摘要：经济的发展带动了各个行业整体水平的提升，与此同时，人们的生活质量也因之提升，代步车逐渐走进千家万户，成为推动我国汽车制造业发展的催化剂，而金属材料则是汽车制造的主要材料。早期的汽车多以密度高的金属材料制成，使得汽车显得笨重，行驶速度也受到一定的影响，而在科技高度发展的今天，科研人员本着精益求精的精神，不断的寻求解决汽车自重的方法，以提升汽车的整体性能，而轻金属材料的使用，则可以轻松解决这些问题。
关键词：轻金属；轻量化；材料；汽车；应用；分析
1导言
在当前时代背景下，能源危机日趋严重，生态、绿色、环保的发展道路逐渐成为各个行业的重要发展趋势，汽车制造业也不例外。结合企业轻量化发展的需求来看，除了轻金属以及轻量化材料替代传统钢材外，还需要对制造工艺进行优化，解决实际应用中存在的技术难题。随着汽车制造业的不断发展，汽车的普及度越来越高并逐渐地成为一种社会化的产品。而随着资源和能源危机的临近，现在汽车制造业在大规模的生产基础上，不得不去考虑高性能、高功能、轻量化、节省资源等方面发展，而随着材料科学的不断发展，越来越多高性能和轻型合金被开发出来，极大地促进了汽车轻量化的发展进程。轻量化的金属材料一般应用于车身材料中，为此我们从车身材料的应用进行分析。
2汽车轻量化发展现状
能源和资源是当今社会发展的关键问题，而汽车工业是重要的基础工业，汽车工业产生的能源和资源消耗占据着相当大的比例，研究表明汽车质量每减少10%就能降低约6%-8%的燃油消耗，因此汽车轻量化对于节能减排有着极其重要的作用。新材料的使用能够极大地减轻车身自重，当前常见的轻型材料有新型铝合金、钛合金、塑料、金属基复合材料等，其中金属材料主要有黑色金属和有色金属两类，黑色金属主要是高强度钢板、焊接钢板和涂层钢板等，其轻型化研究主要围绕高强度展开，通过加大单位厚度金属材料的强度来减少金属用量达到机械性能和轻量化的要求。而有色金属一般指各种铜、铝、镁等合金，其当前汽车材料的主要发展趋势，非金属材料主要的研究方向是高强度塑料、玻璃钢、金属基复合材料等。
3常见金属以及轻量化材料的实际应用
3.1高强度钢板
高强度钢板实质上是对钢板材料的一种改良，通过提高钢板的强度以及性能，达到减少材料的用量的目的，最终实现汽车制造的轻量化需求。就高强度钢板的实现机理来看，主要包括析出强化、细晶强化、固溶强化、烘烤硬化等。高强度钢板中，双相钢是一种较为常用的材料，由铁素体以及马氏体相组织组成，具有较高的强度以及良好的冲压性能，主要用于汽车结构件以及安全部件的制造。此外，复相钢也是一种较为常用的材料，此种钢材的强度大，主要用于汽车车门防撞杆、中立柱以及保险杠等部件的制作。除了上述两种材料，诱导塑性钢也具有较好的发展潜力，是汽车制造材料研究以及未来发展的重要方向。以相变诱导塑性汽车用钢为例，Zackay等人在研究高合金奥氏体不锈钢时首次揭示了相变诱导塑性效应，根据这一效应生产的TRIP钢，在汽车制造中得到了应用，而得益于对TRIP钢相关影响因素进行的调控措施，TRIP钢的性能持续提高，逐渐满足了第三代汽车用薄板钢的性能要求。
3.2铝、镁合金
3.2.1铝合金材料的应用
铝合金是制造工业中应用最为广泛的一类有色金属结构材料，在机械制造、汽车制造乃至航空航天领域都具有大量的应用实例。而随着工业经济的发展，铝合金焊接结构件的生产需求也更加多元化。
一是铝合金材料的特点。汽车的大部分都是有金属材料制成，而现阶段的汽车制造，很多都已经开始采用合金材料，这样就可以保留单个金属元素的材料特性。铝合金就是在铝金属的炼制过程中加入适量的铜、锌、猛、铬等金属材料，使其优良性能变得更强，首先是在硬度方面，铝合金比铝金属的更能胜任机械的高强度需求，其次是铝合金的在保有原金属特性的同时，质量依然较轻，增加了其使用价值。
二是铝合金材料的性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆就单纯的铝金属而言，本身质软，其具有良好的金属光泽和延展性，且在空气中暴露后所产生的三氧化铝，具有极强的耐热性，而在铝金属的炼制过程中加入适量的铜、锌、猛、铬等金属材料后，又使得其在硬度上大幅度提升。因此，铝合金具有耐高温、可塑性强、机械强度大以及表面的硬度强等诸多的金属性能。
三是铝合金材料在汽车中的应用。由于铝合金的诸多优势，使其成为了汽车制造行业的宠儿。汽车制造人员，利用铝合金的耐高温、抗磨擦等优点，将其作为汽车发动机的主要材料，在减轻了发动机自重的同时，提升了发动机的整体性能，且铝合金具有明显的金属光泽，因此成为了很好的汽车装饰材料，另外，铝合金强度和硬度相对于铝金属都有很大的提升，已经逐渐成为了汽车制造的主体，这样一来，就有效的提高了汽车的形式速度，降低了汽车的自重。
3.2.2镁合金材料的应用
镁合金材料具有强度高、散热性好、弹性模量大、密度小、消震性好等特点，与铝合金相比，镁合金材料可承受的冲击载荷能力更大，且对有机物以及碱性物质的耐腐蚀性较好。镁合金材料主要用于航空航天领域、运输领域以及化工领域等，是实用金属中最轻的金属之一。针对现代汽车制造行业，镁合金材料能够运用到汽车各个重要零部件的制造中，而随着压铸技术的进步，现阶段的生产工艺，已经能够制造出形状复杂、结构特殊的薄壁镁合金车身零件。此外，在实践应用中发现，镁合金材料的应用，能够在一定程度上确保汽车性能的稳定性，延长各个零部件的使用寿命。
3.3泡沫金属
泡沫金属是含有泡沫气孔的一种特种金属材料，通过独特的结构，实现了隔热性能以及隔音性能的提升，降低了材料的密度，同时还具有吸收电磁波等特点。就汽车制造业的实际情况来看，大量的金属材料消耗是亟待解决的问题之一，虽然目前可生产的不同性能的钢材已超过2500种，有色金属材料也已达到上千中，但仍然不能满足汽车制造的实际需要，尤其是轻量化汽车的制造。而泡沫金属材料的出现，则为这一问题提出了有效的解决方案。一旦汽车用泡沫金属研制成功，实现大批量生产，将成为取代钢材的最佳材料。与传统钢材相比，泡沫金属零件以薄钢外表与泡沫金属中心构成，使得汽车结构材料更具韧性以及坚固性，极大的提高了汽车的安全性、舒适性以及可靠性。
3.4钛合金
钛合金材料具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点，主要用于飞机发动机压气机部件以及火箭、导弹和高速飞机的结构件制作。在汽车制造行业的应用中，钛合金主要用于汽车发动机的制作。此外，打造钛合金车身，将使得整个汽车可承受更大的作用力，极大地提高了汽车的安全性。但钛合金的实际应用存在较大的难题，如制造成本问题等，其实际应用也仅限于赛车制造等。
4结论
通过分析与探讨汽车轻量化的发展与生态环境的关系，表明了轻型材料和轻量化汽车研发的重要意义，随着大批的新兴材料的应用实现汽车轻量化的同时，也面临着很多问题。最主要就是此类新兴材料的制造工艺，这是材料科学和制造业之间面临的矛盾，也是轻量化技术的核心环节。因此，汽车轻量化和轻金属材料的发展除了材料研发外，还要不断更新材料加工技术来保障汽车轻量化的同时提高实用性、稳定性和安全性。
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论文作者:李俊乾
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/31
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