金屬材料在汽車輕量化中的應(yīng)用與發(fā)展

陳志俊

（上汽大眾汽車有限公司質(zhì)保實(shí)驗(yàn)室，上海 200000）

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，大家對(duì)生活品質(zhì)的要求越來越高，汽車制造行業(yè)發(fā)展勢(shì)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(shí)也產(chǎn)生了各種環(huán)境污染和能源消耗問題。伴隨著汽車需求量的逐漸增多，環(huán)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(yè)越來越流行。積極應(yīng)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(yīng)用帶來的能源消耗和環(huán)境污染問題，增加公司的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，增加經(jīng)濟(jì)效益[1]。

1 簡(jiǎn)述汽車輕量化的定義和具體要求

目前來看，機(jī)動(dòng)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(yè)提供了更為廣闊的發(fā)展空間，但也對(duì)我國(guó)能源資源開發(fā)和環(huán)境保護(hù)工作帶來了很多不利影響。相關(guān)部門深入分析當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀后，要求國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值降低二氧化碳排放量。根據(jù)實(shí)踐現(xiàn)狀分析，汽車的重量和汽車燃油量密切相關(guān)，如果汽車總重量減少10%，那么該汽車消耗的油量就會(huì)相應(yīng)減少7%。與此同時(shí)，一旦汽車的總重量大幅度降低，那么整個(gè)汽車相對(duì)來說就會(huì)更容易駕駛。如果汽車駛?cè)氚纪共黄降牡孛?，汽車總重量減輕，那么汽車所承受的沖擊力就會(huì)減小，能夠有效增加汽車的使用年限。在汽車的動(dòng)力系統(tǒng)輸出不變的前提下，想提高汽車的加速功能，那么對(duì)汽車輕量化的要求就會(huì)增多。這些細(xì)節(jié)將直接影響汽車的整體品質(zhì)和客戶體驗(yàn)感。

想要推動(dòng)汽車制造行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，汽車制造公司就必須要在確保汽車制造要求符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基礎(chǔ)上，完善制作方案，積極應(yīng)用各種高新技術(shù)，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(jìn)而減少汽車的能源消耗，加強(qiáng)汽車的安全性能。實(shí)際上，汽車輕量化并不是簡(jiǎn)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(shí)期消費(fèi)者對(duì)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(chǔ)上，應(yīng)用各種輕量化材料，減少投資成本，緩解環(huán)境污染和能源消耗問題。

2 研究汽車輕量化的具體發(fā)展情況

目前來講，在全世界范圍內(nèi)，越來越多的工作人員開始研究汽車輕量化制作的相關(guān)內(nèi)容，分析汽車重量和燃油消耗的關(guān)系，進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，研究各種可靠性數(shù)據(jù)。通過實(shí)踐表明，減少汽車的重量能夠有效減少汽車的燃油消耗數(shù)量，提升汽車的節(jié)能效果和環(huán)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(shù)量。對(duì)中國(guó)而言，汽車需求量越來越大，汽車制造行業(yè)正在飛速發(fā)展，但環(huán)境問題愈發(fā)嚴(yán)重，直接影響中國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。眾所周知，汽車尾氣排放出來的廢棄物嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量，甚至?xí)?dǎo)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(yán)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(jù)輕量化要求設(shè)計(jì)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(shù)量的逐漸增多，很多大城市都存在嚴(yán)重的交通擁擠問題，很多違反交通法規(guī)的行為逐漸增多，為社會(huì)發(fā)展帶來了很多不利影響。而應(yīng)用輕量化設(shè)計(jì)制作出的汽車，整體尺寸會(huì)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(shù)量，能夠有效緩解交通擁擠問題。

就我國(guó)的發(fā)展情況分析可知，中國(guó)汽車廠家制作出來的汽車和某些發(fā)達(dá)國(guó)家比較而言，油耗量更大，而且載貨汽車的品質(zhì)偏低，載貨汽車的容納量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)達(dá)國(guó)家制作的汽車。我國(guó)制造的汽車之所以和發(fā)達(dá)國(guó)家存在諸多差距，主要是因?yàn)槲覈?guó)某些地區(qū)受地形影響道路環(huán)境較差，汽車制造加工技術(shù)水平偏低，汽車制造材料較少，整體的汽車制造水平偏低?？偠灾覈?guó)在汽車制造方面，汽車輕量化研發(fā)工作仍然存在很多問題，缺乏先進(jìn)的汽車制造技術(shù)，相關(guān)制造企業(yè)對(duì)汽車輕量化制造的認(rèn)識(shí)程度偏低，很多人并未了解輕量材料的價(jià)值作用，汽車輕量化的發(fā)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(jìn)行汽車制造的方案，將能夠帶領(lǐng)汽車制造行業(yè)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(yīng)用情況和要求

在進(jìn)行汽車制造工作時(shí)，汽車輕量化要求設(shè)計(jì)人員改變?cè)O(shè)計(jì)方案，積極應(yīng)用新型開發(fā)技術(shù)，應(yīng)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(jìn)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(zhì)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(fù)合材料。一類則是強(qiáng)度較高的材料，主要包括強(qiáng)度較高的鋼材料。可是，聚合物類的塑料材料雖然質(zhì)量較輕，但是很容易產(chǎn)生污染問題，所以對(duì)此類材料的應(yīng)用要求較高，存在很多限制因素。由此可見，當(dāng)前在汽車制造行業(yè)想要進(jìn)行汽車輕量化建設(shè)，就必須積極應(yīng)用一些輕質(zhì)材料，可以積極應(yīng)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(jìn)行汽車制造工作，不但能夠確保汽車的安全性能符合建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，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(huán)境保護(hù)政策的具體要求。金屬材料在汽車輕量化中的應(yīng)用情況和具體要求如下。

3.1 研究鋁及鋁合金的特點(diǎn)和具體應(yīng)用情況

目前可以投入汽車輕量化建設(shè)中的金屬材料越來越多，鋁材料是較早被應(yīng)用到相關(guān)制造中的材料之一，相關(guān)的生產(chǎn)和使用技術(shù)都非常成熟。鋁和鋁合金材料整體密度非常小、強(qiáng)度較高、抗沖擊能力較強(qiáng)、相關(guān)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(qiáng)，不易被侵蝕。另外，鋁和鋁合金制品制作起來相對(duì)容易，著色度較高，相關(guān)材料和制品能夠有效的回收再利用，進(jìn)而起到節(jié)約資源的作用。正因?yàn)殇X和鋁合金具備這些優(yōu)勢(shì)，所以在汽車輕量化制作過程當(dāng)中受到了廣泛的歡迎。具體來講，在制造汽車時(shí)，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(dòng)力系中的各個(gè)零部件，通過技術(shù)人員的深入研究和開發(fā)，鋁和鋁合金等金屬材料能夠被應(yīng)用到更多的汽車制造工藝當(dāng)中，不斷推動(dòng)汽車輕量化的發(fā)展和進(jìn)步[3]。

現(xiàn)在，與鋁和鋁合金材料相關(guān)的研究越來越多，想要跟隨社會(huì)發(fā)展的腳步，推動(dòng)汽車輕量化的發(fā)展，相關(guān)企業(yè)和負(fù)責(zé)人正在積極進(jìn)行技術(shù)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(yīng)用方法。目前來講，“鋁合金半固態(tài)成形技術(shù)”脫穎而出，被應(yīng)用到了汽車輕量化建設(shè)工作當(dāng)中。在汽車制作的過程當(dāng)中，使用鋁合金半固態(tài)成型技術(shù)，不但能夠使相關(guān)汽車零件的功能更優(yōu)良、還能使整個(gè)零部件的組織結(jié)構(gòu)更加緊密，提升零部件的品質(zhì)。鋁以及鋁合金材料和鋼材料對(duì)比來看，鋁以及鋁合金材料的承受能力和強(qiáng)度相對(duì)較差，這也就導(dǎo)致鋁以及鋁合金材料在應(yīng)用過程中存在一些限制，對(duì)其加工成型技術(shù)要求也逐漸增高。另外，鋁和鋁合金材料的制作和應(yīng)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(diǎn)和具體應(yīng)用情況

鎂以及鎂合金材料相對(duì)來說具備超強(qiáng)的開發(fā)潛力，和鋁合金相比，鎂以及鎂合金材料的密度更低、質(zhì)量更輕。與此同時(shí)，鎂以及鎂合金材料的強(qiáng)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(shù)更符合汽車制作的要求，承受能力較鋁合金來說更強(qiáng)，所以利用這一材料進(jìn)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(duì)舒適度要求。而且，鎂以及鎂合金材料的好熱性能較強(qiáng)，相關(guān)材料易于加工成型，其整體的穩(wěn)定性較強(qiáng)，能夠有效提高材料的利用率。鎂合金材料也存在很多缺點(diǎn)，相關(guān)材料的抗蠕變能力比較差，需要進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)研究。

在進(jìn)行汽車制造工作時(shí)，制作壓鑄件時(shí)可以積極應(yīng)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(diào)機(jī)的殼體，支架類則是方向盤、剎車支架等），為了減輕質(zhì)量，提高這些零件的品質(zhì)，都可以積極應(yīng)用鎂和鎂合金材料。

3.3 分析鈦及鈦合金的特點(diǎn)和具體使用情況

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

在汽車輕量化中應(yīng)用鈦和鈦合金材料時(shí)，不但能夠減輕內(nèi)燃機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的整體重量，還能夠有效減少整個(gè)汽車的質(zhì)量。在制作發(fā)動(dòng)機(jī)元件或者底盤件時(shí)，很多零部件都可以應(yīng)用鈦和鈦合金材料[4]。

3.4 研究高強(qiáng)度鋼的特點(diǎn)和具體使用情況

實(shí)際上，鋼鐵材料是汽車制造行業(yè)中的最主要也是最重要材料之一，高強(qiáng)度鋼材的應(yīng)用則是未來汽車制造發(fā)展研究的必然方向。高強(qiáng)度鋼顧名思義就是強(qiáng)度和韌性較高的鋼材料。應(yīng)用調(diào)質(zhì)處理方法改變低合金結(jié)構(gòu)鋼性能，可以打造出高強(qiáng)度鋼。和一些鋁、鎂等金屬材料相比，高強(qiáng)度鋼應(yīng)用和研發(fā)工作消耗的資金較少，可以廣泛應(yīng)用到汽車各種零部件當(dāng)中，包括一些結(jié)構(gòu)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(jié)語

總而言之，雖然汽車制造行業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步，提高了大家的生活品質(zhì)，但是，隨之而來的有更嚴(yán)重的環(huán)境污染問題和資源消耗問題。由此可見，在進(jìn)行汽車工業(yè)建設(shè)時(shí)，一定要積極研究汽車量化方案，積極應(yīng)用各種金屬材料和加工技術(shù)，充分發(fā)揮金屬材料的價(jià)值和作用，減輕汽車的重量，推動(dòng)汽車制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展步伐。