汽车轻量化材料的应用汇总.docx

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1、汽车轻量化材料的应用铝合金、镁合金、塑料、高强度钢是当前汽车轻量化的四种主要材料。安全、节能、环保是汽车技术发展的永恒主题。安全和舒适的功能装备增加汽车的重量，节能和环保要求减少CO2排放及良好的回收再利用。国外研究表明：一般情况下，车重每减轻10%，可节省燃油3%-7%。汽车排放与燃油消耗正相关，实现轻量化将会减少CO2排放。从表1可见，钢铁应用比例虽有所下降，但仍是最主要的材料；塑料已与铸铁相当，甚至略微领先；铝合金排第4位，且增长势头明显；镁合金用量虽然还很小，但增长率很高。奇瑞某一款车型材料大致构成如

2、图1。轻量化材料在汽车上应用现状汽车上铝合金产品大致可分为两大类：铝铸件和变形铝合金（主要包括：板材、挤压型材、锻造铝合金等）。汽车上所用铝材3/4以上为铸件。铝合金在汽车上的应用铝的密度比铁低，最适于产生高应力的毂状结构件的轻量化代用材料，如罩类、箱类、歧管等。铝经合金化可使抗拉强度提高到45#钢水平，当用于高应力零件时，必须加大零件厚度来弥补强度的不足，以铝代钢可望减轻重量50%。铝的特点主要有：（1）铝的密度低，是钢的1/3。活塞使用铝是轻量化效果最好的例子。（2）高的耐蚀性。铝的表面自然形成氧化膜，故

3、耐蚀性优良，不易生锈；易保持漂亮的表面；铝车轮普遍采用的原因就在于此。（3）柔性的强度设计。铝的合金化会使常温下的强度不低于铸铁，可用铝铸造或压铸成型的活塞、气缸盖、气缸体等零件。（4）高的导热性能。与铸铁比，导热性能约高三倍，因而最适于必须要散热的热交换器零件上。这也是铝活塞所要求的特征。（5）高的导电性能。电导率约为铜的60%，密度是铜的1/3，用铜重量一半的铝就可传送与铜等量的电荷。（6）表面美观。经阳极氧化处理可在表面生成无色透明的氧化膜，另外利用染色、电解等可获得各种各样的色调。（7）铸造性。由于铝

4、的溶化温度低，流动性好，故易制造复杂形状的零件。（8）切削性。切削性是铸铁的4-5倍，工具磨损程度仅为铸铁的1/2。（9）耐磨性。根据表面处理及使用条件，可直接作为轴承面使用。也可用于气缸体。与钢铁相比，铝合金具有质量轻、耐腐蚀性好、易于加工等特点，是近20年来在国内外汽车上使用最多的轻量化材料。铝合金零部件除了有助于提高汽车的动力性和燃油经济性，它同时也是一个整车质量平衡体。宝马公司表示“铝合金帮助我们成功解决了前、后轴质量的平衡问题”。宝马新7系采用了铝合金发动机盖、铝合金保险杠，发动机中的某些部件也由铝

5、合金加工而成。铝合金代替传统的钢铁制造汽车，可使整车质量减轻30%-40%，制造发动机可减重30%，制造缸体和缸盖可减重30%-40%，轿车全铝车身比原钢材制品轻40%以上，汽车铝合金车轮减重可达50%左右。铝合金也有自己的“软肋”，抗承载能力较弱是其中之一。由于铝的抗承载力与钢相比还是有差距，因此未来几年面市的所谓全铝合金轿车，可能仍将装备钢材底盘。最关键的一条还是成本较高。因为生产技术的局限，目前工艺流程复杂，且不易控制。对每一个工序，都必须按流程操作，严格监控。奥迪公司在A8和A2两款轿车上大胆采用了铝

6、制零部件，目前A8与A2每年分别制造13000辆和50000辆。据统计，2003年全球每辆汽车用铝已从1978年的50kg上升为140kg，增长1.8倍。未来5年，中型轿车的铝合金含量将大幅增加，但目睹全铝合金打造的轿车上市，尚需时日。专家预测，汽车材料铝化率达到60%以上在经济上是可取的。据此推测，未来汽车的铝化极限可达30%-50%或以上。新的汽车铝材开发与应用集中在三个方面，其一，车身、车架全铝化及大型铝合金型材的开发应用；其二，防冲挡及车门刚性结构的全铝化；其三，转动部分零部件的全铝化。其它合金材料在

7、汽车上的应用镁合金镁是地球上储量最丰富的轻金属之一、质量最轻的实际应用金属结构材料，其密度为1.75-1.90g/cm3，比重比铝还轻1/3，比强度、比刚度却比铝和钢都高，易于加工、压铸经济，其最大特点是阻尼减振性和抗凹性好，特别是易于再生利用。被誉为21世纪绿色工程材料，备受世界关注，被广泛运用于汽车、摩托车、飞机、电子摄影器材等方面，需求量每年均增长21%。镁合金具有优良的切削加工性和抛光性能，在热态下易于加工成型。镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达25

8、0MPa，最高可达600多MPa。屈服强度、延伸率与铝合金也相差不大。镁合金还具有良好的耐腐蚀性能、电磁屏蔽性能、防辐射性能、导热导电性，可进行高精度机械加工。镁合金具有良好的压铸成型性能，压铸件比厚最小可达0.5mm，适应制造汽车各类压铸件。镁合金大部分以压铸件的形式在汽车上应用，镁压铸件的生产效率比铝高30%-50%。美国三大汽车公司通用、福特、原戴姆勒-克莱斯勒在1997年的用镁量分别为950