新材料与工艺手册

[轻量化材料] 金属材料在汽车轻量化中的应用探讨

0
回复
142
查看
[复制链接]

微信扫一扫 分享朋友圈

发表于 2020-7-20 11:19:07 | 显示全部楼层 |阅读模式

注册后就可以查看哦!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

x
汽车轻量化在线】金属材料在汽车轻量化中的应用探讨

白彩盛1,赵立杰2

(1.甘肃金城理工中等专业学校,甘肃 兰州 730000;2.兰州装备制造技师学院,甘肃 兰州 730000)

摘 要:随着人们越来越注重可持续发展,汽车的节能减排获得了人们的普遍关注,汽车轻量化是实现汽车节能减排的重要方式,当前汽车的轻量化主要体现在轻质金属材料的应用方面,基于此本文对金属材料在汽车轻量化中的应用进行了探讨。

关键词:汽车;金属材料;轻量化


随着我国社会的发展,人们生活水平日益提升,汽车走进千家万户成为了人们重要的交通工作。相关数据显示,2018年我国汽车的销量达到了2808.1万量,汽车的产销量均巨世界首位。2019年我国的汽车保有量达到2.5亿量。汽车的普及给人们的生活带来了很多便利,但是在能源消耗、环境污染以及能源消耗等领域也带来了很多问题。在这样的背景下,人们提出了汽车轻量化的概念,而且已经成为了未来汽车制造业的重要发展方向。


1 汽车轻量化及其对现代汽车发展的重要性

所谓的汽车轻量化,是指保持汽车的原有造价不变,同时不影响其安全性能、抗震性、抗撞性能以及舒适性等的条件下,降低汽车的重量,通过这样的方式提高汽车的行驶速度,同时减少燃料消耗,降低尾气排放量,达到节能减排的效果。进行汽车轻量化的原则是,在确保汽车稳定性不受影响的情况下,对汽车的各类零部件进行节能化的处理,并对车型进行优化,总的来说是其是一项提升汽车性能、降低质量并且进行结构优化的系统性工程,其对于汽车制造行业的发展具有重要的意义。相关研究显示,汽车的油耗和质量之间有着直接的关系,通过对汽车进行轻量化处理,能够起到降低汽油消耗的目的。数据显示,汽车的质量每降低1kg,就能够使1L的汽油可以多驱动汽车行驶0.011km,相应的二氧化碳的排放量也会降低。此外,汽车的轻量化还可以有效的提高行驶性能,相关研究显示汽车质量降低25%,能够使汽车加速到96.56km/h的时间从原本的10s中降低至6s。此外,汽车的轻量化还能够有效的减轻汽车动力和动力传动系统的负荷,从而使汽车在较低牵引符合下能够表现出非常好的行驶性能。


2 金属材料在汽车轻量化中的应用

汽车的轻量化体现在设计、工艺和材料等多方面,其中最为主要的是材料的轻量化。汽车轻量化的材料主要由两大类,分别是低密度轻质材料和高强度材料两类,前者主要是铝、镁和钛合金材料以及塑料复合材料等;高强度材料主要指高强度钢。但是聚合物类的塑料制品这一类的轻质材料,会产生环境污染问题,因此在使用方面受到限制。因此当前应用最多的是铝、镁、钛合金等方密度较低的金属材料,通过应用这些金属材料形成的合金,在轻量化的同时能够满足汽车的安全性要求,下面对这些材料的应用进行介绍。


2.1 铝及铝合金

在众多的轻量化材料中,铝的应用是比较早的,而且其生产和处理工艺都已经相当成熟。铝以及铝合金具有密度小、比强度和比钢度高、刚冲击性好、弹性好等多方面的特点,同时耐磨、耐腐蚀,并且容易加工成型和表面着色,能够很好的进行回收再利用,由于其具有这些方面的特点,其在汽车制造领域获得了重要的应用。

当前,在汽车制造中,铝以及铝合金主要被应用于车轮、悬架系和动力系的零部件中,而且未来还会有更加广泛的应用,预计未来汽车的铝化界限可以达到30%~50%。当前,为了在汽车制造业中应用更多的铝以及铝合金材料,进而促进汽车轻量化,人们对新的铝合金材料以及加工技术进行了大量的研究,其中“铝合金半固态成形技术”是当前最为先进的铝合金加工技术,应用这种技术生产出的铝合金汽车零件性能优良、组织致密,具有重要的应用。铝以及铝合金与钢相比,在承载能力和力学性能等方面有着一定的差距,这制约了铝以及铝合金在汽车制造中的应用,另外工艺复杂、生产技术局限等因素造成其成本也比较高,这也是限制其应用的重要因素。


2.2 镁及镁合金

镁以及镁合金是极具开发潜力的轻质结构材料,其具有密度低、质量轻的特点,镁合金比铝合金更轻,是最轻的金属材料。同时其具有非常好的比强度,高于铝合金和钢,而在比刚度方面则和铝合金和钢相差无几。此外,在消震性和阻尼系数方面,起性能也非常优异,具有比铝合金更大的承受冲击荷载的能力,这一特点使其可以应用于汽车壳体来降低噪声,用于轮圈来减少震动,从而有效的提高汽车的安全性以及舒适性。

镁合金在导热性、工艺性能方面都十分优异,铸造性能和尺寸稳定性都比较高,因此加工起来比较方便,而其废品率也比较低。镁合金的主要不足时高温疲劳性以及抗蠕变能力比较差,因此这方面是镁合金今后的重点研究方向。在汽车制造领域,当前镁以及镁合金最主要的应用是压铸件方面,其能够取代铝合金、铸铁、钢制冲压焊装组合件等,其在汽车零部件中最主要的应用时壳体类和支架类两个领域,壳体类包括离合器壳体、空调机外壳等,支架类包括方向盘、车镜支架以及刹车支架等。


2.3 钛及钛合金

钛及钛合金具有优异的综合性能,其密度较小,在强度、韧性、抗蚀性等方面具有优异的新性能,即使是在海洋大气或者是为氧化气氛中,其依旧可以抗腐蚀,其具有相好的耐热性、加工性以及抗热性。

在汽车上主要有两方面的应用,一方面其可以用于减少内燃机往复运动件的质量,另一方面能够降低汽车的总质量。当前,钛及钛合金可以应用于汽车的发动机原件以及底盘件等方面,如发动机系统阀门、连杆,底盘的排气系统以及弹簧等。


2.4 高强度钢

钢铁材料在汽车制造行业中有着重要的应用,而未来高强度钢是汽车制造中有巨大的应用潜力。高强度钢是指在韧性和强度方面都有优异性能的钢种。通过对低合金结构钢进行调质处理,可以使其获得优异的综合力学新能。高强度钢在吸能性、曲强比、应变分布能力和应变硬化都有不错的表现,其与镁、铝等合金材料相比,具有良好的经济性,当前期主要应用于汽车等的结构件、安全件、前后保险杠、车门防撞梁等领域,起着重要的作用。


3 结语

随着社会的发展,汽车工业的发展十分迅速,汽车的数量也不断增长,在给人们带来便利的同时,在能源、污染以及安全等方面造成了不利影响。因此节能减排、降噪和提高安全保障是汽车工业未来发展的重要方向,而汽车轻量化是实现这些目标的重要途径,铝、镁、钛以及高强度钢等金属材料各自具备优异的新能和特点,将其应用于汽车制造中能够有效的促进汽车轻量化的发展。


参考文献

[1] 郑海彤.金属材料在汽车轻量化中的应用与发展研究[J].科技资讯,2014,12(10):56-57.

[2] 侯猛.汽车中轻量化与轻金属材料的采用[J].科技资讯,2015,13(22):78-79.

[3] 方炬,关健鑫.轻量化与轻金属材料应用[J].中国金属通报,2011(25):18-21.

[4] 高阳.汽车轻量化技术方案及应用实例[J].汽车工程学报,2018(1).

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

关注汽车轻量化最新动态

官方微信

汽车材料网

全国服务热线:

0551-63857995

地址:安徽省合肥市庐阳区四里河鼎鑫中心

邮编:230001 Email:service@qichecailiao.com

Powered by 汽车轻量化在线  皖ICP备10204426号-2

小黑屋-手机版- 汽车轻量化在线