍵詞:輕金屬;輕量化材料;汽車;實(shí)際應(yīng)用

      DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.051

      在當(dāng)前時(shí)代背景下,能源危機(jī)日趨嚴(yán)重,生態(tài)、綠色、環(huán)保的發(fā)展道路逐漸成為各個(gè)行業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì),汽車制造業(yè)也不例外。結(jié)合企業(yè)輕量化發(fā)展的需求來看,除了輕金屬以及輕量化材料替代傳統(tǒng)鋼材外,還需要對(duì)制造工藝進(jìn)行優(yōu)化,解決實(shí)際應(yīng)用中存在的技術(shù)難題。而汽車制造業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)需求,還需要從制造的性能、汽車的功能、資源的耗損以及輕量化的趨勢(shì)等方面進(jìn)行考慮。

      1 汽車制造材料的現(xiàn)狀

      在我國早期的汽車制造中,所選用的材料大多是質(zhì)量大、密度高的材料。近些年來,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及制造技術(shù)的進(jìn)步,汽車產(chǎn)業(yè)得到了高速發(fā)展。與此同時(shí),更加安全、環(huán)保、節(jié)能的汽車越來越受到消費(fèi)者的青睞,同時(shí)也成為汽車制造的重要發(fā)展方向。受到汽車制造的這一目標(biāo)以及大規(guī)模生產(chǎn)需求的影響,汽車制造材料逐漸向低密度、輕金屬材料轉(zhuǎn)型。但鑒于輕量化材料在替代傳統(tǒng)鋼材過程中仍然存在較多的技術(shù)難題以及市場(chǎng)挑戰(zhàn),如工藝問題、成本問題以及新材料應(yīng)用伴隨的風(fēng)險(xiǎn)等,現(xiàn)階段汽車制造的主要材料仍然是以鋼材為主。由于鋼鐵具有工藝性能好、使用性能強(qiáng)、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì),在汽車制造業(yè)中,一直是應(yīng)用最為廣泛的工程材料。

      除鋼鐵材料外,輕金屬在汽車制造中也具有較為廣泛的應(yīng)用,如鋁合金材料等。鋁合金材料具有強(qiáng)度高、比重小、耐腐蝕、性能優(yōu)良等優(yōu)勢(shì),主要用于車身、車輪以及熱交換器等部分。而鋅合金、鎂合金以及鈦合金等輕金屬材料,雖然在汽車制造行業(yè)中取得了一定的發(fā)展,但受限于工藝水平等因素,要取代傳統(tǒng)鋼材,仍然還有很多問題需要解決。

      2 常見金屬以及輕量化材料的實(shí)際應(yīng)用

      2.1 高強(qiáng)度鋼板

      高強(qiáng)度鋼板實(shí)質(zhì)上是對(duì)鋼板材料的一種改良,通過提高鋼板的強(qiáng)度以及性能,達(dá)到減少材料的用量的目的,最終實(shí)現(xiàn)汽車制造的輕量化需求。就高強(qiáng)度鋼板的實(shí)現(xiàn)機(jī)理來看,主要包括析出強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、烘烤硬化等。高強(qiáng)度鋼板中,雙相鋼是一種較為常用的材料,由鐵素體以及馬氏體相組織組成,具有較高的強(qiáng)度以及良好的沖壓性能,主要用于汽車結(jié)構(gòu)件以及安全部件的制造。此外,復(fù)相鋼也是一種較為常用的材料,此種鋼材的強(qiáng)度大,主要用于汽車車門防撞桿、中立柱以及保險(xiǎn)杠等部件的制作。除了上述兩種材料,誘導(dǎo)塑性鋼也具有較好的發(fā)展?jié)摿?,是汽車制造材料研究以及未來發(fā)展的重要方向。以相變誘導(dǎo)塑性汽車用鋼為例,Zackay等人在研究高合金奧氏體不銹鋼時(shí)首次揭示了相變誘導(dǎo)塑性效應(yīng),根據(jù)這一效應(yīng)生產(chǎn)的TRIP鋼,在汽車制造中得到了應(yīng)用,而得益于對(duì)TRIP鋼相關(guān)影響因素進(jìn)行的調(diào)控措施,TRIP鋼的性能持續(xù)提高,逐漸滿足了第三代汽車用薄板鋼的性能要求。

      2.2 鋁、鎂合金

      與鋼材相比,鎂、鋁合金的密度更低,更加符合汽車輕量化發(fā)展的實(shí)際需求,被稱為汽車減重最具潛力的輕量化材料之一。以下分別對(duì)鋁合金以及鎂合金在汽車制造中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析。

      鋁合金是制造工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料,在機(jī)械制造、汽車制造乃至航空航天領(lǐng)域都具有大量的應(yīng)用實(shí)例。而隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)需求也更加多元化。

      鎂合金材料具有強(qiáng)度高、散熱性好、彈性模量大、密度小、消震性好等特點(diǎn),與鋁合金相比,鎂合金材料可承受的沖擊載荷能力更大,且對(duì)有機(jī)物以及堿性物質(zhì)的耐腐蝕性較好。鎂合金材料主要用于航空航天領(lǐng)域、運(yùn)輸領(lǐng)域以及化工領(lǐng)域等,是實(shí)用金屬中最輕的金屬之一。針對(duì)現(xiàn)代汽車制造行業(yè),鎂合金材料能夠運(yùn)用到汽車各個(gè)重要零部件的制造中,而隨著壓鑄技術(shù)的進(jìn)步,現(xiàn)階段的生產(chǎn)工藝,已經(jīng)能夠制造出形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)特殊的薄壁鎂合金車身零件。此外,在實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),鎂合金材料的應(yīng)用,能夠在一定程度上確保汽車性能的穩(wěn)定性,延長各個(gè)零部件的使用壽命。

      2.3 泡沫金屬

      泡沫金屬是含有泡沫氣孔的一種特種金屬材料,通過獨(dú)特的結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了隔熱性能以及隔音性能的提升,降低了材料的密度,同時(shí)還具有吸收電磁波等特點(diǎn)。就汽車制造業(yè)的實(shí)際情況來看,大量的金屬材料消耗是亟待解決的問題之一,雖然目前可生產(chǎn)的不同性能的鋼材已超過2500種,有色金屬材料也已達(dá)到上千中,但仍然不能滿足汽車制造的實(shí)際需要,尤其是輕量化汽車的制造。而泡沫金屬材料的出現(xiàn),則為這一問題提出了有效的解決方案。一旦汽車用泡沫金屬研制成功,實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn),將成為取代鋼材的最佳材料。與傳統(tǒng)鋼材相比,泡沫金屬零件以薄鋼外表與泡沫金屬中心構(gòu)成,使得汽車結(jié)構(gòu)材料更具韌性以及堅(jiān)固性,極大的提高了汽車的安全性、舒適性以及可靠性。

      2.4 鈦合金

      鈦合金材料具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn),主要用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件以及火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件制作。在汽車制造行業(yè)的應(yīng)用中,鈦合金主要用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的制作。此外,打造鈦合金車身,將使得整個(gè)汽車可承受更大的作用力,極大地提高了汽車的安全性。但鈦合金的實(shí)際應(yīng)用存在較大的難題,如制造成本問題等,其實(shí)際應(yīng)用也僅限于賽車制造等。

      3 結(jié)語

      在汽車制造業(yè)迅猛發(fā)展以及環(huán)境問題、能源問題日益突出的大背景下,汽車制造的輕量化發(fā)展成為重要的發(fā)展趨勢(shì)之一。在保證汽車碰撞安全性的情況下盡可能減輕車身的整體質(zhì)量,提高汽車的動(dòng)力,是輕量化材料取代傳統(tǒng)鋼材的重要前提,同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型汽車制造的重要途徑。結(jié)合當(dāng)前輕量化材料在汽車制造中的應(yīng)用來看,仍然需要對(duì)輕量化材料的機(jī)械穩(wěn)定性以及熱穩(wěn)定性等作進(jìn)一步研究,對(duì)制造工藝等作進(jìn)一步優(yōu)化。而隨著研究的不斷深入以及實(shí)踐應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累,汽車的輕量化發(fā)展必將成為現(xiàn)實(shí)。

      參考文獻(xiàn):

      [1]王瑛喆,劉傳值,汪俊辰.輕金屬材料在汽車行業(yè)中的應(yīng)用[J]. 南方農(nóng)機(jī),2017,48(07):139.

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