再谈车用轻量化材料:路漫漫其修远兮
汽车轻量化能带来的种种好处有:降低油耗,促进能源环境保护;有助于提升汽车动力性、制动性和通过性;同时,在不改变汽车结构材质的条件下,通过结构优化设计也可达到轻量化,节省原材料消耗,降低成本。并通过一系列数据理性分析了选择轻量化所要面对的成本平衡问题。
汽车轻量化的实现主要通过使用大量的轻量化材料,综合来看,尽管难题重重,不过作为一种极有前景的技术,车用轻量化材料仍然倍受各大车企的青睐。福特、丰田、大众、通用、宝马都相继研发了各自的轻量化汽车,提出不同的轻量化指标。

目前可选择的轻量化材料并不是很多,主要有高强度钢、铝合金、碳纤维及纤维复合材料、工程塑料等等几类较为成熟的材料,但效果并不尽如人意。早前有数据显示,普通汽车所用的材料中,铁及模具钢占约55%,高强度钢15%,铝合金及塑料各10%,剩下10%为铜、钛等其他材料。不过随着新材料的发展,必定存在这样的趋势:普通钢材用量将逐渐减小,新型轻量化材料比例增加。
高强度钢是目前综合成本小的一类轻量化材料,在我国众多钢铁企业中颇受重视,且取得了明显进展。一代、二代、三代、甚至四代先进高强度钢目前已经基本形成系列,在汽车工业中有较多的应用,例如车身板、底盘、悬架等零部件。可以说,国内先进钢(特别是双相钢)的开发和应用技术研究已经达到国际先进水平。
地球上铝元素含量位列第三位,资源丰富。铝的密度仅2.72(质轻是铝合金大的武器,高强度钢减少10%的车重,相应的铝合金可减重40%左右。),但强度就无法和钢材相提并论了,这样势必会通过增加厚度来补充强度,综合下来铝合金可实现的减重能达到30%-40%。不过车用铝合金的加工工艺难以控制,技术不到位,成本居高不下,对汽车厂商并没有太大的吸引力。早前福特曾试水发布了款全铝车身F-150,随后牧马人也曾跃跃欲试,效仿福特,但终因装配工艺问题选择放弃,只在车门、保险杠等部分面板上采用铝来以降低车重。

全碳纤维车身,福特GT(概念车)
碳纤维性能优异,前几期轻量化专栏中也多有提到。其前景十分良好,但成本依然是个问题,不少车企曾尝试开发的全碳纤维汽车观赏价值更多于实用价值。工程塑料发展势头迅猛,似乎也正以迅雷不及掩耳之势“侵占”不少汽车部件,尤其是仪表盘、内外装饰、保险杠外罩和发动机内罩板等。此外,还有其他一些复合材料,如纤维增强复合材等近年来用量有较快增长,但仍或多或少存在原料限制、技术不足等一些问题。
目前,由于钢铁材料在强度、塑性、抗冲击、成本等方面具有综合优越性,在汽车材料中的主导地位仍不可动摇。我们期待各种轻量化材料飞速发展,实现多材料结构优化,将“合适的材料用在合适的部位”。
更多信息请关注复合材料信息网www.cnfrp.com
汽车轻量化的实现主要通过使用大量的轻量化材料,综合来看,尽管难题重重,不过作为一种极有前景的技术,车用轻量化材料仍然倍受各大车企的青睐。福特、丰田、大众、通用、宝马都相继研发了各自的轻量化汽车,提出不同的轻量化指标。

目前可选择的轻量化材料并不是很多,主要有高强度钢、铝合金、碳纤维及纤维复合材料、工程塑料等等几类较为成熟的材料,但效果并不尽如人意。早前有数据显示,普通汽车所用的材料中,铁及模具钢占约55%,高强度钢15%,铝合金及塑料各10%,剩下10%为铜、钛等其他材料。不过随着新材料的发展,必定存在这样的趋势:普通钢材用量将逐渐减小,新型轻量化材料比例增加。
高强度钢是目前综合成本小的一类轻量化材料,在我国众多钢铁企业中颇受重视,且取得了明显进展。一代、二代、三代、甚至四代先进高强度钢目前已经基本形成系列,在汽车工业中有较多的应用,例如车身板、底盘、悬架等零部件。可以说,国内先进钢(特别是双相钢)的开发和应用技术研究已经达到国际先进水平。
地球上铝元素含量位列第三位,资源丰富。铝的密度仅2.72(质轻是铝合金大的武器,高强度钢减少10%的车重,相应的铝合金可减重40%左右。),但强度就无法和钢材相提并论了,这样势必会通过增加厚度来补充强度,综合下来铝合金可实现的减重能达到30%-40%。不过车用铝合金的加工工艺难以控制,技术不到位,成本居高不下,对汽车厂商并没有太大的吸引力。早前福特曾试水发布了款全铝车身F-150,随后牧马人也曾跃跃欲试,效仿福特,但终因装配工艺问题选择放弃,只在车门、保险杠等部分面板上采用铝来以降低车重。

全碳纤维车身,福特GT(概念车)
碳纤维性能优异,前几期轻量化专栏中也多有提到。其前景十分良好,但成本依然是个问题,不少车企曾尝试开发的全碳纤维汽车观赏价值更多于实用价值。工程塑料发展势头迅猛,似乎也正以迅雷不及掩耳之势“侵占”不少汽车部件,尤其是仪表盘、内外装饰、保险杠外罩和发动机内罩板等。此外,还有其他一些复合材料,如纤维增强复合材等近年来用量有较快增长,但仍或多或少存在原料限制、技术不足等一些问题。
目前,由于钢铁材料在强度、塑性、抗冲击、成本等方面具有综合优越性,在汽车材料中的主导地位仍不可动摇。我们期待各种轻量化材料飞速发展,实现多材料结构优化,将“合适的材料用在合适的部位”。
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