金属材料在汽车轻量化中的应用与发展

陈志俊

（上汽大众汽车有限公司质保实验室，上海 200000）

伴随着我国经济的飞速发展和社会的不断进步，大家对生活品质的要求越来越高，汽车制造行业发展势头越来越猛。虽然各种新型汽车为人们的出行带来了方便，但是与此同时也产生了各种环境污染和能源消耗问题。伴随着汽车需求量的逐渐增多，环境污染问题的逐渐加剧，汽车轻量化概念脱颖而出，在汽车制造行业越来越流行。积极应用各种轻量化的金属材料，能够有效缓解汽车制造和汽车应用带来的能源消耗和环境污染问题，增加公司的竞争优势，增加经济效益[1]。

1 简述汽车轻量化的定义和具体要求

目前来看，机动车销量正在逐年增多，汽车需求量逐渐增大，虽为汽车制造行业提供了更为广阔的发展空间，但也对我国能源资源开发和环境保护工作带来了很多不利影响。相关部门深入分析当前的发展现状后，要求国内生产总值降低二氧化碳排放量。根据实践现状分析，汽车的重量和汽车燃油量密切相关，如果汽车总重量减少10%，那么该汽车消耗的油量就会相应减少7%。与此同时，一旦汽车的总重量大幅度降低，那么整个汽车相对来说就会更容易驾驶。如果汽车驶入凹凸不平的地面，汽车总重量减轻，那么汽车所承受的冲击力就会减小，能够有效增加汽车的使用年限。在汽车的动力系统输出不变的前提下，想提高汽车的加速功能，那么对汽车轻量化的要求就会增多。这些细节将直接影响汽车的整体品质和客户体验感。

想要推动汽车制造行业的发展和进步，汽车制造公司就必须要在确保汽车制造要求符合相关标准规定的基础上，完善制作方案，积极应用各种高新技术，使用各种特殊的轻量化材料，最大程度的减少汽车的总重量，进而减少汽车的能源消耗，加强汽车的安全性能。实际上，汽车轻量化并不是简单意义上的减轻重量或者缩小汽车的外观，而是要求工作人员深入了解新时期消费者对汽车的具体要求，在确保汽车各种安全性能和舒适程度符合使用要求的基础上，应用各种轻量化材料，减少投资成本，缓解环境污染和能源消耗问题。

2 研究汽车轻量化的具体发展情况

目前来讲，在全世界范围内，越来越多的工作人员开始研究汽车轻量化制作的相关内容，分析汽车重量和燃油消耗的关系，进行一系列的实验检测，研究各种可靠性数据。通过实践表明，减少汽车的重量能够有效减少汽车的燃油消耗数量，提升汽车的节能效果和环保效果，在一定程度上减少石油资源的消耗量，减少汽车废气的排放数量。对中国而言，汽车需求量越来越大，汽车制造行业正在飞速发展，但环境问题愈发严重，直接影响中国可持续发展的战略目标。众所周知，汽车尾气排放出来的废弃物严重影响空气质量，甚至会导致雾霾问题，影响人们的身体健康。想要减少雾霾问题，就必须严格控制汽车尾气排放量。目前来讲，汽车轻量化能够有效解决上述问题[2]。

根据轻量化要求设计制作出的汽车每公里消耗的油量比普通汽车要少的多，而且排放的尾气含量也有所减少。另外，伴随着汽车数量的逐渐增多，很多大城市都存在严重的交通拥挤问题，很多违反交通法规的行为逐渐增多，为社会发展带来了很多不利影响。而应用轻量化设计制作出的汽车，整体尺寸会大幅度缩小，能够有效增加汽车的灵活度，增加道路的容纳数量，能够有效缓解交通拥挤问题。

就我国的发展情况分析可知，中国汽车厂家制作出来的汽车和某些发达国家比较而言，油耗量更大，而且载货汽车的品质偏低，载货汽车的容纳量远远小于发达国家制作的汽车。我国制造的汽车之所以和发达国家存在诸多差距，主要是因为我国某些地区受地形影响道路环境较差，汽车制造加工技术水平偏低，汽车制造材料较少，整体的汽车制造水平偏低。总而言之，我国在汽车制造方面，汽车轻量化研发工作仍然存在很多问题，缺乏先进的汽车制造技术，相关制造企业对汽车轻量化制造的认识程度偏低，很多人并未了解轻量材料的价值作用，汽车轻量化的发展空间非常大，一旦探索出更多能够有效利用轻量化材料进行汽车制造的方案，将能够带领汽车制造行业走向更广阔的天地。

3 分析各种金属材料在汽车轻量化中的具体应用情况和要求

在进行汽车制造工作时，汽车轻量化要求设计人员改变设计方案，积极应用新型开发技术，应用各种轻量化材料，改变汽车的整体重量和外形。一般来讲，进行汽车轻量化制造所需要的材料主要有两类，一类是密度较低、质量较小的材料，包括一些铝、镁、钛合金材料等金属材料，塑料制品或者复合材料。一类则是强度较高的材料，主要包括强度较高的钢材料。可是，聚合物类的塑料材料虽然质量较轻，但是很容易产生污染问题，所以对此类材料的应用要求较高，存在很多限制因素。由此可见，当前在汽车制造行业想要进行汽车轻量化建设，就必须积极应用一些轻质材料，可以积极应用这些密度较低的金属材料，利用这些金属材料混合成的金属制品进行汽车制造工作，不但能够确保汽车的安全性能符合建设标准，而且能够在一定程度上减轻汽车的重量，减少能源资源消耗，符合环境保护政策的具体要求。金属材料在汽车轻量化中的应用情况和具体要求如下。

3.1 研究铝及铝合金的特点和具体应用情况

目前可以投入汽车轻量化建设中的金属材料越来越多，铝材料是较早被应用到相关制造中的材料之一，相关的生产和使用技术都非常成熟。铝和铝合金材料整体密度非常小、强度较高、抗冲击能力较强、相关材料的弹性较好，而且由铝和铝合金制成的汽车零部件整体抗腐蚀性较强，不易被侵蚀。另外，铝和铝合金制品制作起来相对容易，着色度较高，相关材料和制品能够有效的回收再利用，进而起到节约资源的作用。正因为铝和铝合金具备这些优势，所以在汽车轻量化制作过程当中受到了广泛的欢迎。具体来讲，在制造汽车时，铝和铝合金的金属材料被用于制作汽车轮毂、汽车悬架系和动力系中的各个零部件，通过技术人员的深入研究和开发，铝和铝合金等金属材料能够被应用到更多的汽车制造工艺当中，不断推动汽车轻量化的发展和进步[3]。

现在，与铝和铝合金材料相关的研究越来越多，想要跟随社会发展的脚步，推动汽车轻量化的发展，相关企业和负责人正在积极进行技术研究和工艺研究，分析各种铝和铝合金材料的加工制作和应用方法。目前来讲，“铝合金半固态成形技术”脱颖而出，被应用到了汽车轻量化建设工作当中。在汽车制作的过程当中，使用铝合金半固态成型技术，不但能够使相关汽车零件的功能更优良、还能使整个零部件的组织结构更加紧密，提升零部件的品质。铝以及铝合金材料和钢材料对比来看，铝以及铝合金材料的承受能力和强度相对较差，这也就导致铝以及铝合金材料在应用过程中存在一些限制，对其加工成型技术要求也逐渐增高。另外，铝和铝合金材料的制作和应用工艺需要消耗的成本越来越高，限制其广泛使用。

3.2 研究镁及镁合金的特点和具体应用情况

镁以及镁合金材料相对来说具备超强的开发潜力，和铝合金相比，镁以及镁合金材料的密度更低、质量更轻。与此同时，镁以及镁合金材料的强度高于铝合金和钢，而刚度则与铝合金和钢类似。另外，这种金属材料修正性和阻尼系数更符合汽车制作的要求，承受能力较铝合金来说更强，所以利用这一材料进行汽车制造，能够有效减少汽车噪音，提升汽车的安全程度，更能满足使用者对舒适度要求。而且，镁以及镁合金材料的好热性能较强，相关材料易于加工成型，其整体的稳定性较强，能够有效提高材料的利用率。镁合金材料也存在很多缺点，相关材料的抗蠕变能力比较差，需要进一步进行相关研究。

在进行汽车制造工作时，制作压铸件时可以积极应用镁和镁合金材料，将铝合金或者钢材料替换下来。一般来讲，汽车零部件中壳体类或者支架类（壳体类像一些离合器的壳体或者空调机的壳体，支架类则是方向盘、刹车支架等），为了减轻质量，提高这些零件的品质，都可以积极应用镁和镁合金材料。

3.3 分析钛及钛合金的特点和具体使用情况

钛及钛合金材料的综合性能较强，其具备密度较小的特点，不但强度较高，而且抗腐蚀能力强，即便在恶劣的环境当中，仍然具备很强的耐热性和抗腐蚀性。

在汽车轻量化中应用钛和钛合金材料时，不但能够减轻内燃机往复运动件的整体重量，还能够有效减少整个汽车的质量。在制作发动机元件或者底盘件时，很多零部件都可以应用钛和钛合金材料[4]。

3.4 研究高强度钢的特点和具体使用情况

实际上，钢铁材料是汽车制造行业中的最主要也是最重要材料之一，高强度钢材的应用则是未来汽车制造发展研究的必然方向。高强度钢顾名思义就是强度和韧性较高的钢材料。应用调质处理方法改变低合金结构钢性能，可以打造出高强度钢。和一些铝、镁等金属材料相比，高强度钢应用和研发工作消耗的资金较少，可以广泛应用到汽车各种零部件当中，包括一些结构件、安全件或者车门防撞梁等，能够有效提高汽车的安全性。

4 结语

总而言之，虽然汽车制造行业的发展推动了社会的进步，提高了大家的生活品质，但是，随之而来的有更严重的环境污染问题和资源消耗问题。由此可见，在进行汽车工业建设时，一定要积极研究汽车量化方案，积极应用各种金属材料和加工技术，充分发挥金属材料的价值和作用，减轻汽车的重量，推动汽车制造行业的可持续发展步伐。