汽车轻量化材料应用与发展

目前全球中型轿车平均质量约为1200～1400kg，汽车发达国家力争在2015年将其降至1000kg以下。具有环保性和可回收的材料使用会日益广泛。可用来减轻汽车质量的材料有两大类：一类是高强度钢，另一类是轻质材料，如铝合金、镁合金、钛合金、塑料及复合材料等。

1.高强度材料

由表2-10可以看出，除疲劳强度外，其他性能均与板厚和材料性能的n次方成正比。国外高强度钢（屈服强度为210～550MPa）在轿车车身上的应用比例逐年增加，目前约为50%，我国汽车工业计划用3～5年的时间将目前低于20%的比例提高到40%以上。

表2-10 高强度钢板的应用与作用

注：R_m—抗拉强度，σ_-1—疲劳强度，t—板厚，σ_p—成型构件应变下的流变应力，E_D—动负荷设计弹性模量，n—常数。

除高强度钢以外，还使用高强度结构钢、高强度不锈钢、高强度铸铁和粉末冶金的高强度材料。

2.轻质材料

（1）铝及铝合金 表2-11给出汽车常用的铝制零件。由表2-12可以看出铸铁零件改用铝制以后，可以减轻重量平均超过50%，而钢制零件重量减轻得少一些，这是因为钢制零件一般用于传力较大的零件。(www.xing528.com)

表2-11 铝材在汽车中的应用

表2-12 铝件代替铸铁件和钢件时质量对比（举例）

（2）镁及镁合金 镁合金的密度只是铝合金的2/3，是结构材料中最轻的金属。它的比强度高于铝合金和钢。除了能够承受一定的载荷以外，还具有较高的抗冲击性。镁合金具有良好的铸造性和尺寸稳定性，容易加工，废品率低，具有较大的阻尼系数，用于壳体可以降低噪声，用于座椅、轮圈可以减少振动。可循环利用率高，可达100%。可以用于汽车的车架、仪表板、转向盘、气缸盖、制动踏板等。

（3）钛及钛合金 钛的密度小（4.5g/cm³）强度高（1500MPa），比强度高，耐高温、耐腐蚀。一些大汽车厂在传动系统（驱动齿轮、从动轴等）、排气系统、发动机系统、减振器、缓冲器等零部件采用钛合金。但因其价格高，主要用于赛车。

（4）塑料及其复合材料 这是一类用于汽车的重要的非金属材料。它减轻零部件的重量和降低材料采购成本都达到40%。世界汽车塑料使用量在2000年平均一台车已经达到105kg，约占汽车总质量的8%～12%，而奥迪A2型轿车中使用塑料件的总质量已达220kg，占总材料质量的24.6%。发达国家汽车使用塑料占塑料总消耗量的7%～11%，而且仍在迅速增加。目前汽车使用的塑料主要有：聚丙烯（PP）占21%，聚氨酯（PUR）占19.6%，聚氯乙烯（PVC）占12.2%，热固性复合材料占10.4%，ABS占8%，尼龙（PA）占7.6%，聚乙烯（PE）占6%。