黑色金屬材料的輕量化

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黑色金屬材料的輕量化

鋼作為工程材料廣泛應用于諸如汽車、航空航天、運輸、建筑、重型設備和機械等生產生活的各個領域。雖然輕質材料如鎂、鋁合金、各種復合材料、纖維、塑料等逐漸發展，但鋼鐵材料由于其優良的結構強度、成形能力、成本適中和可回收性而廣泛應用于汽車領域。然而，由于汽車排放是世界上溫室氣體排放的第二大來源，近年來世界各地都頒布了嚴格的環境法律法規來限制汽車排放，如2007年歐洲汽車CO2的排放量平均值是158.7g/km，2015年該排放量必須降低為130g/km，而2020年該排放量要降到95g/km。汽車動力傳遞和發動機的研究促進了電動汽車的發展，這就需要減輕白車身和其它汽車零部件的質量以彌補電池和電機的額外質量。減輕傳統汽車的質量同樣也可以提高車輛的燃油消耗率，因此需要鋼鐵企業生產輕質鋼材，以減輕汽車質量。

概述了降低鋼密度的不同方法，介紹了鐵合金冶金及其應用。廣泛使用降低鋼密度的方法有：采用鐵基大塊合金、鐵基復合材料、泡沫鋼、鋼基層壓板。鐵基復合材料主要把較輕的各種碳化物、氮化物、硼化物、氧化物的陶瓷顆粒加入到鐵素體或奧氏體基體中。泡沫鋼依靠結構中填充氣體的存在，可使用結構骨架或發泡劑，填充氣體的孔可以通過液體鑄造和粉末冶金的方法獲得。鋼基層壓板基本上是鋼片和輕質材料交替形成的一種混合材料，可以是金屬-金屬或是金屬-纖維交替。由于前3種方法不適合大量生產，所以關于這3種方法的研究受到了限制。低密度大塊鐵合金則適合大量生產，其采用鑄造方法生產將很有發展前景，因此已經引起許多冶金方面的專家和學者的注意。

目前，相關專家學者就黑色金屬材料輕量化已經做了大量的研究，但新型合金距離實際應用還有很長的路要走。目前，研究的重點集中在了解這些合金的熱力學原理、熱處理方法，如退火和過時效、合金化、鐵素體成型等。

刊名：The Minerals, Metals & Materials Society（英）

刊期：2014年第9期

作者：Radhakanta Rana Jom et al

編譯：于立嬌