第３４卷第１３期
Ｖ０１．３４ Ｎｏ．１３
企业技术开发
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ
２０１５年５月
Ｍａｙ．２０１５
汽车轻量化材料的应用及发展
刘建兰
（郑州市技师学院，河南郑州４５０００６）
摘要：汽车工业技术的发展，离不开铸造技术的发展，而轻量化技术又是铸造技术的核心方向。如降低汽车整体质量，并 不影响汽车的主要性能，是今后汽车工业发展的重要趋势；传统工业材料正在被符合国家环保、节能要求的新材料所替 代，因此，对国产汽车轻量化材料行业的发展壮大提供了强有力的技术支撑。文章通过文献调查结合实践研究对高强度钢、 铝合金、镁合金、塑料等当前汽车轻量化的主要材料进行了阐述。 关键词：汽车轻量化；高强度钢；轻质材料 中图分类号：Ｕ４６５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８９３７（２０１５）１３－００５９－０２
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随着汽车轻量化进程的加速，塑料制品的应用范围 也在不断扩大，汽车中部分零件也开始采用新型的塑料 制品。从内饰到构件和零件，很多都实现了塑料化，传统 观念对塑料的质量低劣看法逐渐发生翻天覆地的变化， 国外汽车发达地区已经把塑料制品在车辆工程上的应 用，当成衡量汽车工业发展水平高低的重要标志。汽车 内部的塑料主要构件，包括：仪表盘、仪表板、车辆内门 板、电动座椅、车辆护板、档杆外科、转向器。车辆的外部 零件采用塑料制品，主要是挡泥板、前后翼子板、前后保 险杠、扰流板、车轮护罩。 功能性的部件也有变化，风扇、空气过滤器、油箱和 散热器，这些塑料材质的演变，不断出现高科技的特征， 例如，高性能的树脂材料，强力的复合材料，可回收的环 保材料。从发达国家的发展可以看出，可回收利用材料 的占比将越来越大，部分国家的可回收材料占比已经达 到１５％，车用塑料的比更也随之提高到了２０％，重量占汽 车自重的２０％，与国外相比，国产车的非金属材料用量 仍然偏少，塑料用量仅占汽车自重的５％～（下转第８７页）
ＤＯＩ：１０．１４１６５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｈｕｎａｎｓｃｉ．２０１５．１３．０２１
Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ
ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ＵＵ Ｊｉａｎ—ｌａｎ
（Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ
Ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅｎａｎ
２０１５年５月
其产能问题和重要材料的成本问题，这种材料主要运用 到汽车的刹车盘、活塞和活塞连杆中，并表现出良好的 性能。丰田汽车公司开发的铝基复合材料比强度和比模 量是基体铝合金的两倍，质量上比传统的材料减轻了约 ３０％，汽车的耗油量少了１５％，另外，丰田公司还把铝基 复合材料应用到引擎活塞环槽上，可以大大提高发动机 的功率，目前这种材料在发动机的活塞中已经大批量 使用。 ２．２镁合金材料 铝镁合金比刚度、比强度高于其他材料，阻尼系数 高，电磁屏蔽性强，可回收，对环境没有危害，是汽车制 造行业公认的最具发展潜力的材料，制造成本和工艺技 术的不断突破，为铝镁合金的推广打下了良好基础，运 用的汽车产品上主要是压铸材料，其中，离合器踏板、变 速箱外壳、气缸盖，都是重要的运用部分，与传统的钢结 构材料相比，铝镁合金技术的重量可以减少３０％，随着汽 车轻量化的不断发展，以及众多高科技产品的出现，铝 镁合金必然会有重要的应用场景。 ２．３钛合金 钛材料的轻质、高强度等性能，早已为汽车制造商 所注目。目前的赛车几乎都使用了钛材。汽车用钛部件 主要包括：阀、悬架弹簧和气门弹簧、气门、连杆等。钛基 合金材料最早由丰田公司研发，这种材料的基体是以Ｔｉ一 ６Ａ１．４Ｖ合金，增强体是Ｔｌｂ，生产的工艺采用粉末冶金法， 大大提高了性能，降低了成本，在发动机连杆的重量减 轻上有重要作用。用钛基合金制作的工业元件抗拉强度 高于普通高强大钢材料２０％，目前，钛基合金的研发制造 成本居高不下，是限制企业使用该种材料的重大瓶颈，所 以，降低钛合金的制造成本是今后的重点工作。
作者简介：刘建兰（１９７１一），女，河南洛宁人，大学本科，一级实习指
导教师，研究方向：机械设计制造。
万方数据
企业技术开发 马氏体钢。近年来，冷成型钢板的开发中，行业内已经能 够生产１ ６００ＭＰａ的马氏体退火钢板和１ ３００ＭＰａ的镀锌钢 板。热成型钢板的开发中，行业内已经实现了１ ６００ＭＰａ热 成型零件无限制供货能力，这些技术进步都极大地支撑 了汽车的轻量化。
４５０００６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃａｎｎｏｔ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅ
ｃｏｒｅ
ｄｏ ｗｉｔｈｏｕｔ
ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ，
第３４卷第１３期
曹锋：监控系统在高速公路中连续长下坡路段中的应用研究
则会导致大型货车冲破路侧护栏或者在开入避险车道 的时候直接冲出，出现车辆坠落等较为严重的交通事故
发生。
传给主控计算机，辅助监控工作人员进行调查工作，大大 减少救援的时间。将损失和伤亡都降到最低。 ２．４警告诱导系统 高速公路上由于地形地势的原因，往往存在一些视 觉距离比较差的路段，在这些路段通常会设置视线诱导 以及闪光警示设施。一般情况下，视觉距离较差的路段 与供电点距离较长，所以，所安装设置的设备可以运用 太阳能进行供电。这种设置在能见度较差时，如夜间或 者是大雾天气等可以打开闪光灯，并且闪光灯必须进行 统一的闪烁而不是参差不齐的闪烁。除此之外，还可以 增添可以发光的轮廓标志、诱导标志等诱导视线的设施， 提升视觉的效果，有效吸引车辆驾驶人员的注意力。
２．４塑料
２轻质材料
目前，钢在汽车材料的主导地位已受到密度较小的 有色金属和塑料的有力竞争，铝合金、镁合金、钛合金、 塑料等轻质材料，由于密度较低，比刚度、比强度较高， 在汽车轻量化中，发挥越来越重要的作用。 ２．１铝合金材料 铝合金使用范围广，主要性能是耐腐蚀、形成方法 多、再利用程度高、强度大、质量轻，是代替钢铁降低汽 车自重比较成熟的轻量化材料之一，是汽车上应用得最 快最广的轻金属。近年来，随着铝合金制造工业的不断 成熟和成本的不断降低，汽车工程中能应用铝合金的地 方逐年增加，从底盘到车架，从车门到发动机都离不开 铝合金的贡献，在发达国家已经出现了全铝车身的概念 汽车，汽车上的铝合金可划分为３种：铸造铝合金，变形 铝合金，铝基复合材料。 ２．１．１铸造铝合金材料 汽车上的主要部件都已经采用了铸造铝合金材料， 主要是发动机、变速器、传动系统、制动系统、各种助力 装置，这种改良的材料在欧美汽车工业发达的国家和地 区，早已经得到了普遍应用，铸造的铝合金已经逐步淘 汰原有笨重的钢材料和铁质材料，而且炼铝业中铸造铝 合金的产量，大部分被汽车制造行业所消化。在德国，铝 铸件的６７％，压铸件的７８％都是汽车用材。同时，铝材料 可以使用多种铸造工艺来铸造，常用的有沙漠铸造法、 压铸制造法、硬膜铸造等方法。 ２．１．２变形铝合金材料 汽车制造材料的强度和韧性要在传统材料基础上 有很大提高，需要对上述的铸造铝合金进行优化，而变 形铝合金的出现填补了这项技术缺陷，汽车制造中可以 使用的部位，主要在车辆骨架、汽车引擎的散热器、汽车 轮毂、空调部件和悬架中的关键零件。变形铝合金主要 优点是解决了汽车轻量化的问题，所以，许多汽车厂商 开始采用这种材料，２００５年德国的ＮＸＳ就采用了全铝的 非承载式车身，比较而言，冷轧钢板就逊色很多，同样 的车身，用两种不同的材料制作汽车车身，重量相差有
ｏｎ
ａｎｄ
ｐｒｏｖｉｄｅｓ
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ｓｔｒｏｎｇ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ
ｇｏ ａｂｒｏａｄ，ｔｈｉｓ
ａｒｔｉｃｌｅ
ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ａｌｌｏｙ，ｐｌａｓｔｉｃ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ
ｃｕｒｒｅｎｔ
ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆ
ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ
ｅｎｅｒｇｙ
ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ，ａｎｄ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ｎｅｗ
ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｅｍｅｒｇｅ
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ｔｈｅ ｔｉｍｅｓ ｒｅｑｕｉｒｅ ｃｏｍｐｌｙ
ｗｉｔｈ
ｎａｔｉｏｎａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ
ｔｏ
ａｎｄ
ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｇｒｏｗｔｈ
起。高强度钢具有强度高、质量轻、成本低等特点，有助 于汽车的轻量化，而且能够提高安全性，所以，汽车用高 强度钢已成为颇具竞争性的轻量化材料。就目前的工业 发展状况来看，车辆的主要部分如悬架、底盘和车身结 构需要高强度钢的应用较多。这些部位的高强度钢，大多 是在原有材料基础上，添加不同成分的合金从而提高了 合金钢的强度和韧性。 最终形成固溶强化型钢板和析出强化型钢板，是制造 车体结构的主要材料，它具有很强的抗拉性，比普通的 低碳钢板多出３倍的抗拉强度。提高强度的同时，厚度也 可以大大的减低，以厚２ｉｎｌｎ的钢板为例，一般的侧面可 以压缩和拉伸到０．０８ｍｉｌｌ，而强化钢板可以压缩到０．０５ｍｍ，
１高强度钢
汽车的重量有１／４来自于车辆的自身，车身材料的重 量决定汽车的整备质量，原有钢材料已经被逐步的淘汰 和替换掉，但是不同强度钢材料的多方位应用却日渐兴
收稿日期：２０１５—０３—０８
这个细微的变化和对汽车工业的进步来说，已是重大进
步。实现了性能和质量的双重优化。因此，是车身轻量化 的重要材料，现在超高强度钢板的使用已越来越广泛， 产品也在不断地升级。例如，硼合金超高强钢的强度可 以达到１ ５００ＭＰａ，是铝合金的５倍，而密度只有铝合金的 ３倍，因此，减重比铝合金更有效。比全铝合金车身可减 重３０％，但成本却比铝制车身减少３０％。主要的先进高强 度钢（ＡＨＳＳ）钢种还有：双相钢、复相钢、相变诱发塑性钢、