在汽車保有量不斷增加的背景下， 如何減少污染、降低能耗，為消費者提供低成本、低排放、高速、安全、舒適的駕車環(huán)境，是汽車制造業(yè)亟待研究的課題。汽車輕量化成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向。
　　汽車輕量化(Lightweight of Automobile)是指汽車在造價不被提高的前提下，既保持原有的行駛安全性、耐撞性、抗震性以及舒適性等性能，又有目標地減輕汽車自身的重量，降低汽車的整備質量，提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。汽車輕量化的主要指導思想就是在確保穩(wěn)定提升性能的基礎上，節(jié)能化設計各總成零部件，持續(xù)優(yōu)化車型譜。汽車輕量化是設計、材料和先進的加工成形技術的優(yōu)勢集成，是汽車性能提高、重量降低、結構優(yōu)化、價格合理四方面密切結合的一個系統(tǒng)工程，對于推動汽車制造業(yè)進一步發(fā)展具有重要意義。
　　汽車輕量化雖然是設計、材料、工藝等多方面因素的優(yōu)勢集成，但主要是材料的輕量化。歸納起來，用于汽車輕量化的材料主要有兩類:一是低密度的輕質材料，主要指鋁、鎂、鈦合金材料， 以及塑料和復合材料；二是高強度材料，如高強度鋼。從環(huán)保的角度看，在輕質材料中，聚合物類的塑料制品回收處理過程中存在環(huán)境污染問題，因此，在使用上受到一定的限制。而鋁、鎂、鈦合金材料是目前所有現(xiàn)用金屬材料中密度較低的輕金屬材料(鋁合金約2.7g/cm3，鎂合金約1.74g/cm3，鈦合金約4.51g/cm3，鋼的密度約7.8g/cm3)，這些金屬材料形成的多種合金材料，可以提高汽車主動安全性和被動安全性，滿足苛刻的安全法規(guī)要求，使汽車的安全設計得到進一步的完善。同時，選用輕金屬材料也是減輕自重、節(jié)能環(huán)保，提高汽車動力性、舒適性的重要保證。鋁、鎂、鈦等輕金屬代替鋼材是汽車輕量化的首選材料，也是未來汽車發(fā)展的重要方向。
　　鋁合金在汽車工業(yè)中的應用
　　車身
　　汽車車身約占汽車質量的30％，對汽車本身來說，約70％的油耗是用在車身質量上的，所以汽車車身鋁化對提高整車燃料經(jīng)濟性至關重要。奧迪汽車公司最早于1980年在Audi 80和Audi 100上采用了鋁合金車門，然后不斷擴大應用，更在1994年和1999年分別推出了A8和A2全鋁轎車，這兩款汽車的車身質量比傳統(tǒng)鋼制車身的質量減輕約40％，A2的總車質量只有895kg，每年制造5萬輛，成為世界上第一款真正意義上的大批量生產(chǎn)的全鋁轎車；A8更是被評為1994年全世界重要科技成果100項之一。由歐洲9個國家和地區(qū)的38家機構攜手推出了“超輕汽車項目”，包括大眾、保時捷、菲亞特、歐寶、雷諾、沃爾沃和戴姆勒等在內的7家主流汽車制造商，通過研制先進輕量化材料、運用多種材料連接制造技術及其表面處理等辦法和手段，以大眾第五代高爾夫為參考車型，最終制造出由多種材料混合的車身，質量僅為180kg，與第五代高爾夫車身相比質量減輕了101kg，減重率高達35％，而諸如扭轉剛度等重要指標與參考車型相當，車身的安全性不但沒有降低，正面抗碰撞性能與參考車型相比甚至有較大提高。
　　底盤
　　對實現(xiàn)汽車輕量化而言，底盤系統(tǒng)更具有潛力，更容易實現(xiàn)。在懸掛系統(tǒng)中，目前取代鋼鐵的首選材料是鋁合金材料，例如：通用汽車公司在凱迪拉克與克爾維特車的懸掛系統(tǒng)中使用了鋁合金零部件；福特公司使用了鋁合金制動盤，與原鑄鐵盤相比，質量減輕了2/3，雖然成本較高，但壽命提高了兩倍；克萊斯勒公司的Neod Lite車底盤通過使用鋁合金零部件，使得轉向機萬向節(jié)質量降低了3kg，下控制臂降低了2.6kg，轉向機殼降低了1.36kg，轉向軸降低了1.9kg，后制動轂降低了3.6kg。
　　發(fā)動機
　　很多公司都在發(fā)動機的活塞、缸體及缸蓋、散熱器、油底殼、曲軸箱、連桿等部件上使用了鋁合金材料。針對發(fā)動機部分，我們重點介紹一下活塞，缸體及缸蓋。
　　活塞：轎車發(fā)動機活塞基本都用鑄鋁合金，這主要是因為活塞作為主要的往復運動件需要靠減重來減小慣性，減輕曲軸配重，提高效率，并且要求有良好的導熱性，較小的熱膨脹系數(shù)，同時在350℃左右有較好的力學性能，而鑄鋁合金恰能滿足這些要求，同時由于活塞、連桿采用了鑄鋁合金件，減輕了質量，從而減少發(fā)動機振動，降低噪聲，減少油耗。
　　缸體及缸蓋：轎車發(fā)動機的缸體多采用壓鑄法生產(chǎn)，鑲鑄的缸套可用共晶或亞共晶Al-Si系合金，以提高耐磨性及耐熱性。美國福特公司NGT貨車發(fā)動機氣缸蓋、ZetM缸機、ModularV6/V8機、克萊斯勒公司新V6發(fā)動機缸體和缸蓋都使用鋁合金材料?？巳R斯勒公司Jeep（吉普）5缸、3.8LV6和道奇貨車發(fā)動機均改用鋁合金缸蓋。鋁合金缸蓋，一般采用金屬型重力鑄造和低壓鑄造法生產(chǎn)，選用的合金有美國的A319、A356、A360鋁合金，中國的ZL104、ZL106、ZL107鋁合金。
　　車輪
　　輪轂質量約占汽車車輪質量的70％，在汽車工業(yè)中，鑄造鋁合金輪轂是普及最快、鋁化率較高的實例，鋁合金輪轂的節(jié)能環(huán)保效果顯著：輪轂質量每減輕1kg，1L汽油可多行駛800m，而少用1L汽油，則可減少2.5kg的碳排放，此外鋁合金輪轂還具有散熱快、減震性能好、抗腐蝕性強，容易制造、經(jīng)久耐用等優(yōu)點，能顯著提高汽車的舒適性和安全性，發(fā)展空間巨大，預計2017年，我國鋁合金輪轂的需求量約達到4.7億只，這對于我國鋁合金輪轂行業(yè)而言，具有巨大的發(fā)展空間。
　　新型鋼板在汽車工業(yè)中的應用
　　目前，諸多的汽車工業(yè)發(fā)達國家致力于減輕汽車用鋼鐵材料的重量，以期達到汽車輕量化目的。由于性能的不斷改進以及新的制造技術和加工工藝的開發(fā)，至少在今后一段時間內鋼材仍然是大批量生產(chǎn)汽車車身的主要材料。作為車身的主要部分，近年來鋼材的品質和性能大大提高，預計到2017年新型鋼材的使用將超過70%。當前車身用新型鋼板主要有:冷軋鋼板、高強度鋼板、表面處理鋼板、高強度拼焊鋼板、夾層鋼板、不銹鋼板等。
　　冷軋鋼板：表面質量好，多用于車身沖壓件。冷軋鋼板的厚度在0.15mm~3.2mm之間，汽車車身多采用0.6mm~0.8mm的薄鋼板。這種薄板的尺寸精度非常高，表面光滑具有良好的力學性能、加工性能、成形性能和焊接性能。主要用于車身側圍板、頂蓋、發(fā)動機罩、翼子板、行李箱蓋、車門板和儀表板等覆蓋件。
　　高強度鋼板：拉伸強度在350 MPa以上。具有較高的屈服點，降低板厚不會對沖壓件的質量造成太大影響，因而可以減少外表面的厚度，達到減少質量的目的。主要包括含磷高強度鋼板、微合金高強度鋼板、雙相鋼板及烘烤硬化鋼板等。一般用于需高強度、高的抗碰撞吸收能且成形要求也較嚴格的汽車零件。應用于車輪、保險杠、懸掛系統(tǒng)及其加強件、車門防撞桿、保險杠和B立柱等零件。
　　表面處理鋼板：可以防止腐蝕提高車身材料的抗高溫抗氧化能力。表面處理鋼板常見的有鍍鋅鋼板、鍍鋁鋼板、鍍鉛錫合金鋼板和復層鋼板。目前車身底盤零件采用的表面處理鋼板主要是鍍鋅鋼板。采用鍍鋅鋼板的車身有底板、門檻、發(fā)動機罩內板等。
　　高強度拼焊鋼板：在沖壓前按車型設計將不同厚度和不同性能的鋼板裁剪后拼焊起來的一種鋼板。拼焊鋼板部件能夠進行優(yōu)質組裝，能減輕車身質量，提高機械強度，實現(xiàn)抗扭剛性、抗沖撞性與提高材料收縮率和降低生產(chǎn)成本的最佳組合。主要應用于車身側圍等沖壓成形件。
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