金属材料在汽车轻量化的应用

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摘要：随着人们越来越注重可持续发展，汽车的节能减排获得了人们的普遍关注，汽车轻量化是实现汽车节能减排的重要方式，当前汽车的轻量化主要体现在轻质金属材料的应用方面，基于此本文对金属材料在汽车轻量化中的应用进行了探讨。

关键词：汽车；金属材料；轻量化

随着我国社会的发展，人们生活水平日益提升，汽车走进千家万户成为了人们重要的交通工作。相关数据显示，2018年我国汽车的销量达到了2808.1万量，汽车的产销量均巨世界首位。2019年我国的汽车保有量达到2.5亿量。汽车的普及给人们的生活带来了很多便利，但是在能源消耗、环境污染以及能源消耗等领域也带来了很多问题。在这样的背景下，人们提出了汽车轻量化的概念，而且已经成为了未来汽车制造业的重要发展方向。

1汽车轻量化及其对现代汽车发展的重要性

所谓的汽车轻量化，是指保持汽车的原有造价不变，同时不影响其安全性能、抗震性、抗撞性能以及舒适性等的条件下，降低汽车的重量，通过这样的方式提高汽车的行驶速度，同时减少燃料消耗，降低尾气排放量，达到节能减排的效果。进行汽车轻量化的原则是，在确保汽车稳定性不受影响的情况下，对汽车的各类零部件进行节能化的处理，并对车型进行优化，总的来说是其是一项提升汽车性能、降低质量并且进行结构优化的系统性工程，其对于汽车制造行业的发展具有重要的意义。相关研究显示，汽车的油耗和质量之间有着直接的关系，通过对汽车进行轻量化处理，能够起到降低汽油消耗的目的。数据显示，汽车的质量每降低1kg，就能够使1L的汽油可以多驱动汽车行驶0.011km，相应的二氧化碳的排放量也会降低。此外，汽车的轻量化还可以有效的提高行驶性能，相关研究显示汽车质量降低25%，能够使汽车加速到96.56km/h的时间从原本的10s中降低至6s。此外，汽车的轻量化还能够有效的减轻汽车动力和动力传动系统的负荷，从而使汽车在较低牵引符合下能够表现出非常好的行驶性能。

2金属材料在汽车轻量化中的应用

汽车的轻量化体现在设计、工艺和材料等多方面，其中最为主要的是材料的轻量化。汽车轻量化的材料主要由两大类，分别是低密度轻质材料和高强度材料两类，前者主要是铝、镁和钛合金材料以及塑料和复合材料等；高强度材料主要指高强度钢。但是聚合物类的塑料制品这一类的轻质材料，会产生环境污染问题，因此在使用方面受到限制。因此当前应用最多的是铝、镁、钛合金等方密度较低的金属材料，通过应用这些金属材料形成的合金，在轻量化的同时能够满足汽车的安全性要求，下面对这些材料的应用进行介绍。2.1铝及铝合金。在众多的轻量化材料中，铝的应用是比较早的，而且其生产和处理工艺都已经相当成熟。铝以及铝合金具有密度小、比强度和比钢度高、刚冲击性好、弹性好等多方面的特点，同时耐磨、耐腐蚀，并且容易加工成型和表面着色，能够很好的进行回收再利用，由于其具有这些方面的特点，其在汽车制造领域获得了重要的应用。当前，在汽车制造中，铝以及铝合金主要被应用于车轮、悬架系和动力系的零部件中，而且未来还会有更加广泛的应用，预计未来汽车的铝化界限可以达到30%~50%。当前，为了在汽车制造业中应用更多的铝以及铝合金材料，进而促进汽车轻量化，人们对新的铝合金材料以及加工技术进行了大量的研究，其中“铝合金半固态成形技术”是当前最为先进的铝合金加工技术，应用这种技术生产出的铝合金汽车零件性能优良、组织致密，具有重要的应用。铝以及铝合金与钢相比，在承载能力和力学性能等方面有着一定的差距，这制约了铝以及铝合金在汽车制造中的应用，另外工艺复杂、生产技术局限等因素造成其成本也比较高，这也是限制其应用的重要因素。2.2镁及镁合金。镁以及镁合金是极具开发潜力的轻质结构材料，其具有密度低、质量轻的特点，镁合金比铝合金更轻，是最轻的金属材料。同时其具有非常好的比强度，高于铝合金和钢，而在比刚度方面则和铝合金和钢相差无几。此外，在消震性和阻尼系数方面，起性能也非常优异，具有比铝合金更大的承受冲击荷载的能力，这一特点使其可以应用于汽车壳体来降低噪声，用于轮圈来减少震动，从而有效的提高汽车的安全性以及舒适性。镁合金在导热性、工艺性能方面都十分优异，铸造性能和尺寸稳定性都比较高，因此加工起来比较方便，而其废品率也比较低。镁合金的主要不足时高温疲劳性以及抗蠕变能力比较差，因此这方面是镁合金今后的重点研究方向。在汽车制造领域，当前镁以及镁合金最主要的应用是压铸件方面，其能够取代铝合金、铸铁、钢制冲压焊装组合件等，其在汽车零部件中最主要的应用时壳体类和支架类两个领域，壳体类包括离合器壳体、空调机外壳等，支架类包括方向盘、车镜支架以及刹车支架等。2.3钛及钛合金。钛及钛合金具有优异的综合性能，其密度较小，在强度、韧性、抗蚀性等方面具有优异的新性能，即使是在海洋大气或者是为氧化气氛中，其依旧可以抗腐蚀，其具有相好的耐热性、加工性以及抗热性。在汽车上主要有两方面的应用，一方面其可以用于减少内燃机往复运动件的质量，另一方面能够降低汽车的总质量。当前，钛及钛合金可以应用于汽车的发动机原件以及底盘件等方面，如发动机系统阀门、连杆，底盘的排气系统以及弹簧等。2.4高强度钢。钢铁材料在汽车制造行业中有着重要的应用，而未来高强度钢是汽车制造中有巨大的应用潜力。高强度钢是指在韧性和强度方面都有优异性能的钢种。通过对低合金结构钢进行调质处理，可以使其获得优异的综合力学新能。高强度钢在吸能性、曲强比、应变分布能力和应变硬化都有不错的表现，其与镁、铝等合金材料相比，具有良好的经济性，当前期主要应用于汽车等的结构件、安全件、前后保险杠、车门防撞梁等领域，起着重要的作用。

3结语

随着社会的发展，汽车工业的发展十分迅速，汽车的数量也不断增长，在给人们带来便利的同时，在能源、污染以及安全等方面造成了不利影响。因此节能减排、降噪和提高安全保障是汽车工业未来发展的重要方向，而汽车轻量化是实现这些目标的重要途径，铝、镁、钛以及高强度钢等金属材料各自具备优异的新能和特点，将其应用于汽车制造中能够有效的促进汽车轻量化的发展。

作者:白彩盛 赵立杰 单位:甘肃金城理工中等专业学校