浅谈金属材料在汽车轻量化中的应用与发展

高淼淼 祝林

摘要：21世纪汽车制造业呈现电动化、网联化、智能化和共享化的发展趋势，在此大背景下，汽车轻量化是实现汽车四化的重要战略举措之一，包括支持汽车轻量化的各系统模块化、集成化发展的战略举措的落地。汽车轻量化就是在保证汽车强度和安全性能前提下，降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，实现节能减排的目的。汽车轻量化有利于主动安全，可有效增加操作稳定性，缩短制动距离;减重10%，制动距离可减少5%，转向力减少6%。

关键词：金属材料;汽车轻量化;应用与发展

引言

随着汽车安全、燃油经济性及排放标准的提高，安全、节能、环保已成为汽车研发的热点问题。汽车轻量化是指在满足汽车的安全性能及成本限制的条件下，采用有效的设计方法，尽可能地降低汽车整备质量，从而起到提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染的作用，因此，整车轻量化的研究对安全、节能、环保三大热点问题的解决有着重要意义。

1我国汽车轻量化发展概况

中国不仅是世界上数一数二的汽车生产大国，而且还是世界上汽车消费大国。汽车产销量更是首屈一指，连续多年稳居世界首位。根据中国汽车工业协会发布的《2019年汽车工业经济运行情况》指出：2019年，我国汽车生产量达2572.1万辆，汽车销售量达2576.9万辆，虽然同比有所下降，但产销量继续蝉联世界第一。汽车轻量化技术的前提是不降低或提升原型车辆的强度和安全性能、不降低或提升新设计车型的安全性性能设计标准。文献记录汽车整备质量每减少100KG，百公里燃油耗将降低0.3～0.6L，CO2排放减少5～8g。有研究数据显示，欧美日等发达国家比我国乘用车质量平均同样级别的车轻8～10%，商务用车型约轻10～15%。我国汽车轻量化技术在《中国制造2025》《“十三五”国家科技创新规划》《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》的重点发展技术之中得到体现，汽车轻量化技术在我国有望进入高速发展期。

2金属材料在汽车轻量化中的应用与发展

2.1铝及铝合金

铝与铝合金的特点包括弹性好、密度小、比强度和比刚度高等，并且耐腐蚀与耐磨性能良好，加工成型和表面着色容易，所以也能进行回收再利用，正是因为这些特点，使得它在汽车制造领域得到了十分广泛的应用。不过，与钢相比铝及铝合金在力学性能、承载能力等方面还存在比较显著的差距，这也是制约铝及铝合金在汽车制作中应用的一大因素，此外由于生产技术局限、工艺负责的因素带来的过高成本，也限制了铝及铝合金的应用。目前，铝及铝合金在汽车制造中的应用，主要是在车轮、动力系与悬架系的零部件中，如在汽车底盘中的应用，有变速器壳体、离合器壳体以及转动器壳体等。目前，在乘用车上铝合金轮毂的应用十分广泛，已经逐渐替代了锻钢与铸钢，其原因是在相同使用条件下，铝合金轮毂的自身重量更轻，并且它的散热性能更好，可以减少由于轮胎温度过高而引起的爆胎危害。除此之外，由于其导热性好，质量轻的优点，也被应用于发动机的零部件制造中，对实现发动机轻量化意义重大，相信未来它的应用范围将会进一步扩大，预计未来汽车的铝化界限能达到百分之三十到五十左右。由于汽车轻量化中铝及铝合金是一种十分重要的金属材料，所以对新的铝合金材料及其加工技术，人们进行了一系列研究，如“铝合金半固态成形技术”就是现阶段较为先进的一种铝合金加工技术，其生产出来的铝合金汽车零件组织致密、性能优良，在汽车制造中有着重要的应用。

2.2镁及镁合金

镁及镁合金是一种很有开发潜力的轻质结构材料，其特点主要有质量轻、密度低等，相较于铝合金而言，镁合金更轻，属于最轻的一种金属材料。同时，它也有良好的比强度，比铝合金与钢还高，并在比刚度方面与这两种材料并没有多少差异。另外，在阻尼系数与消震性方面，其性能也十分优异，与铝合金相比有着更好的承受冲击荷载的能力，所以这种材料可以被用于汽车壳体制造降低噪声，将其用于轮圈则可以减少震动，可见对提高汽车的舒适性与安全性方面，镁及镁合金具有明显优势。在工艺性能、导热性等方面，镁合金的表现都非常优异，其铸造性能与尺寸稳定性都比较高，所以加工相对简单与方便，并且废品率较低。当然，它并不是完美的，主要的缺陷在于抗蠕变能力与高温疲劳性方面，所以镁合金的广泛应用需要解决好这方面的问题，也是日后重点研究的课题。在汽车制造中，目前镁及镁合金的应用主要还是在压铸件方面，它可以到铸铁、铝合金与钢制冲压焊装组合件等，支架类与壳体类是目前镁及镁合金在汽车零部件中主要应用的两个领域，其中支架类包括了刹车支架、方向盘以及车镜支架等，壳体类则包括空调机外科、离合器壳体等。

2.3高强度钢

所谓高强度钢，也就是指一些屈服强度超过1380MPa，同时抗拉强度超过1630MPa的合金钢。由于自身有着较好的屈服强度以及抗拉强度，因此通常都会在车身的主体位置之中进行应用，以此能够大幅度降低车身的整体质量。由于绝大多数汽车的车身都应用的是钢材，而如果调整成高强度钢，则车板的厚度便会大幅度下降，同时整体质量也不会特别高。通过和普通钢板车展开对比，厚度大概可以减少1.0mm到2.0mm，而在质量方面，基本上可以降低15%到22%。由此可以看出，在使用了高强度钢之后，汽车的整体质量会全面下降，油耗也会有所减少，进而能够实现节能减排的基本要求。

结语

综上所述，随着汽车工业的飞速发展，汽车的数量与日俱增，但在带给人们便利的同时，对环境产生了较为严重的污染，同时在安全、能源等方面造成了不利影响。因此，未来汽车工业发展的主要方向应该是以降噪、节能减排与提高安全保障为目标，而实现汽车轻量化是达成这些目标的重要途径，在此过程中则需要在汽车制造中有效地应用铝、镁、钛与高强度钢等轻质金属材料，最大化发挥它们的性能与特点，从而促进汽车轻量化的良好发展。

参考文献：

[1]祝明明，張庆帅，石旭.金属材料在汽车轻量化中的应用与发展[J].南方农机，2017，48（005）：139-139.

[2]郑传宝，李广征.谈金属材料在汽车轻量化中的应用与发展[J].工业C，2016，000（001）：P.264-265.

河南工学院 河南 新乡 453003