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汽車輕量化材料迎接新挑戰

    汽車用鋼板越來越薄、復合材料應用不斷擴大 ：但是汽車輕量化材料迎接新挑戰。“2013年是汽車關鍵輕量化技術開發與整車的集成應用項目執行期的后1年，一些汽車輕量化的關鍵技術有望進行推廣應用。”日前，汽車輕量化技術創新戰略聯盟，召開了“十二五”科技支撐計劃“汽車關鍵輕量化技術開發與整車的集成應用”項目推進會。與會人士透露，目前，我國已基本突破車身輕量化設計技術與評價方法、超高強度鋼零件沖壓熱成形技術、高強度鋼零件先進成形技術、纖維增強塑料模塊化設計與應用技術、形變鋁合金零件開發和以整車減重為目標的多種輕量化技術集成應用等汽車輕量化關鍵技術。
    是采用沖壓的方法制造，即用模具擠壓材料成型。車用鋼板強度增強就對沖壓工藝提出了更高的要求，而且現在深沖部件很多，材料容易出現裂紋和折皺。為了避免上述情況發生，廠商都要研究沖壓時鋼板的變形情況以防止沖壓時鋼板發生撕裂。但鋼板強度越好越難沖壓的矛盾始終存在。
    為了從根本上解決高強度鋼的沖壓問題，一種新型鋼材被應用于汽車車身的生產。這種鋼材的基質是比較柔軟、韌性好的鐵素體，其中鑲嵌了硬度好的馬氏體，在沖壓時比較容易成型，成型后又具有相當的強度。因此，這種新型汽車用鋼將會使汽車更加安全。目前，車用鋼板的厚度已經降到了0.6mm。分析師羅百輝表示，這可能已經到了鋼板厚度的極限，鋼板再薄就算其自身強度再高，也失去了很多材料本身的結構穩定性。現在車用鋼板受到新材料的挑戰越來越大。鐵的原子量決定了其密度無法改變，通過減薄來減重的道路似乎也走到了盡頭。據了解，汽車輕量化技術創新戰略聯盟正在與長安汽車集團合作，共同研發和推廣“以鋁代鋼”的引擎蓋。王智文介紹，這項研究是出于在發生事故時保護行人安全的考量。
    因為在引擎蓋等部分應用鋁合金可以減輕撞擊對人身造成的二次傷害。鋁板的重量雖然大約為鋼板的1/3，但其可吸收的碰撞能量卻是鋼板的兩倍。鋁合金在遭遇撞擊時的安全系數更高，因為其材質有非常好的吸能作用。現在鋁合金正逐漸在高端車上被廣泛采用，全鋁的SUV已經出現，用鋁做車頭結構的高端車也正在被業內所效仿。對于一些鋼鐵企業而言，汽車用鋼占到目前產品銷量的1/3左右。為保證其汽車用鋼的市場，應對新材料的沖擊，許多鋼鐵企業正積極和汽車企業合作開發新一代輕量化高強度鋼，期望能夠與鋁合金、塑料、碳纖維復合材料相抗衡。
    復合材料仍需時日
    據美國化學工業學會的資料顯示，目前汽車塑料零部件的重量總和還不及汽車總重量的1/10，因此，可以擴展應用的空間還非常廣闊。復合材料唯一的缺點就是阻燃性差，但加入阻燃材料后能得到改善。近年來，為了提升市場競爭優勢，各車企紛紛研發并上馬采用了輕量化設計的車型。寶馬將于今年秋季量產BMWi3純電動汽車，這款汽車的大特點是，外殼材料為塑料、底盤材料為鋁合金，與傳統同類車型相比，實現減重250～350千克。據本土車企中，長城汽車股份有限公司和奇瑞汽車股份有限公司是在這一研究領域走得遠的兩家車企。奇瑞的A3CC雙門跑車前翼子板采用Noryl GTX樹脂制成。
    在2012年北京車展上，長城展出的哈弗E概念車的7個車窗組件，均采用拜耳模克隆聚碳酸酯制成，并配有大尺寸全景天窗。這是我國本土汽車制造商次如此大范圍應用聚碳酸酯車窗。此外，除了家轎市場，卡車的輕量化也早已被提上議程。北汽福田已將其中型和重型卡車的保險杠從鋼材改為塑料材質，并在部分汽車零部件中啟用了玻纖增強塑料，還把部分鋼制發動機部件也更換為塑料部件。但是，盡管目前國外整車企業在輕量化上已經日趨成熟，而我國本土車企還處于學習或者是追趕的階段。“這是因為國內復合材料工業還比較落后，尤其是高端材料完全被國外的一些化學廠商所壟斷控制，他們掌握材料的設計技術、分析技術和零部件的設計技術。
    由于高端材料例如高強度碳纖維材料，長期被國外技術壟斷導致產品成本居高不下，一些企業只能放棄高端材料在汽車上的使用。”不飽和聚酯樹脂行業協會副秘書長趙鴻漢說。在不久前舉行的第二屆國際汽車輕量化創新材料與成型技術應用高峰論壇的間隙，海源機械高級工程師蔣鼎豐也曾經向媒體表示，其公司正在調研碳纖維汽車零部件整套裝備市場。“該裝備正式上市的時間還說不準，我們在技術上還需要做一些投入，還要找到市場的切入點，個人估計在2017、2018年出來。”他稱，上暫時還很少有企業能夠大批量生產碳纖維汽車零部件裝備，“寶馬也是剛剛開發”。此外，他表示，只有碳纖維材料能夠將汽車重量減輕50%～60%，而目前的材料只能將汽車重量減輕25%左右。