金屬材料在汽車輕量化中的應(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題，尤其是能源等方面的危機(jī)越來越嚴(yán)重，所以我國也在倡導(dǎo)生態(tài)、環(huán)保的發(fā)展理念，而汽車制造產(chǎn)業(yè)當(dāng)，正在結(jié)合各類金屬材料，實現(xiàn)汽車銷量化發(fā)展目標(biāo)?？傮w來看輕金屬材料的應(yīng)用，確實要比傳統(tǒng)鋼材更有優(yōu)勢，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，甚至是降低汽車能源消耗，因此在制造過程中需要對金屬材料進(jìn)行深入研究。除此之外要針對這些新材料進(jìn)行工藝優(yōu)化，并解決制造過程中存在的技術(shù)難題，最終實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)，促進(jìn)我國汽車制造產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展。

1 汽車輕量化發(fā)展

1.1 汽車輕量化概念

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

1.2 汽車輕量化意義

汽車輕量化發(fā)展已經(jīng)成為必然的趨勢，尤其在當(dāng)下這個環(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，并針對汽車零部件進(jìn)行制造，在保持原有造價不變的情況下，去完成性能、質(zhì)量上的升級，并達(dá)到輕量化發(fā)展需求。其實輕量化就是指汽車重量大大減輕，但是又要保證汽車的各方面性能，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行駛速度，也能有效降低各類能源消耗，并達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)[2]。需要注意的是汽車輕量化，必須要遵循穩(wěn)定性不受影響的原則，再針對各類零部件進(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)過大量的實驗測試，利用金屬材料制造的汽車，行駛速度大大提高，而能源消耗也逐漸降低，尤其是汽車傳動系統(tǒng)的優(yōu)化，讓汽車擁有更為出色的駕駛性能，并具備極高的安全系數(shù)。

2 我國汽車制造產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

以往的汽車制造產(chǎn)業(yè)中，主要采用質(zhì)量大、密度高的材料，不過隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加上制造水平不斷提高，因此在汽車制造標(biāo)準(zhǔn)上，也越難滿足消費(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，因此要實現(xiàn)汽車輕量化發(fā)展目標(biāo)，必須針對基礎(chǔ)材料展開研究。未來汽車制造產(chǎn)業(yè)必然會向著輕金屬材料轉(zhuǎn)型，不過在金屬材料替代傳統(tǒng)鋼材的過程中，確實存在很多技術(shù)問題，比如工藝、成本都要進(jìn)行綜合考慮，所以在現(xiàn)階段的汽車制造過程中，大部分還是會采用鋼材，這也是汽車制造應(yīng)用最廣泛的材料，在工藝與性能方面也有很多優(yōu)勢[3]。但是為了滿足綠色發(fā)展需求，必須要替換鋼鐵材料，包括車身、車輪等部分，徹底取代傳統(tǒng)鋼材，最終實現(xiàn)汽車輕量化目標(biāo)。

3 金屬材料在汽車輕量化中的應(yīng)用

3.1 高強(qiáng)度鋼板

準(zhǔn)確來說高強(qiáng)度鋼板，就是對鋼材的升級或改良，通過增加鋼板的強(qiáng)度和性能等多個方面，從而達(dá)到汽車輕量化的目標(biāo)，不過需要適當(dāng)減少材料的應(yīng)用，才能滿足這一需求。其實鋼材本身具有很多的使用優(yōu)勢，例如性能、強(qiáng)度等方面，而高強(qiáng)度鋼板則進(jìn)一步升級，所以該材料的應(yīng)用對于汽車輕量化，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)勢就是強(qiáng)度與沖壓性能，大多數(shù)會應(yīng)用在汽車結(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，在汽車制造過程中，會用于車門防撞桿、保險杠等零部件中，也足以說明其強(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)，也能滿足汽車制造薄鋼板的使用要求。

3.2 鋁及鋁合金

在我國汽車產(chǎn)業(yè)環(huán)保理念提出后，為了實現(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，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，會主要應(yīng)用于車輪、懸架系以及動力系等部分，并且還可以拓展到其他零部件的制造中，因此推動了汽車輕量化發(fā)展目標(biāo)。在鋁合金材料應(yīng)用以后，也針對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)?？傮w來說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

在汽車制造過程中，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)這個特點(diǎn)可以應(yīng)用在汽車殼體制造上，不僅可以降低汽車的重量，也能提高汽車的安全性能，這對于汽車制造來說會有重要的作用。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)揮出汽車殼體、支架的制造優(yōu)勢，最終實現(xiàn)汽車輕量化發(fā)展目標(biāo)，提高我國的汽車制造水平。

3.4 鈦及鈦合金

在汽車輕量化材料中，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，還有相對突出的耐熱性、抗熱性，比較適用于汽車制造。目前鈦以及鈦合金主要應(yīng)用在汽車發(fā)動機(jī)原件、底盤等部分，能夠有效降低汽車的總體重量，所以具有比較明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，在新一代的汽車制造中應(yīng)用最為廣泛。鈦以及鈦合金很早就應(yīng)用在了汽車制造領(lǐng)域，不過由于受到價格等因素的限制，所以整體發(fā)展還是較為緩慢，不過隨著綠色環(huán)保理念的提出，汽車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受到更多的關(guān)注。其次未來鈦工業(yè)不斷發(fā)展，價格也會不斷降低，這對于汽車制造來說，會有非常重要的意義，而鈦以及鈦合金也會被廣泛應(yīng)用在汽車領(lǐng)域中，由此可見該材料具有非常好的發(fā)展前景，也是汽車輕量化發(fā)展未來主要研究方向。

3.5 泡沫金屬

由于泡沫金屬的強(qiáng)度、延伸性等優(yōu)勢，完全可以作為汽車輕量化材料，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，由此可見泡沫金屬的應(yīng)用十分廣泛。其實泡沫金屬就是一種帶有泡沫氣孔的材料，在結(jié)構(gòu)上相對獨(dú)特，因此具有很強(qiáng)的隔熱性、隔音性，并且密度相對較低，從目前的情況來看，非常適合應(yīng)用在汽車制造中，可以大大改善金屬材料消耗的問題。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，而且汽車制造需要大量的材料消耗，這就導(dǎo)致無法滿足汽車制造需求，尤其是輕量化汽車制造，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，比如汽車結(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)，所以未來的汽車制造發(fā)展，會廣泛應(yīng)用泡沫金屬，并以該材料為主要發(fā)展方向。

4 結(jié)語

汽車輕量化是我國汽車產(chǎn)業(yè)未來的主要發(fā)展趨勢，其中涉及到大量金屬材料的應(yīng)用，在汽車的零部件制造中，可以選擇更為適當(dāng)?shù)慕饘俨牧希瑢崿F(xiàn)汽車輕量化目標(biāo)，從而朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。目前我國大力倡導(dǎo)節(jié)能減排、環(huán)保發(fā)展，所以對汽車產(chǎn)業(yè)造成了很大影響，為了能夠滿足綠色環(huán)保理念，當(dāng)下必須要從汽車制造材料中入手，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，因此未來要加大金屬材料的應(yīng)用和研究，實現(xiàn)汽車輕量化發(fā)展目標(biāo)。