新材料对汽车轻量化的影响

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1、浅谈新材料对汽车轻量化的影响【摘要】：随着能源和环境问题的日益严峻，对汽车实现节能减排具有重大影响的汽车轻量化成为重要的研究方向，文章列举了实现轻量化的四种途径，并论述了铝合金在发动机、车身领域的应用。预测轻量化必将有更大的进步。【关键词】：轻量化，铝合金，车身AboutNewMaterialsInfluenceAutomotiveLightWeightAbstract：Withproblemofenergyandenvironmentbecomingsevere,AutomotiveLightWeight,whichisimport

2、anttoautomotiveenergy-savingandemission-reduction,becomesanimportantdirectionofresearch.Thearticlelistsfourmethodsofrealizinglightweight.Discussingaluminumalloyapplytoengineandcarbody.Predictlightweightwillprogressalotinthefuture.Keywords：LightWeight;AluminumAlloy;CarBo

3、dy0引言当前世界汽车工业可持续发展面临着两大难题，即能源短缺和环境污染，而在我国这两者表现得更加突出。随着哥本哈根世界气候峰会的举办，越来越多的汽车企业开始重点关注节能减排。试验表明，减少汽车自身重量（汽车轻量化）是实现节能减排的最有效措施之一，数据显示，汽车自重每减少10%，燃油消耗可降低6%~8%，排放降低5%~6%，而燃油消耗每减少1L，CO2的排放量减少2.45Kg，可见汽车轻量化是实现节能减排的重要手段和方法。此外，轻量化对汽车的稳定性、噪声、加速、振动等方面也都有影响。1轻量化的实现要实现整车质量的减轻，就必须落实到每一

4、个可能的零部件的轻量化上面，表1所示为汽车自身重量的主要构成比例。可见，车身、底盘及发动机零部件是轻量化的重点。表1汽车自身重量的主要构成比例项目车身底盘发动机电器设备及标准件主要包括车架、覆盖件、附件及装饰件等主要包括传动系、制动系、转向系和行驶系主要包括机体组、曲轴飞轮组、辅助系统等主要包括电源、起动、照明、仪表仪器、电控线束、标准件等重量构成比例（%）约42约38约12约8目前实现零部件轻量化主要有四种途径：（1）利用现代设计手段优化零部件结构关注重点部件，利用现代信息化技术，创新优化设计工具和轻量化设计理论，将部件零件化、复合

5、化以减少零部件数量。优化零部件结构设计，如去除零部件的冗余部分（使零部件薄壁化、中空化）等。（2）开展材料轻量化创新通过化学和物理方法，提高现有材料的强度和刚度，减小零部件尺寸，减少材料用量，从而减轻零部件重量。（3）选用轻量化材料在替代材料方面，可采用铝、镁、钛轻合金等有色金属材料、塑料聚合物材料、陶瓷材料等密度小、强度高的轻质材料，或者使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢，减轻零部件重量。（4）采用先进的制造技术和工艺要实现零部件轻量化设计和选用不同轻量化替代材料，必须采用先进的制造技术和工艺，包括高强度钢

6、的制造技术，合金复合材料的成型技术和非金属材料的成型技术，采用先进的加工设备和工具，才能达到零部件的轻量化目的。由于有限元等高级软件的使用，目前我国在零部件结构的合理设计方面取得了重大进步，以后的努力方向主要是新材料的使用方面。2新材料的应用2.1发动机以发动机缸体和缸盖为例，轿车发动机的汽油机已普遍从灰铸铁到铝合金，现在正逐步发展到镁合金及铝镁复合材料。如宝马6缸镁铝复合发动机的缸套和缸体的内芯部分为AlSi17Cu4Mg铝合金，外壁与基座为AJ62镁合金。复合缸体中镁合金重18Kg。与铸铁缸体比较，铝缸体减重幅度约26%，而镁铝复

7、合缸体为44%，2005年宝马3系列、5系列和7系列以及2006年上市的Z4Roadster和Z4coupe均已采用这种镁铝复合缸体的发动机。2.2车身2.2.1双相钢目前车身部分使用较多的是DP（双相）钢，该结构钢中含有马氏体和铁素体两种晶体类型。其中马氏体坚硬，一般高温冶炼后淬火时由奥氏体转化而成，而铁素体则比较柔软。晶相复合的优点是能够兼顾强度和延展性。这种钢的晶相结构是在铁素体基体上存在众多马氏体小岛，冲压加工时铁素体具有良好的延展性而马氏体则保证了结构强度，另外铁素体在冲压中发生滑动，晶体间相互交结，形成加工硬化，使冲压成型

8、后的零件强度更高。因此DP钢已经成为制造车身结构件的主要材料，一般1.2mm厚度的DP钢就已经可以达到主要结构件所需的强度。除了DP钢之外用于汽车的新型钢材还有IF（interstitial-freesteel）钢（无间