淺析我國汽車輕量化材料發(fā)展

郝俊珂 張麗紅

摘 要：汽車作為現(xiàn)代主要的交通工具，購買者日益增加，逐漸受到人們的廣泛關注。由于汽車產業(yè)飛速發(fā)展，目前國內外能源相對較緊缺，汽車的平均油耗和整車質量關系密切，又面對節(jié)能環(huán)保和原材料價格上漲的壓力，加速汽車輕量化發(fā)展目前己經成為當代汽車研究的必然課題。通過對汽車材料的組成、使用材料的更新等幾個方面的分析，為汽車材料輕量化發(fā)展提供些參考依據(jù)。

關鍵詞：輕量化;汽車;材料

汽車輕量化是源于賽車運動，與傳統(tǒng)汽車相比較，最大的優(yōu)勢在于重量輕了，具有更舒適的操控性，發(fā)動機能夠產生更大的動力加速度，能夠給用戶帶來更好的駕駛體驗。再加上車輛輕了之后，駕駛員在起步時的性能感受更好，剎車時的制動距離也會縮短。

一、汽車輕量化闡述

車工業(yè)技術的發(fā)展，離不開鑄造技術的發(fā)展，而輕量化技術又是鑄造技術的核心方向。如降低汽車整體重量，并不影響汽車的主要性能，是今后汽車工業(yè)發(fā)展的重要趨勢;傳統(tǒng)工業(yè)材料正在被符合國家環(huán)保、節(jié)能要求的新材料所替代，因此，對國產汽車輕量化材料行業(yè)的發(fā)展壯大提供了強有力的技術支撐。汽車輕量化絕非是簡單地將其小型化。首先應保持汽車原有的性能不受影響，既要有目標地減輕汽車自身的重量，又要保證汽車行駛的安全性、耐撞性、抗振性及舒適性，同時汽車本身的造價不被提高，以免給客戶造成經濟上的壓力。實驗證明，汽車重量降低一半，燃料消耗也會降低將近一半。由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已經成為世界汽車發(fā)展的潮流。

汽車輕量化技術目的。采用現(xiàn)代設計方法和有效手段對汽車產品進行優(yōu)化設計，或使用新材料在確保汽車綜合性能指標的前提下盡可能降低汽車產品自身重量，以達到減重、降耗、環(huán)保、安全的綜合指標。

二、汽車輕量化材料特性

輕量化汽車采用的材料主要是鋁合金材料，與傳統(tǒng)的鋼材料具有更大的優(yōu)勢。

輕量化汽車使用鋁合金材料重量大幅度減輕，在保證了強度、剛性的基礎上，鋁合金材料減輕了車輛的自重，使用鋁合金作為材料的輕量車比鋼質車輕至少百分之四十。輕量化汽車還具有優(yōu)良的耐火性，能夠吸收沖擊力同時還便于加工。輕量化汽車的耐火性主要體現(xiàn)在鋁合金材料與鋼鐵相比具有優(yōu)良的導熱性，其散熱性比鋼更好。鋁合金表面易形成一層致密的氧化膜，因此鋁合金比鋼質車體具有更好的耐腐蝕性能;吸收沖擊力好主要體現(xiàn)在鋁本身具有很好的沖擊力，是鋼的2倍，所以在遇到同樣的撞碰力度時，輕量化汽車更加安全。而且輕量化汽車零件不容易生銹，遇到刮碰現(xiàn)象時僅需要對表面進行處理，在維修期間需要更換零件也十分方便。最重要的是，輕量化汽車的材料可以回收，這符合我國走可持續(xù)發(fā)展道路的要求。

另外，輕量化汽車采用的復合材料是經歷了歷史的沉淀的，是經過70年的發(fā)展才有今天的運用推廣效果。復合材料在汽車許多部件上已實現(xiàn)替代。輕量、安全、節(jié)能、環(huán)保是汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢，而傳統(tǒng)的汽車金屬材料發(fā)展變化較小，已越來越難以滿足這些要求。復合材料特性可以適應這種變化的趨勢，因而發(fā)達國家汽車制造業(yè)一直把復合材料視為理想的汽車輕量化材料。復合材料以其高性能及適應性強的特點，滿足汽車部件的不同需要，已在許多部件上替代原來的鋼、鋁等傳統(tǒng)材料。日系車日產“布爾巴特”汽車就是最好的典例，它的前端板，用鋼板制造時由20多個零件組成，而用復合材料用7個零件就可以。輕量化汽車結構將會是一種新的發(fā)展趨勢。

三、輕量化汽車材料未來發(fā)展趨勢

碳纖維復合材料應用將成未來車身結構輕量化的主要途徑。碳纖維復合材料之前主要應用在航空航天領域。比如，波音787表面的90%都是碳纖維復合材料，碳纖維復合材料占結構重量的50%。伴隨航空技術向乘用車領域轉移，碳纖維復合材料在很多特性上超越傳統(tǒng)材料，將成為汽車車身機構輕量化中材料的主要方向。

在已有的輕量化汽車材料中，碳纖維復合材料具有質量輕、高強度、抗沖擊、耐腐蝕等幾大優(yōu)點。在確保駕駛員人生安全的情況下，碳纖維的車身重量是鋁合金的二分之一，但是強度確是鋼的8倍，同時還具有金屬的5倍吸收能力，用碳纖維復合材料結構取代目前的鋼體車身，可大幅減重高達60%，進而提高30%以上的燃油效率。在新能源汽車上，能平衡多裝電池所帶來的重量。所以說碳釬維復合材料的發(fā)展空間非常大。經過預測，碳纖維負荷材料的成本將降到每公斤70元，生產效率也會大幅度提高，預估每兩分鐘能夠出廠一件。如果到了2020年輕量化汽車產量將在2300萬輛每年，同時假設每輛車平均車重約為1500KG，預計碳纖維復合材料在汽車行業(yè)滲透率達2%;同時，假設碳纖維復合材每千克成本為70元。測算2020年之后，汽車碳纖維復合材料市場空間達483億元。碳纖維很快將會成為輕量化汽車的主要使用材料。

四、結束語

汽車輕量化設計就是為了能夠有效提升汽車的性能，讓駕駛人員有更好的駕駛感受。輕量化汽車不僅能夠提高汽車的加速度，對于車的減噪、減震方面也有很好的改善，特別是輕量化汽車對我國的環(huán)境保護有很大的貢獻，車輛在行駛時能夠減少大約每千米5g的二氧化碳排放，雖然看起來數(shù)量很小，但是當街上每輛車都減少5g的二氧化碳排放時，我們的地球一定會越來愈好。

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[3]李乾.問題教學法在汽車材料教學中的嘗試[J].才智，2016（05）

作者簡介：

郝俊珂（1990--）女，新疆阿拉爾人，教師，碩士，主要從事機械設計制造的教學。

張麗紅（1992--）女，新疆烏魯木齊人，教師，本科，主要從事機械工程教育教學。