浅析金属材料在汽车轻量化生产中的运用

李炎粉

（黄河交通学院，汽车工程学院，河南焦作454950）

浅析金属材料在汽车轻量化生产中的运用

李炎粉

（黄河交通学院，汽车工程学院，河南焦作454950）

实现汽车轻量化能够显著的节约汽车油耗，减少汽车排放量。在汽车轻量化过程中，各类型金属材料凭借着优越的性能成为了汽车轻量化的首选。主要针对金属材料在汽车轻量化中的运用进行研究，分析了铝及铝金属、高强度钢和镁及镁合金在汽车轻量化生产中的运用。

金属材料；汽车轻量化；铝及铝金属

伴随着社会经济发展与人民生活水平的提升，汽车制造行业得到了迅猛的发展。2009年，我国汽车销量已经达到1 364万辆，产销量均跃居全球第一。2014年，我国汽车保有量达到15 447万辆，相比去年同期增长12.4%.伴随着汽车在我国普及，其给人们的出行带来了便捷与安全，但是与此同时也带来了能源消耗、行车安全、环境污染等问题。在贯彻可持续发展理念下，汽车轻量化已经成为了未来汽车制造业的必然发展趋势。

1　汽车轻量化及其对现代汽车发展的重要性

汽车轻量化（Lightweight of Automobile），即为汽车在原有造价不变的基础上，保持其行驶安全性能、抗撞性能、抗震性能与舒适性能的情况下降低汽车的品质，从而提升汽车行驶速度，降低汽车燃料的消耗，减少废气的排放量。汽车轻量化的执行原则就是在充分保证汽车稳定性的基础上，将汽车的各个零部件实现节能化处理，并且优化车型。汽车轻量化是提升性能、降低质量、优化结构的系统工程，其对于推动汽车制造行业发展有着十分重大的影响。当前汽车轻量化的重要性主要表现在以下两个方面：第一，汽车轻量化可以显著的节约汽车油耗，降低排量。根据相关研究表明，汽车油耗与其质量之间存在密切的直接关系，因此汽车轻量化对于降低汽车油耗有着重大的作用。根据相关报道研究显示，通常来说汽车质量每减少1 kg，则1 L的汽油可以多驱动汽车行驶0.011 km.即为汽车在行驶10 000 km的时候，就可以节约油耗0.7 L.同时，汽车实现汽车轻量化后还会减少排放在空中的二氧化碳含量。汽车质量每减轻50%，则二氧化碳的排放量则会相应的降低13%［1］.第二，汽车轻量化可以提升汽车的行驶性能。当汽车质量每减轻25%，则可以使得汽车加速到96.56 km/h的时间从原本的10 s中降低至6 s［2］.同时，实现汽车轻量化还可以减轻汽车动力与动力传动系统的负荷，使得汽车可以在较低的牵引负荷下展现出更加良好的行驶性能。

2　金属材料在汽车轻量化生产中的运用

当前要实现汽车轻量化主要有三种方式，分别为优化汽车机构，使得汽车部件中空化、小型化；开发使用新型轻质材料，使用铝、镁合金等金属、非金属材料；使用先进的制造工艺，例如激光拼焊、液压成型等。目前，实现汽车轻量化主要是选择使用新型轻质材料。

2.1铝及铝合金

铝，是使用时期较早并且已经应用十分成熟的轻量化金属材料，其凭借着低密度、高强度、高弹性、高抗冲击性能、高导电、易着色等特点成为了汽车制造与汽车轻量化的常用金属材料。在当前汽车制造中，铝金属使用量最大的车轮毂、动力系以及悬架系统零件。从当前汽车轻量化来看，未来的汽车铝金属及其合金材料将会占据30%～50%的比例。

当前汽车使用铝金属可以分为铝合金与铝基复合材料两大主要部分，而其中铝合金又可以分为铸造铝合金与变形铝合金。第一，铝合金。铸造铝合金拥有绝佳的铸造性能，可以根据其使用不同位置来选择不一样的铸造方式。例如，铝合金应用在发动机时，由于铝合金拥有的良好的导热性能与抗腐蚀性能可以满足汽车发动机中的气缸体与气缸盖对材质的要求。例如，美国通用汽车公司的气缸套均为全铝材质。变形铝合金的强度与韧性更好，其合金含量较少，可以通过施加压力的方式制造成各种类型的零件，主要应用于制造汽车的面板、散热系统、悬挂零件等。例如，铝合金被应用于制造汽车的悬挂零件，可以显著降低零部件的质量，从而提高汽车在行驶过程中的平稳性。第二，铝基复合材料。铝基复合材料一种拥有惊人生命力的材料，其凭借着低密度、高强度、高耐磨性等优势被广泛应用于制造汽车发动机活塞、汽车制动盘中。相对于铸铁活塞，其质量减轻了10%左右，而导热性能则提升了4倍。在应用于制造汽车制动盘中，其相对于传统铸铁制动盘质量减少了50%左右，并且拥有更佳的散热性能［3］。

2.2高强度钢

高强度钢（Advanced HighStrengthSteel），其是未来汽车轻量化所采用的金属材料主要发展方向之一。高强度钢即为在强度与韧度方面都十分优良的品种。该钢在经过处理后通常都拥有良好的力学性能，将抗拉强度作为界限，其大于1 200 MPa时则成为高强度钢，其大于1 500 MPa时则成为超高强度钢。目前，高强度钢主要被应用于汽车机构件、安全件、前后保险杠等部位的制造中，相对铝金属来说，高强度钢较为经济，并且能够保障汽车的安全性能。为了满足越来越严格的安全法规要求，各大汽车制造厂商都加快了高强度钢在汽车车身、底盘、悬架等处的应用脚步，无间隙原子钢、烘焙硬化钢等品种在汽车制造中逐年增加。

2.3镁及镁合金

镁及镁合金是最具开发前景的轻质金属材料，其特点主要有：

第一，密度低，质量轻，使用镁及镁合金可以相对于铝合金再减轻15%左右的质量，是当前质量最轻的金属材料；

第二，比强度高于铝合金与钢；

第三，拥有良好的阻尼系数与消震性，能够承受超过铝合金的冲击载荷，将其应用与壳体时可以显著减少噪音，用于轮毂时可以减少震动，显著提升汽车的安全舒适程度；

第四，拥有良好的导电导热性能，在相同温度环境下其散热时间仅仅为铝合金的一半；

第五，工艺性能良好，铸造性价佳，尺寸稳定，加工简易，生产成本较低，经济性良好。

当前镁及镁合金在汽车制造中主要应用在零部件上，其中包括壳体类与支架类零部件。例如，离合器壳体、仪表板、变速箱体、气缸盖，方向盘、座椅框架、转向支架等等。

3　结束语

在社会经济高速发展的现代社会，汽车制造行业主要面临着能源、安全与环境三大重要问题。在愈加严峻的能源紧缺、生态污染环境下，各国政府前后制定了能源保护、环节保护等方面的政策法规，汽车制造行业在顺应潮流的过程中必须要走向轻量化道路。铝、高强度钢、镁等金属材料正在凭借着其优势与特点普遍应用在汽车轻量化的过程中，为汽车轻量化提供重要材料，同时也成为未来汽车制造行业中最具潜力的环保绿色材料。

［1］王宪民.轻金属和轻量化材料在汽车中的实际应用［J］.内蒙古科技与经济，2015，（23）：93-94.

［2］马鸣图，魏莉霞，朱丽娟.塑料复合材料在汽车轻量化中的应用［J］.化工新型材料，2011，（11）：1-3，111.

［3］王艳青，李军，陈云霞.连续变截面薄板在汽车轻量化应用中的新进展［J］.现代零部件，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，河南郑州人，本科，讲师，研究方向：机械制造与工艺。