金屬材料在汽車(chē)輕量化中的應(yīng)用

王文革

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

目前綠色環(huán)保已經(jīng)成為全球廣泛注重的問(wèn)題，尤其是能源等方面的危機(jī)越來(lái)越嚴(yán)重，所以我國(guó)也在倡導(dǎo)生態(tài)、環(huán)保的發(fā)展理念，而汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)當(dāng)，正在結(jié)合各類(lèi)金屬材料，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)銷(xiāo)量化發(fā)展目標(biāo)。總體來(lái)看輕金屬材料的應(yīng)用，確實(shí)要比傳統(tǒng)鋼材更有優(yōu)勢(shì)，除了達(dá)到輕量化的目標(biāo)以外，還能提高整體的性能、質(zhì)量，甚至是降低汽車(chē)能源消耗，因此在制造過(guò)程中需要對(duì)金屬材料進(jìn)行深入研究。除此之外要針對(duì)這些新材料進(jìn)行工藝優(yōu)化，并解決制造過(guò)程中存在的技術(shù)難題，最終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)，促進(jìn)我國(guó)汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展。

1 汽車(chē)輕量化發(fā)展

1.1 汽車(chē)輕量化概念

近些年能源短缺與環(huán)境污染問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，因此很多國(guó)家都在倡導(dǎo)環(huán)保發(fā)展理念，尤其在汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)中，需要大量的鋼材作為原料，但是鋼材對(duì)環(huán)境的影響比較大，而且應(yīng)用在汽車(chē)配件制造上，往往會(huì)帶來(lái)更高的能耗[1]。其次汽車(chē)本身也會(huì)排放大量尾氣，所以很多制造企業(yè)都開(kāi)始重點(diǎn)關(guān)注節(jié)能減排方面的問(wèn)題，而首先要做的就是減少汽車(chē)自身重量，這是實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保理念的最佳途徑。當(dāng)下汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)要以輕量化為主要發(fā)展方向，并針對(duì)所應(yīng)用的材料進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)金屬材料替換傳統(tǒng)鋼材的方法，徹底減輕汽車(chē)的整體重量，這不僅會(huì)降低汽車(chē)能源消耗，也可以提高汽車(chē)的強(qiáng)度與安全性能，所以金屬材料稱(chēng)為實(shí)現(xiàn)輕量化發(fā)展的關(guān)鍵因素。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在汽車(chē)重量降低10%的情況下，燃油效率就能提高8%左右，而油耗也會(huì)大大降低，所以輕量化才是汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，而各類(lèi)金屬材料的應(yīng)用，往往會(huì)起到至關(guān)重要的作用。

1.2 汽車(chē)輕量化意義

汽車(chē)輕量化發(fā)展已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)，尤其在當(dāng)下這個(gè)環(huán)境污染嚴(yán)重的背景下，因此要選擇更為優(yōu)異的金屬材料應(yīng)用，并針對(duì)汽車(chē)零部件進(jìn)行制造，在保持原有造價(jià)不變的情況下，去完成性能、質(zhì)量上的升級(jí)，并達(dá)到輕量化發(fā)展需求。其實(shí)輕量化就是指汽車(chē)重量大大減輕，但是又要保證汽車(chē)的各方面性能，還有舒適性條件等等，所以更換材料是最為有效的方法，這樣不僅可以提高汽車(chē)行駛速度，也能有效降低各類(lèi)能源消耗，并達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)[2]。需要注意的是汽車(chē)輕量化，必須要遵循穩(wěn)定性不受影響的原則，再針對(duì)各類(lèi)零部件進(jìn)行材料替換，或者其他節(jié)能優(yōu)化處理，也就是提高質(zhì)量、降低重量，這樣才能達(dá)到輕量化標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，利用金屬材料制造的汽車(chē)，行駛速度大大提高，而能源消耗也逐漸降低，尤其是汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化，讓汽車(chē)擁有更為出色的駕駛性能，并具備極高的安全系數(shù)。

2 我國(guó)汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

以往的汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)中，主要采用質(zhì)量大、密度高的材料，不過(guò)隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加上制造水平不斷提高，因此在汽車(chē)制造標(biāo)準(zhǔn)上，也越難滿(mǎn)足消費(fèi)者的需求，尤其是當(dāng)下倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保理念，這與傳統(tǒng)的材料完全不符，因此要實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化發(fā)展目標(biāo)，必須針對(duì)基礎(chǔ)材料展開(kāi)研究。未來(lái)汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)必然會(huì)向著輕金屬材料轉(zhuǎn)型，不過(guò)在金屬材料替代傳統(tǒng)鋼材的過(guò)程中，確實(shí)存在很多技術(shù)問(wèn)題，比如工藝、成本都要進(jìn)行綜合考慮，所以在現(xiàn)階段的汽車(chē)制造過(guò)程中，大部分還是會(huì)采用鋼材，這也是汽車(chē)制造應(yīng)用最廣泛的材料，在工藝與性能方面也有很多優(yōu)勢(shì)[3]。但是為了滿(mǎn)足綠色發(fā)展需求，必須要替換鋼鐵材料，包括車(chē)身、車(chē)輪等部分，徹底取代傳統(tǒng)鋼材，最終實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化目標(biāo)。

3 金屬材料在汽車(chē)輕量化中的應(yīng)用

3.1 高強(qiáng)度鋼板

準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)高強(qiáng)度鋼板，就是對(duì)鋼材的升級(jí)或改良，通過(guò)增加鋼板的強(qiáng)度和性能等多個(gè)方面，從而達(dá)到汽車(chē)輕量化的目標(biāo)，不過(guò)需要適當(dāng)減少材料的應(yīng)用，才能滿(mǎn)足這一需求。其實(shí)鋼材本身具有很多的使用優(yōu)勢(shì)，例如性能、強(qiáng)度等方面，而高強(qiáng)度鋼板則進(jìn)一步升級(jí)，所以該材料的應(yīng)用對(duì)于汽車(chē)輕量化，具有十分明顯的作用和效果[4]。在高強(qiáng)度鋼板當(dāng)中，使用最多的為雙相鋼，這是由鐵素體與馬氏體組成的材料，最明顯的優(yōu)勢(shì)就是強(qiáng)度與沖壓性能，大多數(shù)會(huì)應(yīng)用在汽車(chē)結(jié)構(gòu)件制造，或者其他安全部件的制造，在這些環(huán)節(jié)中的制造應(yīng)用效果更好。其次還有一種常用的復(fù)相鋼材料，在汽車(chē)制造過(guò)程中，會(huì)用于車(chē)門(mén)防撞桿、保險(xiǎn)杠等零部件中，也足以說(shuō)明其強(qiáng)度的優(yōu)異性。除此之外塑性鋼也在慢慢發(fā)展，該材料也是高強(qiáng)度鋼板中的主要研究方向，塑性鋼不僅具有極強(qiáng)的性能優(yōu)點(diǎn)，也能滿(mǎn)足汽車(chē)制造薄鋼板的使用要求。

3.2 鋁及鋁合金

在我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)環(huán)保理念提出后，為了實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)，首先應(yīng)用的就是鋁材料，由于制造工藝比較成熟，所以鋁以及鋁合金等材料的應(yīng)用效果十分明顯，另外鋁材料具有很強(qiáng)的使用優(yōu)勢(shì)，比如密度小、強(qiáng)度高、沖擊性好等多方面特點(diǎn)，并且耐磨、耐腐蝕。除此之外在加工方面也比較突出，很容易加工成型并進(jìn)行表面著色，還能夠回收再利用，這一點(diǎn)非常符合環(huán)保理念，所以在鋁以及鋁合金成為最早的輕量化材料[5]。大多數(shù)情況下鋁以及鋁合金等材料，會(huì)主要應(yīng)用于車(chē)輪、懸架系以及動(dòng)力系等部分，并且還可以拓展到其他零部件的制造中，因此推動(dòng)了汽車(chē)輕量化發(fā)展目標(biāo)。在鋁合金材料應(yīng)用以后，也針對(duì)性的完善了制造工藝，例如鋁合金半固態(tài)成型技術(shù)，就是目前使用最多、最先進(jìn)的加工技術(shù)。總體來(lái)說(shuō)鋁以及鋁合金等材料，在承載能力、力學(xué)性能等諸多方面，仍然存在不小的缺陷，這也是限制該材料廣泛應(yīng)用的重要原因。

3.3 鎂及鎂合金

在汽車(chē)制造過(guò)程中，鎂以及鎂合金是最有潛力的輕量化材料，其優(yōu)點(diǎn)在于密度低、質(zhì)量輕，非常符合汽車(chē)輕量化發(fā)展目標(biāo)，鎂合金甚至要比鋁合金的重量更輕，可以說(shuō)是最符合輕量化的技術(shù)材料[6]。除此之外也具備優(yōu)異的比強(qiáng)度，在該方面要比鋼和鋁合金更為突出，還有消震減噪性能也十分出色，抗沖擊性能也比較強(qiáng)，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)可以應(yīng)用在汽車(chē)殼體制造上，不僅可以降低汽車(chē)的重量，也能提高汽車(chē)的安全性能，這對(duì)于汽車(chē)制造來(lái)說(shuō)會(huì)有重要的作用。另外鎂以及鎂合金在加工上非常方便，并且穩(wěn)定性比較高，因此廢品率大大降低，當(dāng)然該材料也有使用缺陷，比如高溫疲勞性、抗蠕變性能等方面較為薄弱，因此未來(lái)需要加強(qiáng)研究，從而改善、增加鎂以及鎂合金的應(yīng)用效果，這樣才能發(fā)揮出汽車(chē)殼體、支架的制造優(yōu)勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化發(fā)展目標(biāo)，提高我國(guó)的汽車(chē)制造水平。

3.4 鈦及鈦合金

在汽車(chē)輕量化材料中，鈦以及鈦合金是綜合性能比較優(yōu)異的材料，具有密度小、強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，另外具有極為突出的抗腐蝕性能，可以在非常惡劣的環(huán)境下使用，還有相對(duì)突出的耐熱性、抗熱性，比較適用于汽車(chē)制造。目前鈦以及鈦合金主要應(yīng)用在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原件、底盤(pán)等部分，能夠有效降低汽車(chē)的總體重量，所以具有比較明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在新一代的汽車(chē)制造中應(yīng)用最為廣泛。鈦以及鈦合金很早就應(yīng)用在了汽車(chē)制造領(lǐng)域，不過(guò)由于受到價(jià)格等因素的限制，所以整體發(fā)展還是較為緩慢，不過(guò)隨著綠色環(huán)保理念的提出，汽車(chē)制造也更注重輕量化、高性能等方面，因此鈦以及鈦合金必定會(huì)受到更多的關(guān)注。其次未來(lái)鈦工業(yè)不斷發(fā)展，價(jià)格也會(huì)不斷降低，這對(duì)于汽車(chē)制造來(lái)說(shuō)，會(huì)有非常重要的意義，而鈦以及鈦合金也會(huì)被廣泛應(yīng)用在汽車(chē)領(lǐng)域中，由此可見(jiàn)該材料具有非常好的發(fā)展前景，也是汽車(chē)輕量化發(fā)展未來(lái)主要研究方向。

3.5 泡沫金屬

由于泡沫金屬的強(qiáng)度、延伸性等優(yōu)勢(shì)，完全可以作為汽車(chē)輕量化材料，目前該材料主要應(yīng)用在飛機(jī)夾合件的芯材中，在建筑方面也有泡沫金屬的應(yīng)用，由此可見(jiàn)泡沫金屬的應(yīng)用十分廣泛。其實(shí)泡沫金屬就是一種帶有泡沫氣孔的材料，在結(jié)構(gòu)上相對(duì)獨(dú)特，因此具有很強(qiáng)的隔熱性、隔音性，并且密度相對(duì)較低，從目前的情況來(lái)看，非常適合應(yīng)用在汽車(chē)制造中，可以大大改善金屬材料消耗的問(wèn)題。盡管目前有很多種輕量化材料，但是完全符合輕量化發(fā)展目標(biāo)的材料并不多，而且汽車(chē)制造需要大量的材料消耗，這就導(dǎo)致無(wú)法滿(mǎn)足汽車(chē)制造需求，尤其是輕量化汽車(chē)制造，因此泡沫金屬受到了廣泛關(guān)注。該材料的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，并且完全符合輕量化目標(biāo)，能夠有效取代傳統(tǒng)的鋼材，甚至要比其他輕量化材料有更多優(yōu)勢(shì)，比如汽車(chē)結(jié)構(gòu)材料的韌性、強(qiáng)度以及安全性等，在諸多方面都有展現(xiàn)，所以未來(lái)的汽車(chē)制造發(fā)展，會(huì)廣泛應(yīng)用泡沫金屬，并以該材料為主要發(fā)展方向。

4 結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)輕量化是我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)未來(lái)的主要發(fā)展趨勢(shì)，其中涉及到大量金屬材料的應(yīng)用，在汽車(chē)的零部件制造中，可以選擇更為適當(dāng)?shù)慕饘俨牧希瑢?shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化目標(biāo)，從而朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。目前我國(guó)大力倡導(dǎo)節(jié)能減排、環(huán)保發(fā)展，所以對(duì)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)造成了很大影響，為了能夠滿(mǎn)足綠色環(huán)保理念，當(dāng)下必須要從汽車(chē)制造材料中入手，選擇性能更加優(yōu)異的技術(shù)材料。輕量化材料取代傳統(tǒng)鋼材，不僅可以減輕汽車(chē)的重量，還能提高機(jī)械穩(wěn)定性，具有較為明顯的使用優(yōu)勢(shì)，因此未來(lái)要加大金屬材料的應(yīng)用和研究，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化發(fā)展目標(biāo)。