盧振生 呂關(guān)想 史愛平 常家偉 趙宏雋

摘 要：在新時代背景下，我國經(jīng)濟水平逐步提高，汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到了人們普遍的關(guān)注。盡管工業(yè)的發(fā)展速度非?？?，但是能源短缺以及環(huán)境污染的問題越發(fā)嚴重，對人們的日常生活帶來了諸多影響。為了能夠充分貫徹我們國家提出的可持續(xù)性發(fā)展政策，理應促進汽車實現(xiàn)輕量化改造。為了能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標，在設計汽車的時候，應當充分利用輕量化材料，如此可以有效減少能源的使用，促使汽車的整體性能有所增強，進而能夠推動我國汽車產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展。本篇文章主要描述了金屬材料在汽車輕量化中應用的意義，并對于金屬材料在汽車輕量化中的具體應用方面發(fā)表一些個人的觀點和看法。

關(guān)鍵詞：輕量化;鋁及鋁合金;鎂及鎂合金;高強度鋼;鈦合金

1 引言

伴隨我國的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量越來越高，幾乎每個家庭都已經(jīng)擁有了汽車。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)資料能夠了解，在整個2018年，我國汽車總銷售量達到了2808.2萬輛，整體銷量一直處在世界的頂尖位置。盡管汽車能夠給人們的日常生活帶來諸多便利，但在環(huán)境污染方面以及能源損耗方面，都造成了諸多問題出現(xiàn)?；谶@一背景，汽車輕量化發(fā)展的理念便被提了出來，以此可以有效減少能源消耗。因此，這也成為了汽車未來發(fā)展的一大方向。

2 金屬材料在汽車輕量化中應用的意義

對于汽車輕量化而言，主要在其原本性能、抗震能力、抗撞能力以及舒適度不會受到任何影響的基礎上，盡可能降低汽車自身的整體質(zhì)量。一般來說，汽車質(zhì)量往往會對其行駛的阻力帶來影響，因此二者之間的關(guān)系十分密切。通過相關(guān)數(shù)據(jù)資料能夠得知，汽車在運行過程中，自身60%的燃料都會用在質(zhì)量方面。每當汽車的整體質(zhì)量下降1kg，則在1L汽油的驅(qū)動下，汽車的行駛距離能夠增加0.011km，同時二氧化碳的排量也會大幅度下。因此，當汽車的質(zhì)量越低，其燃料的消耗自然也越低。此外，推進汽車的輕量化發(fā)展，還能使其行駛能力有所提高，根據(jù)研究資料可以了解，每當汽車的整體質(zhì)量下降25%，當汽車從0加速到96.57km/h的時候，早期汽車需要耗費10s，而當前則會降低到6s。不僅如此，提升汽車的輕量化，還可以有效減少汽車自身的整體動力，同時使其外部的系統(tǒng)負荷有所下降，確保汽車在較低牽引的基礎上，可以展現(xiàn)出更強的綜合性能。由此可以看出，推動汽車輕量化發(fā)展，對于環(huán)境保護工作的開展有著非常大的意義。因此，汽車的輕量化發(fā)展是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，也是一項重要的系統(tǒng)性工程[1]。

3 金屬材料在汽車輕量化中的具體應用

一般而言，汽車的輕量化發(fā)展主要能夠在內(nèi)部設計、工藝水平以及材料使用方面有所體現(xiàn)。這其中，最為重要的便是材料的輕量化。而如果針對材料本身展開分類，則又能分成兩類，分別是低密度材料以及高密度材料。輕密度材料主要包括鋁、鎂、鈦合金材料、塑料以及復合材料，而高密度材料基本上都是高強度鋼。但需要注意的是，塑料很容易造成污染出現(xiàn)，所以在實際使用的時候，理應進行合理控制。當前應用率最高的材料主要是鋁、鎂以及鈦合金材料，通過綜合性使用，確保其演變成合金，不僅能夠達到輕量化的基本要求，同時汽車自身的安全性能也會大幅度提升。

3.1 鋁和鋁合金

對于金屬鋁來說，自身密度相對偏低，基本上只有鐵的三分之一，并有著很強的導熱性能，僅僅只比銅低。同時自身也有著很強的可塑性，非常適合材料加工。但需要注意的是，金屬鋁的強度相對偏低，因此并不適合制作一些結(jié)構(gòu)件。但由于整體性能非常強，可以制作成多種不同的合金，因此人們又將其稱作是鋁合金。這種金屬材料密度非常小，同時整體強度也很高，非常適合使用[2]。

在鋁合金之中，內(nèi)部金屬元素主要包括銅、鋅、錳、硅以及鎂等。這種材料的熔點偏低，同時又有著很強的流行性，所以可以完成一些較為復雜性質(zhì)的構(gòu)件，尤其是在制作殼體零件以及箱型零件方面，有著非常強的效果。而對其采取變形處理之后，可以制作成鋁合金輪轂。一般來說，此類材料在車身、發(fā)動機以及傳動系方面均有著非常高的應用率。

從當前情況來看，發(fā)動機內(nèi)部零件基本上已經(jīng)全部都采用了鋁合金，諸如機體、活塞以及油底殼等。通常而言，機體是應用率最高的一類部件，自身有著諸多優(yōu)勢，應用于散熱器的時候，可以促使其整體尺寸大幅度降低，促使發(fā)動機變得更具輕量性特點。

在底盤位置之中，鋁合金同樣有著很高的應用率，包括變速器殼體、轉(zhuǎn)向器殼體、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動鉗以及輪轂等。此外，部分汽車自身的踏板以及方向盤也都采用了這類材料。尤其是應用在了輪轂之后，可以確保相關(guān)使用條件不受影響的基礎上，可以有效降低整體質(zhì)量，同時還能將原有的散熱性特點全部發(fā)揮出來，以防會有爆胎的問題出現(xiàn)[3]。

3.2 鎂和鎂合金

在現(xiàn)有的金屬材料之中，鎂是其中密度最小的材料，當溫度只有20攝氏度時，僅僅只有1.74g/cm3，相比于鋁，基本上低了37%，而相比于鐵，則低了79%。目前來說，這類材料主要在交通工具之中有所應用。此外，由于自身可塑性廢氣，因此通過調(diào)整之后，可以制作成一些復雜的基本零件。

在當前汽車之中，鎂和鎂合金最為常見的類型便是壓鑄件，基本上能夠分成兩類，分別是殼體類以及支架類。諸如前蓋、剎車架、方向盤以及轉(zhuǎn)向支架等，基本上都用的是這類材料。

鎂合金盡管性能極佳，但同樣有缺陷存在，主要是外部抗性非常差。為了能夠有效提升此類材料的使用案例，理應從耐高溫以及抗疲勞兩個方面入手，使其綜合性能達到更高層次。

3.3 鈦和鈦合金

鈦和鈦合金的性能非常強，尤其是促進汽車的環(huán)保性能方面，效果非常好。由于此類材料屬于新型材料，因此受到了人們廣泛的關(guān)注。鈦自身密度偏小，一直處在鋁和鐵之間，尤其是韌性方面，非常強。因此在汽車零件之中進行應用，整體效果非常明顯，因此是一種有著較強應用率的優(yōu)秀材料[4]。

鈦和鈦合金由于彈性模量相對偏低，因此在彈性元件的制作方面有著非常好的效果。如果和鋼材料彈簧展開對比，當性能沒有太大改變的基礎上，可以有效降低整體高度，基本上可以達到65%，同時整體質(zhì)量也能縮小大約65%到75%。

3.4 高強度鋼

所謂高強度鋼，也就是指一些屈服強度超過1380MPa，同時抗拉強度超過1630MPa的合金鋼。由于自身有著較好的屈服強度以及抗拉強度，因此通常都會在車身的主體位置之中進行應用，以此能夠大幅度降低車身的整體質(zhì)量。

由于絕大多數(shù)汽車的車身都應用的是鋼材，而如果調(diào)整成高強度鋼，則車板的厚度便會大幅度下降，同時整體質(zhì)量也不會特別高。通過和普通鋼板車展開對比，厚度大概可以減少1.0mm到2.0mm，而在質(zhì)量方面，基本上可以降低15%到22%。由此可以看出，在使用了高強度鋼之后，汽車的整體質(zhì)量會全面下降，油耗也會有所減少，進而能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的基本要求。

4 結(jié)束語

綜上所述，汽車是當前人們使用率最高的交通工具。因此，在未來的汽車設計中，理應對金屬材料進行合理利用，以此降低汽車的總體質(zhì)量，減少油耗，從而確保其性能得到增強。同時還能減少污染，推動整個汽車行業(yè)不斷發(fā)展。

基金項目：2019年黑龍江省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目，項目號：201910236013。

2019年綏化學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目，項目號：shxy201904。

參考文獻：

[1]李炎粉.淺析金屬材料在汽車輕量化生產(chǎn)中的運用[J].裝備制造技術(shù)，2016（8）：134-135，共2頁.

[2]汽車輕量化用金屬材料的現(xiàn)狀及展望[J].水利電力機械，2019（03）：38-40.

[3]祝明明，張慶帥，石旭.金屬材料在汽車輕量化中的應用與發(fā)展[J].南方農(nóng)機，2017（5）.

[4]李家銳，張林，方靜，etal.汽車輕量化材料的應用研究[J].化工管理，2019，512（05）：124-126.