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关于金属材料在汽车轻量化中的应用与发展研究 　　在汽车保有量的不断增加的社会背景下, 如何减少污染、降低能耗, 为消费者提供低成本、低排放、高速、安全、舒适的驾车环境,是汽车制造业亟待研究的课题。汽车轻量化成为汽车产业发展的主要方向。铝合金材料以其具有的一系列优良特性,如密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、耐腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易表面着色、良好的加工成型性以及高的回收再生性等, 在汽车工业中逐渐得到广泛运用, 成为实现汽车轻量化发展的主要途径。 　　1 汽车轻量化的概念与意义 　　汽车轻量化(Lightweight of Automobile)是指汽车在造价不被提高的前提下,即保持原有的行驶安全性、耐撞性、抗震性以及舒适性等性能,又有目标地减轻汽车自身的重量,降低汽车的整备质量,提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。汽车轻量化的主要指导思想就是在确保稳定提升性能的基础上,节能化设计各总成零部件,持续优化车型谱。汽车轻量化是设计、材料和先进的加工成形技术的优势集成,是汽车性能提高、重量降低、结构优化、价格合理四方面密切结合的一个系统工程,对于推动汽车制造业进一步发展具有重要意义。 　　汽车轻量化能够降低油耗、节约能源。20世纪70年代两次石油危机促使人们深刻认识到要维系汽车工业的长远发展, 必须降低油耗,节约能源。否则日益减少的能源将成为汽车工业发展的瓶颈。 　　汽车轻量化能够减少排放, 降低对环境的污染。80年代中期以后,随着人类环境生存压力的增大, 作为污染源之一的汽车尾气排放问题也成为人们关注的焦点。如何减少排放,如何降低对环境的污染,确保人类拥有良好生存环境, 这是汽车工业发展过程中必须坚守的社会责任。 　　2 金属材料在汽车轻量化中的应用 　　汽车轻量化虽然是设计、材料、工艺等多方面因素的优势集成, 但主要是材料的轻量化。归纳起来,用于汽车轻量化的材料主要有两类:一是低密度的轻质材料,主要指铝、镁、钛合金材料, 以及塑料和复合材料;二是高强度材料,如高强度钢。从环保的角度看,在轻质材料中,聚合物类的塑料制品回收处理过程中存在环境污染问题,因此,在使用上受到一定的限制。而铝、镁、钛合金材料是目前所有现用金属材料中密度较低的轻金属材料(铝合金约2.7 g/cm3,镁合金约1.74 g/cm3,钛合金约4.51 g/cm3,钢的密度约7.8 g/cm3),这些金属材料形成的多种合金材料, 可以提高汽车主动安全性和被动安全性,满足苛刻的安全法规要求,使汽车的安全设计得到进一步的完善。同时,选用轻金属材料也是减轻自重、节能环保, 提高汽车动力性、舒适性的重要保证。铝、镁、钛等轻金属代替钢材是汽车轻量化的首选材料, 也是未来汽车发展的重要方向。 　　2 . 1 铝及铝合金 　　铝是世界上使用较早且生产和处理工艺都比较成熟的轻量化材料。铝及铝合金材料具有的一系列优良特性,如密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能好、耐腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易表面着色、易加工成型性、回收再生率高等特点,受到越来越多的汽车制造企业的青睐。目前,汽车上用铝量最大的是车轮、动力系和悬架系零部件。据此推测,未来汽车的铝化界限可达30%～50%。为了能增加铝及合金材料在汽车制造业中的使用数量,各国都在努力探索新的铝合金材料的同时, 也不断改进加工技术, 如“铝合金半固态成形技术”就是目前国际广泛关注和应用的领先的加工技术, 该技术生产出来的铝合金汽车零件组织致密、性能优良,且属于近终态成形。铝及铝合金材料也有不足之处,主要表现在铝的承载力、力学性能与钢相比仍有差距。再加上生产技术的局限,工艺流程的复杂性,导致生产成本较高。这些都是制约汽车材料铝化的重要障碍。 　　汽车轻量化主要是通过提高铝化程度来实现。伴随着铝化程度的不断提高,使用铝的比例不断增加,所产生的最大问题就是生产成本的大幅度上升。因此,降低铝化成本, 提高生产效率是汽车制造业努力的方向, 未来汽车铝化程度的提升必须依靠对铝化的需求和生产成本的平衡来支配。我国的铝矿产资源丰富, 原铝产量位居世界第一, 并形成了完整的铝工业体系。目前,国内汽车工业用率呈现快速增长态势,生产技术基本上能满足汽车工业的需要。 　　2 . 2 镁及镁合金 　　镁及镁合金是21世纪最具开发前景的轻质结构材料。镁及镁合金的主要特点是：一是密度低、质量轻,使用镁合金能够比铝合金再减轻1 5 %～20%,是最轻的金属材料;二是比强度(强度与质量之比)高于铝合金和钢, 比刚度(刚度与质量之比)接近于铝合金和钢;三是消震性和阻尼系数好,承受冲击载荷能力比铝合金大, 用于壳体可以降低噪音,用于轮圈可以减少震动,提高汽车的安全性和舒适性;四是导电导热性能良