金属材料在汽车轻量化中的应用

王文革

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

目前绿色环保已经成为全球广泛注重的问题，尤其是能源等方面的危机越来越严重，所以我国也在倡导生态、环保的发展理念，而汽车制造产业当，正在结合各类金属材料，实现汽车销量化发展目标。总体来看轻金属材料的应用，确实要比传统钢材更有优势，除了达到轻量化的目标以外，还能提高整体的性能、质量，甚至是降低汽车能源消耗，因此在制造过程中需要对金属材料进行深入研究。除此之外要针对这些新材料进行工艺优化，并解决制造过程中存在的技术难题，最终实现大规模的生产，促进我国汽车制造产业绿色发展。

1 汽车轻量化发展

1.1 汽车轻量化概念

近些年能源短缺与环境污染问题愈发严重，因此很多国家都在倡导环保发展理念，尤其在汽车制造产业中，需要大量的钢材作为原料，但是钢材对环境的影响比较大，而且应用在汽车配件制造上，往往会带来更高的能耗[1]。其次汽车本身也会排放大量尾气，所以很多制造企业都开始重点关注节能减排方面的问题，而首先要做的就是减少汽车自身重量，这是实现节能环保理念的最佳途径。当下汽车制造产业要以轻量化为主要发展方向，并针对所应用的材料进行调整，通过金属材料替换传统钢材的方法，彻底减轻汽车的整体重量，这不仅会降低汽车能源消耗，也可以提高汽车的强度与安全性能，所以金属材料称为实现轻量化发展的关键因素。通过大量的实验研究发现，在汽车重量降低10%的情况下，燃油效率就能提高8%左右，而油耗也会大大降低，所以轻量化才是汽车制造产业未来的发展趋势，而各类金属材料的应用，往往会起到至关重要的作用。

1.2 汽车轻量化意义

汽车轻量化发展已经成为必然的趋势，尤其在当下这个环境污染严重的背景下，因此要选择更为优异的金属材料应用，并针对汽车零部件进行制造，在保持原有造价不变的情况下，去完成性能、质量上的升级，并达到轻量化发展需求。其实轻量化就是指汽车重量大大减轻，但是又要保证汽车的各方面性能，还有舒适性条件等等，所以更换材料是最为有效的方法，这样不仅可以提高汽车行驶速度，也能有效降低各类能源消耗，并达到节能减排的目标[2]。需要注意的是汽车轻量化，必须要遵循稳定性不受影响的原则，再针对各类零部件进行材料替换，或者其他节能优化处理，也就是提高质量、降低重量，这样才能达到轻量化标准。经过大量的实验测试，利用金属材料制造的汽车，行驶速度大大提高，而能源消耗也逐渐降低，尤其是汽车传动系统的优化，让汽车拥有更为出色的驾驶性能，并具备极高的安全系数。

2 我国汽车制造产业现状

以往的汽车制造产业中，主要采用质量大、密度高的材料，不过随着现代社会经济发展，加上制造水平不断提高，因此在汽车制造标准上，也越难满足消费者的需求，尤其是当下倡导节能环保理念，这与传统的材料完全不符，因此要实现汽车轻量化发展目标，必须针对基础材料展开研究。未来汽车制造产业必然会向着轻金属材料转型，不过在金属材料替代传统钢材的过程中，确实存在很多技术问题，比如工艺、成本都要进行综合考虑，所以在现阶段的汽车制造过程中，大部分还是会采用钢材，这也是汽车制造应用最广泛的材料，在工艺与性能方面也有很多优势[3]。但是为了满足绿色发展需求，必须要替换钢铁材料，包括车身、车轮等部分，彻底取代传统钢材，最终实现汽车轻量化目标。

3 金属材料在汽车轻量化中的应用

3.1 高强度钢板

准确来说高强度钢板，就是对钢材的升级或改良，通过增加钢板的强度和性能等多个方面，从而达到汽车轻量化的目标，不过需要适当减少材料的应用，才能满足这一需求。其实钢材本身具有很多的使用优势，例如性能、强度等方面，而高强度钢板则进一步升级，所以该材料的应用对于汽车轻量化，具有十分明显的作用和效果[4]。在高强度钢板当中，使用最多的为双相钢，这是由铁素体与马氏体组成的材料，最明显的优势就是强度与冲压性能，大多数会应用在汽车结构件制造，或者其他安全部件的制造，在这些环节中的制造应用效果更好。其次还有一种常用的复相钢材料，在汽车制造过程中，会用于车门防撞杆、保险杠等零部件中，也足以说明其强度的优异性。除此之外塑性钢也在慢慢发展，该材料也是高强度钢板中的主要研究方向，塑性钢不仅具有极强的性能优点，也能满足汽车制造薄钢板的使用要求。

3.2 铝及铝合金

在我国汽车产业环保理念提出后，为了实现轻量化目标，首先应用的就是铝材料，由于制造工艺比较成熟，所以铝以及铝合金等材料的应用效果十分明显，另外铝材料具有很强的使用优势，比如密度小、强度高、冲击性好等多方面特点，并且耐磨、耐腐蚀。除此之外在加工方面也比较突出，很容易加工成型并进行表面着色，还能够回收再利用，这一点非常符合环保理念，所以在铝以及铝合金成为最早的轻量化材料[5]。大多数情况下铝以及铝合金等材料，会主要应用于车轮、悬架系以及动力系等部分，并且还可以拓展到其他零部件的制造中，因此推动了汽车轻量化发展目标。在铝合金材料应用以后，也针对性的完善了制造工艺，例如铝合金半固态成型技术，就是目前使用最多、最先进的加工技术。总体来说铝以及铝合金等材料，在承载能力、力学性能等诸多方面，仍然存在不小的缺陷，这也是限制该材料广泛应用的重要原因。

3.3 镁及镁合金

在汽车制造过程中，镁以及镁合金是最有潜力的轻量化材料，其优点在于密度低、质量轻，非常符合汽车轻量化发展目标，镁合金甚至要比铝合金的重量更轻，可以说是最符合轻量化的技术材料[6]。除此之外也具备优异的比强度，在该方面要比钢和铝合金更为突出，还有消震减噪性能也十分出色，抗冲击性能也比较强，根据这个特点可以应用在汽车壳体制造上，不仅可以降低汽车的重量，也能提高汽车的安全性能，这对于汽车制造来说会有重要的作用。另外镁以及镁合金在加工上非常方便，并且稳定性比较高，因此废品率大大降低，当然该材料也有使用缺陷，比如高温疲劳性、抗蠕变性能等方面较为薄弱，因此未来需要加强研究，从而改善、增加镁以及镁合金的应用效果，这样才能发挥出汽车壳体、支架的制造优势，最终实现汽车轻量化发展目标，提高我国的汽车制造水平。

3.4 钛及钛合金

在汽车轻量化材料中，钛以及钛合金是综合性能比较优异的材料，具有密度小、强度高的优点，另外具有极为突出的抗腐蚀性能，可以在非常恶劣的环境下使用，还有相对突出的耐热性、抗热性，比较适用于汽车制造。目前钛以及钛合金主要应用在汽车发动机原件、底盘等部分，能够有效降低汽车的总体重量，所以具有比较明显的应用优势，在新一代的汽车制造中应用最为广泛。钛以及钛合金很早就应用在了汽车制造领域，不过由于受到价格等因素的限制，所以整体发展还是较为缓慢，不过随着绿色环保理念的提出，汽车制造也更注重轻量化、高性能等方面，因此钛以及钛合金必定会受到更多的关注。其次未来钛工业不断发展，价格也会不断降低，这对于汽车制造来说，会有非常重要的意义，而钛以及钛合金也会被广泛应用在汽车领域中，由此可见该材料具有非常好的发展前景，也是汽车轻量化发展未来主要研究方向。

3.5 泡沫金属

由于泡沫金属的强度、延伸性等优势，完全可以作为汽车轻量化材料，目前该材料主要应用在飞机夹合件的芯材中，在建筑方面也有泡沫金属的应用，由此可见泡沫金属的应用十分广泛。其实泡沫金属就是一种带有泡沫气孔的材料，在结构上相对独特，因此具有很强的隔热性、隔音性，并且密度相对较低，从目前的情况来看，非常适合应用在汽车制造中，可以大大改善金属材料消耗的问题。尽管目前有很多种轻量化材料，但是完全符合轻量化发展目标的材料并不多，而且汽车制造需要大量的材料消耗，这就导致无法满足汽车制造需求，尤其是轻量化汽车制造，因此泡沫金属受到了广泛关注。该材料的应用可以实现大批量生产，并且完全符合轻量化目标，能够有效取代传统的钢材，甚至要比其他轻量化材料有更多优势，比如汽车结构材料的韧性、强度以及安全性等，在诸多方面都有展现，所以未来的汽车制造发展，会广泛应用泡沫金属，并以该材料为主要发展方向。

4 结语

汽车轻量化是我国汽车产业未来的主要发展趋势，其中涉及到大量金属材料的应用，在汽车的零部件制造中，可以选择更为适当的金属材料，实现汽车轻量化目标，从而朝着节能环保的方向发展。目前我国大力倡导节能减排、环保发展，所以对汽车产业造成了很大影响，为了能够满足绿色环保理念，当下必须要从汽车制造材料中入手，选择性能更加优异的技术材料。轻量化材料取代传统钢材，不仅可以减轻汽车的重量，还能提高机械稳定性，具有较为明显的使用优势，因此未来要加大金属材料的应用和研究，实现汽车轻量化发展目标。