金屬材料在汽車輕量化中的應用與發展

陳志俊

（上汽大眾汽車有限公司質保實驗室，上海 200000）

伴隨著我國經濟的飛速發展和社會的不斷進步，大家對生活品質的要求越來越高，汽車制造行業發展勢頭越來越猛。雖然各種新型汽車為人們的出行帶來了方便，但是與此同時也產生了各種環境污染和能源消耗問題。伴隨著汽車需求量的逐漸增多，環境污染問題的逐漸加劇，汽車輕量化概念脫穎而出，在汽車制造行業越來越流行。積極應用各種輕量化的金屬材料，能夠有效緩解汽車制造和汽車應用帶來的能源消耗和環境污染問題，增加公司的競爭優勢，增加經濟效益[1]。

1 簡述汽車輕量化的定義和具體要求

目前來看，機動車銷量正在逐年增多，汽車需求量逐漸增大，雖為汽車制造行業提供了更為廣闊的發展空間，但也對我國能源資源開發和環境保護工作帶來了很多不利影響。相關部門深入分析當前的發展現狀后，要求國內生產總值降低二氧化碳排放量。根據實踐現狀分析，汽車的重量和汽車燃油量密切相關，如果汽車總重量減少10%，那么該汽車消耗的油量就會相應減少7%。與此同時，一旦汽車的總重量大幅度降低，那么整個汽車相對來說就會更容易駕駛。如果汽車駛入凹凸不平的地面，汽車總重量減輕，那么汽車所承受的沖擊力就會減小，能夠有效增加汽車的使用年限。在汽車的動力系統輸出不變的前提下，想提高汽車的加速功能，那么對汽車輕量化的要求就會增多。這些細節將直接影響汽車的整體品質和客戶體驗感。

想要推動汽車制造行業的發展和進步，汽車制造公司就必須要在確保汽車制造要求符合相關標準規定的基礎上，完善制作方案，積極應用各種高新技術，使用各種特殊的輕量化材料，最大程度的減少汽車的總重量，進而減少汽車的能源消耗，加強汽車的安全性能。實際上，汽車輕量化并不是簡單意義上的減輕重量或者縮小汽車的外觀，而是要求工作人員深入了解新時期消費者對汽車的具體要求，在確保汽車各種安全性能和舒適程度符合使用要求的基礎上，應用各種輕量化材料，減少投資成本，緩解環境污染和能源消耗問題。

2 研究汽車輕量化的具體發展情況

目前來講，在全世界范圍內，越來越多的工作人員開始研究汽車輕量化制作的相關內容，分析汽車重量和燃油消耗的關系，進行一系列的實驗檢測，研究各種可靠性數據。通過實踐表明，減少汽車的重量能夠有效減少汽車的燃油消耗數量，提升汽車的節能效果和環保效果，在一定程度上減少石油資源的消耗量，減少汽車廢氣的排放數量。對中國而言，汽車需求量越來越大，汽車制造行業正在飛速發展，但環境問題愈發嚴重，直接影響中國可持續發展的戰略目標。眾所周知，汽車尾氣排放出來的廢棄物嚴重影響空氣質量，甚至會導致霧霾問題，影響人們的身體健康。想要減少霧霾問題，就必須嚴格控制汽車尾氣排放量。目前來講，汽車輕量化能夠有效解決上述問題[2]。

根據輕量化要求設計制作出的汽車每公里消耗的油量比普通汽車要少的多，而且排放的尾氣含量也有所減少。另外，伴隨著汽車數量的逐漸增多，很多大城市都存在嚴重的交通擁擠問題，很多違反交通法規的行為逐漸增多，為社會發展帶來了很多不利影響。而應用輕量化設計制作出的汽車，整體尺寸會大幅度縮小，能夠有效增加汽車的靈活度，增加道路的容納數量，能夠有效緩解交通擁擠問題。

就我國的發展情況分析可知，中國汽車廠家制作出來的汽車和某些發達國家比較而言，油耗量更大，而且載貨汽車的品質偏低，載貨汽車的容納量遠遠小于發達國家制作的汽車。我國制造的汽車之所以和發達國家存在諸多差距，主要是因為我國某些地區受地形影響道路環境較差，汽車制造加工技術水平偏低，汽車制造材料較少，整體的汽車制造水平偏低。總而言之，我國在汽車制造方面，汽車輕量化研發工作仍然存在很多問題，缺乏先進的汽車制造技術，相關制造企業對汽車輕量化制造的認識程度偏低，很多人并未了解輕量材料的價值作用，汽車輕量化的發展空間非常大，一旦探索出更多能夠有效利用輕量化材料進行汽車制造的方案，將能夠帶領汽車制造行業走向更廣闊的天地。

3 分析各種金屬材料在汽車輕量化中的具體應用情況和要求

在進行汽車制造工作時，汽車輕量化要求設計人員改變設計方案，積極應用新型開發技術，應用各種輕量化材料，改變汽車的整體重量和外形。一般來講，進行汽車輕量化制造所需要的材料主要有兩類，一類是密度較低、質量較小的材料，包括一些鋁、鎂、鈦合金材料等金屬材料，塑料制品或者復合材料。一類則是強度較高的材料，主要包括強度較高的鋼材料。可是，聚合物類的塑料材料雖然質量較輕，但是很容易產生污染問題，所以對此類材料的應用要求較高，存在很多限制因素。由此可見，當前在汽車制造行業想要進行汽車輕量化建設，就必須積極應用一些輕質材料，可以積極應用這些密度較低的金屬材料，利用這些金屬材料混合成的金屬制品進行汽車制造工作，不但能夠確保汽車的安全性能符合建設標準，而且能夠在一定程度上減輕汽車的重量，減少能源資源消耗，符合環境保護政策的具體要求。金屬材料在汽車輕量化中的應用情況和具體要求如下。

3.1 研究鋁及鋁合金的特點和具體應用情況

目前可以投入汽車輕量化建設中的金屬材料越來越多，鋁材料是較早被應用到相關制造中的材料之一，相關的生產和使用技術都非常成熟。鋁和鋁合金材料整體密度非常小、強度較高、抗沖擊能力較強、相關材料的彈性較好，而且由鋁和鋁合金制成的汽車零部件整體抗腐蝕性較強，不易被侵蝕。另外，鋁和鋁合金制品制作起來相對容易，著色度較高，相關材料和制品能夠有效的回收再利用，進而起到節約資源的作用。正因為鋁和鋁合金具備這些優勢，所以在汽車輕量化制作過程當中受到了廣泛的歡迎。具體來講，在制造汽車時，鋁和鋁合金的金屬材料被用于制作汽車輪轂、汽車懸架系和動力系中的各個零部件，通過技術人員的深入研究和開發，鋁和鋁合金等金屬材料能夠被應用到更多的汽車制造工藝當中，不斷推動汽車輕量化的發展和進步[3]。

現在，與鋁和鋁合金材料相關的研究越來越多，想要跟隨社會發展的腳步，推動汽車輕量化的發展，相關企業和負責人正在積極進行技術研究和工藝研究，分析各種鋁和鋁合金材料的加工制作和應用方法。目前來講，“鋁合金半固態成形技術”脫穎而出，被應用到了汽車輕量化建設工作當中。在汽車制作的過程當中，使用鋁合金半固態成型技術，不但能夠使相關汽車零件的功能更優良、還能使整個零部件的組織結構更加緊密，提升零部件的品質。鋁以及鋁合金材料和鋼材料對比來看，鋁以及鋁合金材料的承受能力和強度相對較差，這也就導致鋁以及鋁合金材料在應用過程中存在一些限制，對其加工成型技術要求也逐漸增高。另外，鋁和鋁合金材料的制作和應用工藝需要消耗的成本越來越高，限制其廣泛使用。

3.2 研究鎂及鎂合金的特點和具體應用情況

鎂以及鎂合金材料相對來說具備超強的開發潛力，和鋁合金相比，鎂以及鎂合金材料的密度更低、質量更輕。與此同時，鎂以及鎂合金材料的強度高于鋁合金和鋼，而剛度則與鋁合金和鋼類似。另外，這種金屬材料修正性和阻尼系數更符合汽車制作的要求，承受能力較鋁合金來說更強，所以利用這一材料進行汽車制造，能夠有效減少汽車噪音，提升汽車的安全程度，更能滿足使用者對舒適度要求。而且，鎂以及鎂合金材料的好熱性能較強，相關材料易于加工成型，其整體的穩定性較強，能夠有效提高材料的利用率。鎂合金材料也存在很多缺點，相關材料的抗蠕變能力比較差，需要進一步進行相關研究。

在進行汽車制造工作時，制作壓鑄件時可以積極應用鎂和鎂合金材料，將鋁合金或者鋼材料替換下來。一般來講，汽車零部件中殼體類或者支架類（殼體類像一些離合器的殼體或者空調機的殼體，支架類則是方向盤、剎車支架等），為了減輕質量，提高這些零件的品質，都可以積極應用鎂和鎂合金材料。

3.3 分析鈦及鈦合金的特點和具體使用情況

鈦及鈦合金材料的綜合性能較強，其具備密度較小的特點，不但強度較高，而且抗腐蝕能力強，即便在惡劣的環境當中，仍然具備很強的耐熱性和抗腐蝕性。

在汽車輕量化中應用鈦和鈦合金材料時，不但能夠減輕內燃機往復運動件的整體重量，還能夠有效減少整個汽車的質量。在制作發動機元件或者底盤件時，很多零部件都可以應用鈦和鈦合金材料[4]。

3.4 研究高強度鋼的特點和具體使用情況

實際上，鋼鐵材料是汽車制造行業中的最主要也是最重要材料之一，高強度鋼材的應用則是未來汽車制造發展研究的必然方向。高強度鋼顧名思義就是強度和韌性較高的鋼材料。應用調質處理方法改變低合金結構鋼性能，可以打造出高強度鋼。和一些鋁、鎂等金屬材料相比，高強度鋼應用和研發工作消耗的資金較少，可以廣泛應用到汽車各種零部件當中，包括一些結構件、安全件或者車門防撞梁等，能夠有效提高汽車的安全性。

4 結語

總而言之，雖然汽車制造行業的發展推動了社會的進步，提高了大家的生活品質，但是，隨之而來的有更嚴重的環境污染問題和資源消耗問題。由此可見，在進行汽車工業建設時，一定要積極研究汽車量化方案，積極應用各種金屬材料和加工技術，充分發揮金屬材料的價值和作用，減輕汽車的重量，推動汽車制造行業的可持續發展步伐。