再談車用輕量化材料:路漫漫其修遠兮
汽車輕量化能帶來的種種好處有:降低油耗,促進能源環境保護;有助于提升汽車動力性、制動性和通過性;同時,在不改變汽車結構材質的條件下,通過結構優化設計也可達到輕量化,節省原材料消耗,降低成本。并通過一系列數據理性分析了選擇輕量化所要面對的成本平衡問題。
汽車輕量化的實現主要通過使用大量的輕量化材料,綜合來看,盡管難題重重,不過作為一種極有前景的技術,車用輕量化材料仍然倍受各大車企的青睞。福特、豐田、大眾、通用、寶馬都相繼研發了各自的輕量化汽車,提出不同的輕量化指標。

目前可選擇的輕量化材料并不是很多,主要有高強度鋼、鋁合金、碳纖維及纖維復合材料、工程塑料等等幾類較為成熟的材料,但效果并不盡如人意。早前有數據顯示,普通汽車所用的材料中,鐵及模具鋼占約55%,高強度鋼15%,鋁合金及塑料各10%,剩下10%為銅、鈦等其他材料。不過隨著新材料的發展,必定存在這樣的趨勢:普通鋼材用量將逐漸減小,新型輕量化材料比例增加。
高強度鋼是目前綜合成本小的一類輕量化材料,在我國眾多鋼鐵企業中頗受重視,且取得了明顯進展。一代、二代、三代、甚至四代先進高強度鋼目前已經基本形成系列,在汽車工業中有較多的應用,例如車身板、底盤、懸架等零部件。可以說,國內先進鋼(特別是雙相鋼)的開發和應用技術研究已經達到國際先進水平。
地球上鋁元素含量位列第三位,資源豐富。鋁的密度僅2.72(質輕是鋁合金大的武器,高強度鋼減少10%的車重,相應的鋁合金可減重40%左右。),但強度就無法和鋼材相提并論了,這樣勢必會通過增加厚度來補充強度,綜合下來鋁合金可實現的減重能達到30%-40%。不過車用鋁合金的加工工藝難以控制,技術不到位,成本居高不下,對汽車廠商并沒有太大的吸引力。早前福特曾試水發布了款全鋁車身F-150,隨后牧馬人也曾躍躍欲試,效仿福特,但終因裝配工藝問題選擇放棄,只在車門、保險杠等部分面板上采用鋁來以降低車重。

全碳纖維車身,福特GT(概念車)
碳纖維性能優異,前幾期輕量化專欄中也多有提到。其前景十分良好,但成本依然是個問題,不少車企曾嘗試開發的全碳纖維汽車觀賞價值更多于實用價值。工程塑料發展勢頭迅猛,似乎也正以迅雷不及掩耳之勢“侵占”不少汽車部件,尤其是儀表盤、內外裝飾、保險杠外罩和發動機內罩板等。此外,還有其他一些復合材料,如纖維增強復合材等近年來用量有較快增長,但仍或多或少存在原料限制、技術不足等一些問題。
目前,由于鋼鐵材料在強度、塑性、抗沖擊、成本等方面具有綜合優越性,在汽車材料中的主導地位仍不可動搖。我們期待各種輕量化材料飛速發展,實現多材料結構優化,將“合適的材料用在合適的部位”。
更多信息請關注復合材料信息網m.lzzz.net
汽車輕量化的實現主要通過使用大量的輕量化材料,綜合來看,盡管難題重重,不過作為一種極有前景的技術,車用輕量化材料仍然倍受各大車企的青睞。福特、豐田、大眾、通用、寶馬都相繼研發了各自的輕量化汽車,提出不同的輕量化指標。

目前可選擇的輕量化材料并不是很多,主要有高強度鋼、鋁合金、碳纖維及纖維復合材料、工程塑料等等幾類較為成熟的材料,但效果并不盡如人意。早前有數據顯示,普通汽車所用的材料中,鐵及模具鋼占約55%,高強度鋼15%,鋁合金及塑料各10%,剩下10%為銅、鈦等其他材料。不過隨著新材料的發展,必定存在這樣的趨勢:普通鋼材用量將逐漸減小,新型輕量化材料比例增加。
高強度鋼是目前綜合成本小的一類輕量化材料,在我國眾多鋼鐵企業中頗受重視,且取得了明顯進展。一代、二代、三代、甚至四代先進高強度鋼目前已經基本形成系列,在汽車工業中有較多的應用,例如車身板、底盤、懸架等零部件。可以說,國內先進鋼(特別是雙相鋼)的開發和應用技術研究已經達到國際先進水平。
地球上鋁元素含量位列第三位,資源豐富。鋁的密度僅2.72(質輕是鋁合金大的武器,高強度鋼減少10%的車重,相應的鋁合金可減重40%左右。),但強度就無法和鋼材相提并論了,這樣勢必會通過增加厚度來補充強度,綜合下來鋁合金可實現的減重能達到30%-40%。不過車用鋁合金的加工工藝難以控制,技術不到位,成本居高不下,對汽車廠商并沒有太大的吸引力。早前福特曾試水發布了款全鋁車身F-150,隨后牧馬人也曾躍躍欲試,效仿福特,但終因裝配工藝問題選擇放棄,只在車門、保險杠等部分面板上采用鋁來以降低車重。

全碳纖維車身,福特GT(概念車)
碳纖維性能優異,前幾期輕量化專欄中也多有提到。其前景十分良好,但成本依然是個問題,不少車企曾嘗試開發的全碳纖維汽車觀賞價值更多于實用價值。工程塑料發展勢頭迅猛,似乎也正以迅雷不及掩耳之勢“侵占”不少汽車部件,尤其是儀表盤、內外裝飾、保險杠外罩和發動機內罩板等。此外,還有其他一些復合材料,如纖維增強復合材等近年來用量有較快增長,但仍或多或少存在原料限制、技術不足等一些問題。
目前,由于鋼鐵材料在強度、塑性、抗沖擊、成本等方面具有綜合優越性,在汽車材料中的主導地位仍不可動搖。我們期待各種輕量化材料飛速發展,實現多材料結構優化,將“合適的材料用在合適的部位”。
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