摘要：据有关统计数据显示，每年的汽车能源消耗占据了大部分能源消耗量，这也是汽车轻金属和轻量化材料成为汽车设计和生产新的发展方向的原因。实现轻金属和轻型材料的应用最重要的措施是用轻质材料代替传统钢材。目前，使用轻金属、复合材料和工业塑料等已成为时代发展的趋势。本文主要研究轻金属和轻量化材料在车辆研究中的应用现状和发展趋势，希望为促进汽车工业的可持续发展，实现能源的高效率使用做出积极贡献。
关键词：汽车工业轻质结构；轻金属材料；合金材料
引言
汽车轻量化业务的发展给汽车工业的发展提供了一些参考，严重的资源和能源危机要求汽车行业在大规模生产的基础上考虑高性能、高功能、轻量化和资源节约的特点。因此，越来越多的高性能材料和合金响应市场需求而发展，极大地促进了车辆轻量化的发展。在轻金属和轻量化材料的研究中，要结合材料的具体性能，促进材料的研发，积极促进轻金属和轻型材料的使用，为促进汽车降低车体重量，提升安全性、稳定性的目标做出积极探索和努力。
1汽车轻量化设计的现状
研究表明，车辆质量降低10％可以减少燃油消耗约6％至8％，对节能减排发挥着极其重要的作用。对钢的减重的研究首先是高强度钢的开发，轻量化汽车的制造中最常使用铝合金。轻金属和轻量化材料的使用能够极大程度上改善车辆的能耗，降低能源的使用总量，促进节能环保型社会的建立。其中铝合金材料作为轻金属和轻量化材料在汽车工业中的应用，能够极大的改善汽车的重量。铝合金材料主要用于汽车的保险杠、气缸盖和发动机缸体中，极大的促进了汽车的轻量化。目前铝合金正积极应用于汽车车身，在提高汽车的轻量化效率方面起到了积极的作用。
2轻金属和轻量化材料的应用和开发
2.1高强度钢的应用
目前应用的是高度发达的高强度钢（AHSS），由于其高屈服强度和优异的耐腐蚀性、抗冲击性和抗疲劳性得到了广泛的开发和应用，这是目前钢铁研究的重点。最常见的AHSS是双相钢（DP，双相），基质结构是铁素体上的岛状马氏体相。铁素体赋予钢良好的可塑性，马氏体具有高强度。因此，该种钢型具有良好的冲压性能和高强度。主要用于汽车安全部件的安装，如中柱支撑、座椅支撑、前后内轨等。目前我国的武钢、鞍山钢铁、宝钢等可以提供这种钢材。另一种应用是更复杂的钢（CP）。这种钢的强度可以达到0.8到1.0 GPa。它通常用于制造保险杠、中心支柱和门碰撞杆。相变诱导塑料钢（TRIP）具有更好的冲压性能和强度等级。另一种重要的高强度钢是热成型钢：通过调整钢的化学成分和成型工艺，强度可以达到1.5 GPa或更高，这是具有最高强度等级的最高强度钢。由于高温成形，钢的高温结构趋于具有良好的可塑性，因此可以生产形状更复杂、尺寸精度更好的零件，并成为主要汽车制造商开发的高强度钢种。钢厂热成型钢通常用作汽车的安全部件，我国一些制造商已经能够供应这种钢，但它们还没有形成规模。
由于AHSS的延展性低于传统压制钢板的延展性，因此加工工艺与传统钢的加工工艺明显不同。主要问题是在成型和碰撞过程中零件经常断裂，例如宝马研究中心的研究结果发现，在严重撞击的情况下，钢体的根部有很大的断裂。尽管AHSS的使用已实现轻量化的目标，但也增加了破损的可能性，特别是成形过程影响负载能力，并且碰撞过程进一步损坏结构并降低车辆的安全性。因此，如何在实际使用AHSS期间提高结构的稳定性是汽车工业中新材料研究的关键。通常成形极限使用冲压过程要根据最终冲压的预测，具体原则是在金属材料的两个方向上使用极限应变。由于操作难度低、精度高，因此被经常使用，由于其实现过程与充电路径有一定关系，因此无法完全模拟实际应用中的承载能力。使用AHSS的一个重要问题还在于降低了钢的冲压性能，增大了回弹量和焊接的难度。为提高高强度钢的性能，国外已开始研制新一代高性能钢。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于采用晶体诱导的塑料钢，这些钢在一定程度上改善了传统AHSS系统的缺点。
2.2铝合金和镁合金
铝合金具有许多优于钢的优点，特别是在较高的比强度和易加工性方面，并且它是目前应用中最成熟和最轻的金属。根据调查，2015年世界上每辆汽车使用的平均铝合金为150千克。这个数字仍然在继续增加，预计到2020年将达到180公斤。在汽车中，最常用的是铸铝、铝和铝板，新的铝合金材料正在开发中。粉末冶金铝合金、快速凝固铝合金和铝基复合材料惨杂其中，使用铝铸造合金约占铝的80％。在汽车零部件中的主要应用是保险杠、动机杆、气缸盖、发动机缸体等。国外高端车型已出现全铝车身，如奥迪A2和A8、法拉利360系列、本田NSX、捷豹XJ等。然而，目前铝合金在汽车中的应用主要限于高端汽车或开发原型，主要原因是铝合金的材料成本和工艺成本高，而且纯铝体的车身存在维护缺陷，无法有效提高全铝体的普及率。因此，使用由钢合金制成的钢合金钢合金是许多制造商常用的解决方案。例如，BMW 5系的前部使用铝合金，而框架部件的其余部分使用铝合金的部分由钢制成。
作为目前实际应用中质量最轻镁合金，其超高比强度和比刚度正在迅速发展，丰富的镁资源使镁合金成为轻合金材料研究的重点。2000年底，美国汽车研究委员会开发了一项为期15年的镁合金研究计划，以促进镁合金在汽车中的普及。并且由于其特殊的机械结构，压制和挤出工艺的制造成本非常低，并且为它们提供了非常广泛的应用。与铝合金和钢相比，镁合金的晶体结构是六边形，并且变形机制是罕见的位移偏移，因此镁合金具有压力机制，即拉伸和压缩不对称的特性，制作过程中存在一定的技术难题。另外，镁合金具有相当大的缺点，即它更容易破碎。因此，具有更高性能和更好机械性能的镁合金是当前研究和开发的焦点。
2.3塑料
在汽车轻量化材料的应用中，塑料作为目前应用的最多的材料，在降低车辆质量上起着非常重要的作用。塑料具有重量轻、防锈蚀、耐腐蚀的优势，同时具有良好的可塑性和机械性能，能够在保证使用功能的前提下，有效降低车体的重量，达到汽车轻量化的目的。目前塑料主要用于汽车的内部和外部装饰部件，并且通常被保险杠包围。比如内侧面板、门的防撞条、仪表板、窗户等几乎都是塑料部件。新车身材料的使用将充分反映未来轻型、低成本、节能和环保车辆的发展趋势。塑料的大规模应用也解决了汽车维修昂贵的问题，有效的降低了汽车的维护成本，促进了汽车的应用和普及。但是在具体的应用中，要保证汽车使用过程中的安全性，在安全防护的基础上实现塑料材料制品的替代，实现汽车轻量化的目标。
3结论
对于轻金属和轻量化材料，在其制造过程和应用过程中存在一些问题，这是材料科学与制造之间的矛盾，也是轻型制造技术的核心领域之一。因此，除材料研发外，轻金属在汽车中的推广应用和汽车轻量化的发展也必须不断改进材料的加工工艺，提高可用性、稳定性和安全性，同时实现汽车的轻量化目标。在其具体的应用中要积极的改善轻金属和轻量化材料的具体性能，积极促进汽车工业的节能减排，从而建设环境友好型社会，实现可持续发展。
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论文作者:彭杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/18
标签：汽车论文; 轻金属论文; 材料论文; 轻量化论文; 铝合金论文; 镁合金论文; 高强度论文; 《基层建设》2019年第8期论文;