淺析新材料與新工藝在汽車輕量化中的應(yīng)用

　　節(jié)能減排是經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點，汽車行業(yè)的節(jié)能減排更是重中之重。汽車輕量化是汽車工業(yè)所要實現(xiàn)的主要目標之一。有數(shù)據(jù)表明，汽車質(zhì)量每降低300 Kg，壽命期內(nèi)的排放可降低約20%。據(jù)統(tǒng)計，轎車總重量的30%來自汽車車身的內(nèi)、外覆蓋件。所以，降低車身質(zhì)量以期實現(xiàn)降低燃油消耗以及減小污染排放的目標，對整個汽車行業(yè)乃至國計民生都有著重要的意義。

　　汽車輕量化一般通過采用新材料和新的加工工藝來實現(xiàn)。高強度鋼板，鋁合金，鎂合金等一些輕質(zhì)高強材料在汽車車身，發(fā)動機，座椅支架等結(jié)構(gòu)和零部件中得到了應(yīng)用。下面針對每一種輕量化材料的特點進行材料性能和相應(yīng)加工工藝的介紹：

　　高強度鋼較鋁、鎂合金在成本、加工工藝和抗碰撞性能方面具有優(yōu)勢。車用高強度鋼通過固溶強化、位錯強化、細晶強化等手段提高其強度，其本身的塑性和成形性則通過應(yīng)變誘導(dǎo)塑性，剪切帶誘導(dǎo)塑性和孿晶誘導(dǎo)塑性等機制提高。由于強度較高，利用傳統(tǒng)冷沖壓工藝對其進行成形出現(xiàn)不易成形，成形過程中易出現(xiàn)破裂，且成形之后回彈較高。

　　因此，針對高強度鋼板冷成形中存在的問題，熱成形技術(shù)應(yīng)運而生。熱成形是將板料在高溫爐中進行加熱奧氏體化，之后傳送到模具中，成形的過程中進行淬火，實現(xiàn)鋼板組織由奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)化，最終形成具有超高強度的零部件。在加熱階段，加熱的溫度和保溫的時間是關(guān)鍵的因素，過高的溫度以及過長的保溫時間會對板料表面造成過燒，產(chǎn)生晶粒粗大等不利于板料淬火性能的影響。通常，加熱溫度約為900℃，時間約為5分鐘。淬火階段，冷卻速率一般大于30℃/s，以控制模具中冷卻介質(zhì)的循環(huán)壓力以及循環(huán)速率，確保板料成形時快速均勻的冷卻。

　　鋁合金等材料具有重量輕，比強度高，耐腐蝕等優(yōu)點，根據(jù)鋁合金中加入的合金元素和加工工藝性能的特點，鋁合金可以分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金為通過塑性變形加工的鋁合金，其冶金產(chǎn)品有板材、管材、型材、線材等。這些產(chǎn)品一般組織致密，成分均勻，具有強度高、塑性好、比強度大等特點。鑄造鋁合金事宜于熔融狀態(tài)下充填鑄型，用來澆注各種形狀的機械零件，這種鋁合金具有良好的充填性，較小的收縮性，較低的熱裂性以及較差的塑性延展性。

　　鋁合金材料本身生產(chǎn)成本較高且在室溫成形性能低于鋼板，使得在汽車車身以及底盤構(gòu)件上的應(yīng)用受到限制，為了提高鋁合金板的成形性能，常采用溫成形工藝進行加工。鋁合金溫成形的溫度范圍約為200℃～300℃。溫成形能緩解熱成形所造成的產(chǎn)品氧化嚴重以及工藝成本較高等問題。在溫成形過程中，鋁合金板的塑性增強，變形抗力降低，同時產(chǎn)生應(yīng)力松弛降低了回彈，從而提高了車身覆蓋件的成形精度。

　　鎂合金重量輕，減震效果好，鑄造性能優(yōu)異，在發(fā)生碰撞的時候?qū)θ说膫�害小，現(xiàn)在全球約有62%的汽車方向盤是用鎂合金制作的。但是，鎂合金的耐腐蝕性差，在零部件制造過程中存在壓鑄成本高，廢品率高等問題。此外，與鋁合金相比，鎂合金在熔融到成型的過程中需要有額外的氣體保護以避免發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，熔融設(shè)備和零部件后期防腐處理的成本均高于鋁合金。因此，需要通過生產(chǎn)工藝的改進去規(guī)避材料在成型過程中的劣勢，降低鎂合金零部件生產(chǎn)的成本。鎂合金零部件的生產(chǎn)主要采用壓鑄成形的工藝。壓力鑄造是一種將熔融合金液倒入壓室內(nèi)，以高速充填鋼制模具的型腔，并使合金液在壓力下凝固而形成鑄件的鑄造方法。 它的主要特點是高壓和高速。金屬液是在壓力下填充型腔的，并在更高的壓力下結(jié)晶凝固。金屬液以高速充填型腔，整個充型的時間極短約為0.01-0.2秒(具體鑄件尺寸大小決定)內(nèi)即可填滿型腔。整個工藝將 壓鑄機、壓鑄合金與壓鑄模具這三大要素有機地加以綜合運用，從而高效而穩(wěn)定地生產(chǎn)出外觀、內(nèi)在質(zhì)量好的合格鑄件，甚至優(yōu)質(zhì)鑄件。

　　綜上所述，對比分析了高強度鋼，鋁合金和鎂合金這三種車用輕量化材料各自的優(yōu)點和缺點，并對每種材料的加工工藝進行了介紹。由于整車不同部件對強度，碰撞性以及防腐蝕等性能要求不同，可根據(jù)每種材料各自的特點進行結(jié)構(gòu)和零部件的設(shè)計，優(yōu)化材料使用在保證安全性的同時，實現(xiàn)汽車的輕量化，以達到節(jié)能減排的目的。

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