汽車(chē)輕量化 文獻(xiàn)綜述

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. 材料科學(xué)專(zhuān)業(yè)講座 姓名： 林存龍 學(xué)號(hào)： 1531508 專(zhuān)業(yè)： 無(wú)機(jī)系 材料在汽車(chē)輕量化中的應(yīng)用及發(fā)展 摘要：由于汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車(chē)產(chǎn)量和保有量的增多，帶來(lái)了油耗、排放和安全三大問(wèn)題。論述了汽車(chē)節(jié)能減排是汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，輕量化是汽車(chē)節(jié)能減排的直接而有效的手段；介紹了汽車(chē)輕量化意義和輕量化工程的實(shí)施方法。采用輕量化材料， 如高強(qiáng)鋼、鋁合金、鎂合金、塑料、復(fù)合材料等重點(diǎn)介紹了輕量化材料及先進(jìn)的制造工藝在汽車(chē)輕量化中的應(yīng)用現(xiàn)狀， 綜述了輕量化領(lǐng)域中新材料、新工藝的最新研究進(jìn)展?？偨Y(jié)了目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題?；谀壳暗难芯楷F(xiàn)狀，提出了未來(lái)汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞： 汽車(chē)；輕量化 The Application and Development of Materials in Automotive Weight Lighting Abstract: The brief condition of development of China automotive industry was reviewed. Three problem: oil consumption, emission, safety were brought about due to the rapid development of auto industry , the production output and vehicle stock in China. Energy saving and emission reduction is necessary trend of auto industry development. Affective and direct method and way is Auto lightweight. The concept , significance implementation methods have been introduced. Use the lightweight materials of high strength steel, aluminum alloy, plastics composites, etc. Based on the above research status, the development trends about automotive lightweight technology in the future were proposed. Key words: automobile; lightweight. 隨著汽車(chē)工業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，汽車(chē)保有量大幅增長(zhǎng)，全球汽車(chē)已超過(guò)10億輛。汽車(chē)已成為世界能源消耗和污染物排放的主要來(lái)源。各發(fā)達(dá)國(guó)家均制訂了嚴(yán)格的法規(guī)來(lái)限制汽車(chē)燃油消耗和溫室氣體的排放，我國(guó)也發(fā)布了油耗強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)——《乘用車(chē)燃料消耗量限值》(GB19578-2004)。 研究表明，汽車(chē)輕量化是降低能耗、減少排放的最有效措施之一。例如汽車(chē)每減少100kg，可節(jié)省燃油0.3~0.5L/(100km)，可減少CO2排放8~11g/(100km)。因此，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，許多大型研究計(jì)劃積極推動(dòng)了汽車(chē)輕量化技術(shù)的研究，以之作為應(yīng)對(duì)石油資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。如美國(guó)的新一代汽車(chē)合作伙伴計(jì)劃、國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)組織的超輕鋼制車(chē)身和超輕鋼制車(chē)身—先進(jìn)概念車(chē)型研究計(jì)劃等。 汽車(chē)結(jié)構(gòu)的輕量化還可以帶來(lái)“二次減重”，汽車(chē)的動(dòng)力、傳動(dòng)系統(tǒng)也可相應(yīng)的減輕質(zhì)量。亞琛工業(yè)大學(xué)汽車(chē)研究所的研究表明，整備質(zhì)量為1.229t的參考車(chē)，鋁合金化后，得益于主要減重和二次減重，終極質(zhì)量可降至785kg。此外，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化，還有利于改善汽車(chē)的動(dòng)力性、舒適性和操縱穩(wěn)定性。 1 輕量化材料發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀 汽車(chē)自重的 1 /3 在車(chē)身， 車(chē)身材料的選擇對(duì)汽車(chē)輕量化至關(guān)重要。汽車(chē)的材料選擇一般應(yīng)遵循以下基本原則: ( 1) 滿足汽車(chē)零件的使用性能要求，如安全性、舒適性、操作穩(wěn)定性等; ( 2) 具有良好的工藝性能， 如成形性、焊接性等; ( 3) 具有較好的經(jīng)濟(jì)性，如低成本、可回收性等。 材料技術(shù)是推動(dòng)汽車(chē)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵， 采用輕量化材料是既保證汽車(chē)的行駛安全性又減輕車(chē)身自重的一個(gè)重要手段。目前， 汽車(chē)輕量化材料主要有兩類(lèi): 一類(lèi)是高強(qiáng)度材料，主要指高強(qiáng)鋼; 一類(lèi)是輕質(zhì)材料: 主要包括鋁合金、鎂合金、塑料、復(fù)合材料等。 1.1 高強(qiáng)度鋼 為了達(dá)到汽車(chē)輕量化、安全化的目的，應(yīng)對(duì)鋁鎂行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，20世紀(jì)90年代，國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)的35家主要鋼鐵公司開(kāi)展了超輕鋼制車(chē)身（Ultra Light SteelAuto Body）ULSAB項(xiàng)目。其內(nèi)容是通過(guò)大量采用高強(qiáng)度鋼板，并應(yīng)用液壓成形、激光拼焊板等技術(shù)使汽車(chē)減重25%。2004年項(xiàng)目取得成功，整車(chē)減輕質(zhì)量25%，車(chē)身靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度提高了80%，靜態(tài)彎曲化；然后送入內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形；之后保壓快速冷卻淬火，使奧氏體變成馬氏體，因而成形件得到強(qiáng)度硬化。沖壓件冷卻淬火后，強(qiáng)度可達(dá)1 500 MPa。見(jiàn)圖1[1] 圖1 熱成型鋼加工工藝流程 剛度提高了52%，汽車(chē)安全等級(jí)達(dá)到了歐洲NCAP五星級(jí)碰撞標(biāo)準(zhǔn)。ULSAB車(chē)體上高強(qiáng)度鋼板使用率為90%，其中DP雙相鋼超過(guò)70%，另外還采用了4%左右的抗拉強(qiáng)度為1 200 MPa的超高強(qiáng)度馬氏體鋼。最近幾年，歐美汽車(chē)公司在開(kāi)發(fā)新款汽車(chē)時(shí)都部分或全部采用了ULSAB項(xiàng)目技術(shù)，高強(qiáng)度鋼大量使用在汽車(chē)車(chē)身、底盤(pán)、懸架和轉(zhuǎn)向的零部件上。國(guó)內(nèi)汽車(chē)合資企業(yè)的技術(shù)直接來(lái)源于國(guó)外母公司，高強(qiáng)度鋼應(yīng)用水平與國(guó)外汽車(chē)企業(yè)保持了相近的水平。自主品牌汽車(chē)企業(yè)在高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用方面整體落后于國(guó)外汽車(chē)公司,正在快速追趕。最近兩年,國(guó)內(nèi)自主品牌汽車(chē)開(kāi)發(fā)的有些新車(chē)型，高強(qiáng)度鋼質(zhì)量占白車(chē)身質(zhì)量的比例已經(jīng)達(dá)到45%以上。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)積極開(kāi)展了汽車(chē)用高強(qiáng)度綱的開(kāi)發(fā)工作，目前寶鋼、武鋼、鞍鋼等可以生產(chǎn)一些等級(jí)的高強(qiáng)度IF鋼、DP雙相鋼、TRIP相變誘導(dǎo)塑性鋼、BH烘烤硬化鋼。國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)已能提供多種規(guī)格的高強(qiáng)度鋼板，不過(guò)從品種與質(zhì)量來(lái)看，與國(guó)外的先進(jìn)水平相比還有較大的差距。[2] 高強(qiáng)度鋼在汽車(chē)減重、降耗、安全性方面有著顯著優(yōu)勢(shì)，但在應(yīng)用時(shí)還存在一些問(wèn)題，即隨著強(qiáng)度的增加，沖壓性能變差、回彈量大、尺寸難以控制、容易起皺開(kāi)裂，這給沖壓成形工藝帶來(lái)新課題。另外，高強(qiáng)度鋼的可焊性比普通低碳鋼要差，焊接工藝參數(shù)存在較大差異。為了開(kāi)發(fā)性能更好的高強(qiáng)度鋼，阿塞洛等鋼鐵公司正在研究開(kāi)發(fā)孿晶誘導(dǎo)塑性鋼（TWIP）、具有誘導(dǎo)塑性的輕量化鋼（LIP）。這些鋼種具有非常優(yōu)異的力學(xué)性能、高的應(yīng)變硬化率及極高的塑性，被稱為第二代高強(qiáng)度汽車(chē)用鋼。目前，美國(guó)鋼鐵企業(yè)正在積極發(fā)展第三代高強(qiáng)度汽車(chē)用鋼(見(jiàn)圖2)，具有第一、第二代高強(qiáng)度鋼的微觀組織特點(diǎn)，充分利用晶粒細(xì)化、固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化及位錯(cuò)強(qiáng)化等手段來(lái)提高強(qiáng)度，通過(guò)應(yīng)變誘導(dǎo)塑性、剪切帶誘導(dǎo)塑性及孿晶誘導(dǎo)塑性來(lái)提高材料的塑性和成形性能。 圖2 各種汽車(chē)用鋼板屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)量的關(guān)系 高強(qiáng)度鋼是汽車(chē)輕量化的關(guān)鍵材料之一，近年來(lái)隨著先進(jìn)成形工藝與計(jì)算仿真技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)度IF鋼、DP雙相鋼、TRIP鋼、熱成形鋼等在汽車(chē)部件中的用量越來(lái)越多。目前，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)制造水平與國(guó)外的先進(jìn)水平還有不小的差距，不少品種的高強(qiáng)度鋼尚需要進(jìn)口，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)應(yīng)加大研發(fā)力度，早日趕上國(guó)外先進(jìn)水平，為國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的輕量化做更多的貢獻(xiàn)。 1.2 鋁合金 據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界交通運(yùn)輸業(yè)用鋁為鋁產(chǎn)量的 26％，而我國(guó)僅為 5.7﹪。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)交通工具的需求越來(lái)越多，鋁合金材料在我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)上的發(fā)展空間也越來(lái)越大，預(yù)計(jì) 2015 年每輛轎車(chē)的鋁合金平均用量將為 150 kg，2020 年將達(dá)到 180 kg。 目前汽車(chē)用鋁合金主要是四類(lèi)：鑄鋁、 鍛鋁、 鋁板材、 鋁型材。其中，汽車(chē)用鋁合金中，鑄鋁占最主要部分，約占汽車(chē)用鋁量的 80％，其主要用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件、殼體類(lèi)零件和底盤(pán)上的其他零件，現(xiàn)在已經(jīng)大批量應(yīng)用的零部件有發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、 缸蓋、 離合器殼、 保險(xiǎn)杠、 車(chē)輪、 發(fā)動(dòng)機(jī)托架等幾十種。鍛造鋁合金具有很多優(yōu)異的性能，例如其比強(qiáng)度比較大，甚至可與合金鋼相媲美，熱鍛時(shí)不氧化、 表面光潔、 機(jī)械加工余量小、無(wú)加工缺陷等，鋁鍛件一般選用高強(qiáng)度熱處理合金，在汽車(chē)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如鍛造鋁車(chē)輪與橫向轉(zhuǎn)向叉已經(jīng)應(yīng)用于 AudiA4，A8 等車(chē)型。 1.2.1 鋁合金在汽車(chē)工業(yè)車(chē)身方面的應(yīng)用 汽車(chē)車(chē)身約占汽車(chē)質(zhì)量的 30％，對(duì)汽車(chē)本身來(lái)說(shuō)，約 70％的油耗是用在車(chē)身質(zhì)量上的，所以汽車(chē)車(chē)身鋁化對(duì)提高整車(chē)燃料經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。奧迪汽車(chē)公司最早于 1980 年在 Audi80 和 Audi100 上采用了鋁合金車(chē)門(mén)，然后不斷擴(kuò)大應(yīng)用，更在 1994 年和1999 年分別推出了 A8 和 A2 全鋁轎車(chē)，這兩款汽車(chē)的車(chē)身質(zhì)量比傳統(tǒng)鋼制車(chē)身的重量減輕約 40％，A2的總車(chē)質(zhì)量只有 895 kg，每年制造五萬(wàn)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(chē)；A8更是被評(píng)為 1994 年全世界重要科技成果 100 項(xiàng)之一。由歐洲 9 個(gè)國(guó)家和地區(qū)的 38 家機(jī)構(gòu)攜手推出了 “超輕汽車(chē)項(xiàng)目” ，包括大眾、 保時(shí)捷、 菲亞特、 歐寶、 雷諾、 沃爾沃和戴姆勒等在內(nèi)的 7 家主流汽車(chē)制造商，通過(guò)研制先進(jìn)輕量化材料、 運(yùn)用多種材料連接制造技術(shù)及其表面處理等辦法和手段，以大眾第五代高爾夫?yàn)閰⒖架?chē)型，最終制造出由多種材料混合的車(chē)身，質(zhì)量?jī)H為 180 kg，與第五代高爾夫車(chē)身相比質(zhì)量減輕了 101 kg，減重率高達(dá) 35％，而諸如扭轉(zhuǎn)剛度等重要指標(biāo)與參考車(chē)型相當(dāng)，車(chē)身的安全性不但沒(méi)有降低，正面抗碰撞性能與參考車(chē)型相比甚至有較大提高。[3] 1.2.2 鋁合金在汽車(chē)工業(yè)底盤(pán)方面的應(yīng)用 對(duì)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化而言，底盤(pán)系統(tǒng)更具有潛力，更容易實(shí)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(chē)公司在凱迪拉克與克爾維特車(chē)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(dòng)盤(pán)，與原鑄鐵盤(pán)相比，質(zhì)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 NeodLite 車(chē)底盤(pán)通過(guò)使用鋁合金零部件，使得轉(zhuǎn)向機(jī)萬(wàn)向節(jié)質(zhì)量降低了 3 kg，下控制臂降低了 2.6 kg，轉(zhuǎn)向機(jī)殼降低了 1.36 kg，轉(zhuǎn)向軸降低了1.9 kg，后制動(dòng)轂降低了 3.6 kg。 1.2.3 鋁合金在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)方面的應(yīng)用 很多公司都在發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)部分，我們重點(diǎn)介紹一下活塞，缸體及缸蓋。 （1） 活塞 轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞基本都用鑄鋁合金，這主要是因?yàn)榛钊鳛橹饕耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)件需要靠減重來(lái)減小慣性，減輕曲軸配重，提高效率，并且要求有良好的導(dǎo)熱性，較小的熱膨脹系數(shù)，同時(shí)在 350℃左右有較好的力學(xué)性能，而鑄鋁合金恰能滿足這些要求，同時(shí)由于活塞、 連桿采用了鑄鋁合金件，減輕了質(zhì)量，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，降低噪聲，減少油耗。 （2） 缸體以及缸蓋 轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)福特公司 NGT 貨車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋、ZetM 缸機(jī)、 ModularV6/V8 機(jī)、 克萊斯勒公司新 V6 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋都使用鋁合金材料。克萊斯勒公司Jeep（吉普）5 缸、 3.8LV6 和道奇貨車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)的 A319、 A356、A360 鋁合金，中國(guó)的 ZL104、 ZL106、 ZL107 鋁合金。 1.2.4 鋁合金在車(chē)輪中的應(yīng)用 輪轂質(zhì)量約占汽車(chē)車(chē)輪質(zhì)量的 70％，在汽車(chē)工業(yè)中，鑄造鋁合金輪轂是普及最快、 鋁化率較高的實(shí)例，鋁合金輪轂的節(jié)能環(huán)保效果顯著：輪轂質(zhì)量每減輕 1kg，1L 汽油可多行駛 800 m，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(qiáng)，容易制造、 經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，能顯著提高汽車(chē)的舒適性和安全性，發(fā)展空間巨大，預(yù)計(jì) 2015 年，我國(guó)鋁合金輪轂的需求量將達(dá)到 2.5 億只，這對(duì)于我國(guó)鋁合金輪轂行業(yè)而言，存在著巨大的發(fā)展空間。 1.2.5 鋁合金輕質(zhì)汽車(chē)材料的發(fā)展方向 鋁合金輕質(zhì)材料具有特殊的性能，但其較高的價(jià)格成本，讓其成為制約汽車(chē)工業(yè)應(yīng)用的主要原因之一，為了擴(kuò)大鋁合金在汽車(chē)工業(yè)上的應(yīng)用，必須降低材料成本，除開(kāi)發(fā)低成本的鋁合金材料和開(kāi)發(fā)先進(jìn)的鋁合金成形工藝外，回收再生技術(shù)可進(jìn)一步降低鋁合金的生產(chǎn)成本；其次，應(yīng)開(kāi)發(fā)新的各種焊接技術(shù)，今后發(fā)展的多材料結(jié)構(gòu)轎車(chē)要求連接兩種甚至多種不同類(lèi)型的材料（如鑄鐵 - 鋁、 鋼 - 鋁、 鋁 - 鎂等），因此，研發(fā)相應(yīng)的材料連接技術(shù)以及對(duì)材料和零件防腐蝕的表面處理技術(shù)，將成為鋁合金輕質(zhì)汽車(chē)材料的研究方向；最后，有必要開(kāi)發(fā)新型的汽車(chē)用鋁合金材料，如 Al-Li 合金、 Al-Si-Cu 合金、 超塑性鋁合金、 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合纖維材料等。 1.3 鎂合金 1.3.1 鎂合金的基本特性[4] （1） 重量輕 ： 鎂合金比鋁合金輕 33 %, 比鋼輕77 %,為常用結(jié)構(gòu)金屬材料中最輕的材料 。同時(shí) ,鎂能制出與鋁同樣復(fù)雜的零件而重量則較后者輕三分之一。鎂合金用于車(chē)輛 ,將顯著地減少其啟動(dòng)慣性,并節(jié)省燃油消耗, 減少環(huán)境污染 。 （2） 比強(qiáng)度高 ,剛性強(qiáng)： 同等形狀下,鎂合金制品的剛性為塑料的 10 倍以上。在同等剛性條件下 , 1磅鎂的堅(jiān)固程度等同于 1 . 8 磅的鋁和 2 . 1 磅的鋼。如用鎂合金代替 ABS 塑料 , 則制品重量可以減少36 %,厚度可以降低 64 % （3） 耐沖撞 , 阻尼吸震性能極佳： 鎂合金抵抗震動(dòng)及降低噪音的性能特佳, 一般為鋁合金的 6 ～ 30倍。鎂合金強(qiáng)固耐沖撞, 相同抗力下,厚度僅為塑料的 1/3 。 （4） 尺寸穩(wěn)定, 收縮率小： 鎂合金制品不易因環(huán)境溫度變化而改變。出模時(shí)產(chǎn)品只有很小的殘余鑄造應(yīng)力,因此,它無(wú)需退火和去應(yīng)力處理 。 （5） 可自動(dòng)化生產(chǎn)和模具壽命高: 由于熔融的鎂不會(huì)與鋼起反應(yīng) ,這使得它更易于實(shí)現(xiàn)在熱室壓鑄機(jī)中進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)操作, 同時(shí)也延長(zhǎng)了鋼制模具的壽命 。與鋁的壓鑄相比, 鎂鑄造模具壽命可比前者高出 2 ～ 3 倍 ,通?？删S持 20 萬(wàn)次以上的壓鑄操作。與鋁相比, 鎂的結(jié)晶潛熱小, 凝固快。一般說(shuō)來(lái),其生產(chǎn)率比鋁壓鑄高出 40 %～ 50 %,最高時(shí)可達(dá)到壓鑄鋁的兩倍。 1.3.2 應(yīng)用[6] 由于汽車(chē)輕量化在能源、環(huán)境和安全方面的巨大貢獻(xiàn) ,鎂合金在汽車(chē)輕量化中應(yīng)用的巨大潛力 ,世界各國(guó)都展開(kāi)了對(duì)鎂合金的研究 。隨著對(duì)汽車(chē)安全性 、經(jīng)濟(jì)性和舒適性要求的不斷提高 ,對(duì)輕量化材料的要求也越高,尋找可以滿足要求的新型合金, 是我們的共同目標(biāo)。但鎂合金產(chǎn)業(yè)仍面臨一些制約性因素 ,比如鎂合金的耐熱性和耐腐蝕性有待提高, 生產(chǎn)成本也較高 。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有合金優(yōu)化以改善合金的高溫性能; 開(kāi)發(fā)新型鎂合金 , 如高溫 Mg -RE 合金 ,高強(qiáng) Mg -Li 合金,鎂基復(fù)合材料等; 開(kāi)發(fā)鎂合金新型成形技術(shù) ,或改進(jìn)現(xiàn)有壓鑄技術(shù)和半固態(tài)成形技術(shù)等 ; 開(kāi)發(fā)新型變形鎂合金及其成型工藝 。目前鑄造鎂合金產(chǎn)品用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于變形鎂合金, 但變形鎂合金可獲得更高的強(qiáng)度, 更好的延展性及更多樣化的力學(xué)性能, 可以滿足不同場(chǎng)合結(jié)構(gòu)件的使用要求 。因此, 開(kāi)發(fā)變形鎂合金是未來(lái)更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展趨勢(shì) ?？梢源_信, 隨著新合金和先進(jìn)加工成型技術(shù)的出現(xiàn)及制造成本的降低 ,鎂合金作為最有發(fā)展前途的輕量化金屬材料之一將被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)中。 1.4 塑料復(fù)合材料[6] 而要實(shí)現(xiàn)整車(chē)大規(guī)模減重，還必須實(shí)現(xiàn)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（簡(jiǎn)稱C F R P）輕量化技術(shù)在整車(chē)上的應(yīng)用。國(guó)外汽車(chē)業(yè)近年來(lái)已經(jīng)開(kāi)始專(zhuān)項(xiàng)資金投入和開(kāi)展研究，其中傳動(dòng)軸、車(chē)頂、車(chē)體或底盤(pán)都有了C F R P的應(yīng)用樣件或樣車(chē)（概念車(chē)）嘗試。2009年奧迪和豐田的少量CFRP新款跑車(chē)投入了市場(chǎng)，2010年上半年寶馬公司也小批量生產(chǎn)新型小轎車(chē)，其車(chē)體就采用了CFRP，若到2015年每年生產(chǎn)數(shù)十萬(wàn)輛，這將成為碳纖維生產(chǎn)的巨大市場(chǎng)之一。寶馬汽車(chē)在2011年法蘭克福車(chē)展首次發(fā)布的i3電動(dòng)概念車(chē)和i8混動(dòng)概念跑車(chē)，采用復(fù)合材料模塊化設(shè)計(jì)的全碳纖維的座艙（LifeDrive架構(gòu)），使i3的車(chē)身重量比傳統(tǒng)電動(dòng)車(chē)減輕了250～350kg，整車(chē)重量?jī)H1250kg，并使車(chē)體的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于普通的鋼鐵車(chē)身。寶馬i8的整車(chē)重量?jī)H1480kg。這兩款車(chē)型分別于2013年和2014年上市，產(chǎn)量大約5萬(wàn)輛。 CFRP可廣泛應(yīng)用于汽車(chē)的各大主要系統(tǒng)：發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、白車(chē)身及附件等。其主要應(yīng)用的零部件有： 1) 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)：挺桿、連桿、搖臂、油箱底殼、水泵葉輪和罩等。 2) 傳動(dòng)系統(tǒng)：傳動(dòng)軸、萬(wàn)向節(jié)、減速器及殼罩等。 3) 制動(dòng)系統(tǒng)：剎車(chē)片。 4) 底盤(pán)系統(tǒng)：縱梁橫梁、支架、車(chē)輪和板簧等。 5) 車(chē)體系統(tǒng)：發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、翼子板、散熱器罩、保險(xiǎn)杠、車(chē)燈架、車(chē)廂、行李架、地板、門(mén)窗框架及尾翼/擾流板等。 6) 附件：排氣筒、儀表板總成、方向盤(pán)、內(nèi)飾等。 復(fù)合材料尤其是碳纖維復(fù)合材料輕量化技術(shù)在汽車(chē)上的集成應(yīng)用，將對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)設(shè)計(jì)理念和制造技術(shù)帶來(lái)革命性的沖擊，如汽車(chē)車(chē)身制作，沖壓、焊裝、涂裝和總裝等傳統(tǒng)制造工藝和管理模式可能出現(xiàn)徹底的改變。國(guó)外主要汽車(chē)廠商和核心供應(yīng)商早已厲兵秣馬，中國(guó)自主汽車(chē)行業(yè)必須未雨綢繆。 汽車(chē)中采用碳纖維等輕量化復(fù)合材料替代鋼材實(shí)際上是汽車(chē)工業(yè)的一次技術(shù)革命，對(duì)主機(jī)廠、零部件配套廠以及上下游的產(chǎn)業(yè)鏈都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，傳統(tǒng)材料和制造技術(shù)可能會(huì)逐漸萎縮甚至被淘汰，新型材料和新型制造技術(shù)將會(huì)逐漸發(fā)展壯大。國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)雖然認(rèn)識(shí)到這個(gè)趨勢(shì)，但各自為政，又由于自身相關(guān)技術(shù)積累薄弱和資金缺乏等因素的困擾，所以工作開(kāi)展十分緩慢。綜上所述，建議國(guó)家和政府行業(yè)主管部門(mén)應(yīng)該就纖維復(fù)合材料輕量化技術(shù)在汽車(chē)上的集成應(yīng)用，先在一二家大型自主品牌汽車(chē)企業(yè)適當(dāng)投入，進(jìn)行試點(diǎn)，取得成功經(jīng)驗(yàn)后，統(tǒng)一規(guī)劃，推廣應(yīng)用。通過(guò)項(xiàng)目開(kāi)展，將可以打破國(guó)外技術(shù)壟斷和封鎖，突破碳纖維復(fù)合材料汽車(chē)零部件快速成形工藝技術(shù)瓶頸，形成快速制備碳纖維復(fù)合材料汽車(chē)零部件的批量生產(chǎn)能力，達(dá)到降低零部件生產(chǎn)周期和成本的目的——項(xiàng)目成果可以迅速在全行業(yè)推廣，從而建立起先進(jìn)復(fù)合材料 “材料研發(fā)－原材料生產(chǎn)－零部件制造－整車(chē)集成應(yīng)用－回收再利用”的全產(chǎn)業(yè)鏈 圖3 以塑代鋼產(chǎn)業(yè)鏈 2 結(jié)語(yǔ) 在汽車(chē)輕量化材料方面， 呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢(shì)， 單一的材料已不足以保證汽車(chē)的強(qiáng)度和剛度要求， 因此， 在未來(lái)汽車(chē)輕量化材料的解決方案中，更傾向于多種材料的組合， 以充分利用各種材料的優(yōu)勢(shì)。此外， 通過(guò)技術(shù)改進(jìn)降低材料的成本， 減少稀缺金屬的使用量， 提高材料的利用率， 開(kāi)發(fā)兼具更好環(huán)保性和可回收性的新材料， 也是當(dāng)前輕量化材料研究的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。 在汽車(chē)輕量化制造工藝方面， 我國(guó)與西方發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在很大差距， 主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)理論的研究和關(guān)鍵的技術(shù)的推廣應(yīng)用上， 要實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車(chē)輕量化技術(shù)的跨越式發(fā)展， 必須加大人力財(cái)力投入， 攻克熱成形、激光拼焊、液壓成形等成形工藝目前所面臨的技術(shù)難題。輕量化車(chē)身制造工藝正朝著多學(xué)科多領(lǐng)域快速發(fā)展， 多種先進(jìn)輕量化成形技術(shù)的復(fù)合，是目前汽車(chē)輕量化領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。此外， 節(jié)能、精密、柔性、綠色、信息化、智能化、系統(tǒng)化、集成化也是輕量化車(chē)身制造工藝發(fā)展的必然趨勢(shì)。 參考文獻(xiàn) [1] 江海濤, 唐荻, 米振莉. 汽車(chē)用先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展[J]. 鋼鐵研究學(xué)報(bào), 2007, 19(8): 1-6. 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