2024年新型材料汽車方面運用（完整文檔）

第頁2024年新型材料汽車方面運用（完整文檔）

1新型材料在汽車方面的運用

摘要：隨著汽車技術(shù)發(fā)展的日益成熟，汽車的功能日益完善，汽車的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的汽車通常由幾千個零件組成，現(xiàn)代高級矯車由幾萬個零部件組成。為滿足汽車節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適的要求，實現(xiàn)輕量化、高強度、高性能的目標(biāo)，構(gòu)成汽車的材料也發(fā)生了巨大的變化。通常按照材料的成分，將汽車材料分為金屬材料和非金屬材料兩大類。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，未來汽車材料除金屬材料、非金屬材料外，復(fù)合材料和納米材料也將獲得廣泛應(yīng)用。比如全鋁合金、鈦合金、陶瓷合金、碳纖維材料等等越來越多的新材料應(yīng)用在汽車上。

1.傳統(tǒng)汽車材料的現(xiàn)狀和不足

目前汽車材料行業(yè)是向著輕量化以及環(huán)?；姆较虬l(fā)展，輕量化的發(fā)展能夠很大程度上減少汽車尾氣，增大汽油的燃燒效率，所以輕量化材料是將來的一個重要發(fā)展方向。

11.1傳統(tǒng)汽車材料的現(xiàn)狀

目前在汽車制造過程所使用的主要材料是鋼鐵，因為其不僅擁有良好的物理性能，具備極強的抗拉抗壓能力，還擁有良好的化學(xué)性能，具有優(yōu)秀的抵抗化學(xué)腐蝕的能力，而且還有一個重要的原因是鋼鐵價格低廉，能夠充分滿足汽車制造的需求，所以鋼鐵材料在汽車中的應(yīng)用十分廣泛。通過研究德系車的相關(guān)資料可以發(fā)現(xiàn)，在整個汽車的質(zhì)量中，金屬材料的質(zhì)量占比達到了69.7%，其中低合金鋼和非合金鋼的質(zhì)量占比大約38.2%，鑄鋼和燒結(jié)剛的質(zhì)量占比約14.8%，還有一小部分屬于高合金鋼，質(zhì)量占比大約1.8%。常見的用來生產(chǎn)汽車材料的鋼材主要是鋼板和特鋼，在汽車的一些重要部分，比如說車蓋、門板等處需要使用到一些質(zhì)量比較好的鋼材，其對物理和化學(xué)性能的要求都比較高，要具備良好的塑性、抗拉抗壓強度，還要擁有一定的抗腐蝕能力。有些部門的

2對鋼材的一些特殊性能還有著要求，這就需要使用到特殊鋼，例如彈簧、連桿等處適宜使用碳結(jié)鋼和彈簧鋼。

21.2目前傳統(tǒng)汽車材料存在的不足

隨著社會的發(fā)展，科技的進步，人們對汽車性能要求越來越高，節(jié)能降耗和降低排放污染為主要要求，而傳統(tǒng)汽車由于自身材料的性質(zhì)，無法滿足人們的要求。

在環(huán)保方面的不足，特別是在空氣污染方面，在大氣中排放的大量有害氣體會對大自然的生態(tài)環(huán)境帶來極其嚴(yán)重的破壞，對大氣層造成破壞，全球氣候變暖等等。在北京市中，每年的激動數(shù)量都在迅速增長但是汽車生產(chǎn)技術(shù)并沒有同步提高，關(guān)于凈化排氣系統(tǒng)的技術(shù)也一直沒有進步，造成了國內(nèi)汽車尾氣的排放量遠遠超過了國外發(fā)達國家。同時因為交通條件差，汽車的維修條件差等一些因素造成了背景的汽車尾氣污染問題一天比一天嚴(yán)重。最近幾年在市區(qū)內(nèi)的對其氮氧化物含量一直在增加尤其是交通干道和路口地區(qū)的空氣中一氧化碳和氮氧化物含量常年超過國家標(biāo)準(zhǔn)。

在油耗方面的不足，由于技術(shù)問題，傳統(tǒng)動力總成的油耗居高不下，造成一部分不必要的燃油損耗。在2024年的時候，有國內(nèi)學(xué)者表明通過一些技術(shù)手段可以降低30%的油耗，若是能夠同時應(yīng)用盈量化，則油耗還能夠?qū)⒌母汀?/p>

2.輕量化新型材料的優(yōu)勢

有相關(guān)資料表明，在2024年年底以前，我國已有的機動車數(shù)量達到2.38億，其中汽車數(shù)量在歷史上第一次過億，在全球范圍內(nèi)排名第二，專家預(yù)測這個數(shù)量在未來幾年還會繼續(xù)增加，一直到2024年的時候?qū)坏陀趦蓛|。在全球范圍內(nèi)，2024年的時候，汽車數(shù)量有9.2億，到了2024年的時候，這個數(shù)量上升到了11.2億。汽車數(shù)量的增加在給人們的出行帶來便利性的同時也帶來了新問題，比如能耗增加，環(huán)境污染加劇等等。為了防止汽車尾氣對大氣的污染，各個國家都出臺了相關(guān)政策來對汽車的尾氣排放進行了限制，制定了標(biāo)準(zhǔn)值，汽車排放的尾氣含量不能超過標(biāo)準(zhǔn)值。世界鋁業(yè)協(xié)會曾經(jīng)進行過統(tǒng)計，若是汽

3車重量能夠降低10%，則其在一定里程內(nèi)的油耗能夠降低不低于6%，不超過8%，在每一百公里中，燃油的消耗能夠減少一升，二氧化碳的排放能夠減少2.45千克。從這里便能夠看出來輕量化技術(shù)對于節(jié)能減排，降低污染有重大意義。

所謂輕量化，便是在不影響汽車各個構(gòu)件的使用性能的前提下，通過技術(shù)手段來降低其重量，從而使得能夠以最小的重量提供最優(yōu)秀的性能。通常來說輕量化手段有三種：其一是在結(jié)構(gòu)上改進，比方說原本的實體構(gòu)件用空心構(gòu)件來代替；其二是新型材料，開發(fā)性能上能夠滿足要求但是重量上比原本的材料低的材料，比如一些非金屬材料或者鋁合金鎂合金等等；其三是先進的工藝，比方說激光拼焊，輥壓成型等。車身在整輛車中的質(zhì)量占了大頭，在三分之一到二分之一左右，若是能夠降低車身質(zhì)量，則能夠極大的降低整輛車的質(zhì)量，所以通過開發(fā)新材料的方式來降低車身質(zhì)量是將來輕量化技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。

3.金屬材料對輕量化的應(yīng)用

金屬在工業(yè)化發(fā)展中起到了不可替代的作用，鋁合金是其中一個重要代表，率合金比重小，強度高，抗腐蝕能力優(yōu)秀，擁有良好的物理化學(xué)性能。

目前，鋁材才汽車上的應(yīng)用主要是車身、車輪、發(fā)動機等。有相關(guān)資料表明，德系車的平均重量為1.3噸，在其中鋁材占了九個點，日系車的平均重量為1.1噸，在其中鋁材占了九個點，韓系車的平均重量為1.2噸，在其中鋁材占了八個點，國產(chǎn)車的平均重量為1.4噸，在其中鋁材占了五個點。很明顯可以看出來，這些車系中，國產(chǎn)車的鋁材占比最低。同時其他的一些優(yōu)秀合金，像鎂鋅合金，在汽車中或多或少也有所應(yīng)用，但是其工藝水平還有待提高，在目前還不能完全取代鋼鐵材料的地位。

13.1有色金屬

有色合金取代鋼材應(yīng)用于汽車在將來是一個重要的發(fā)展方向。

3.1.1鋁合金的應(yīng)用鋁材隨著汽車技術(shù)的發(fā)展在其中應(yīng)用的范圍越來越廣。鋁材作為輕量化材料很早就被應(yīng)用在汽車技術(shù)中了，并且隨著技術(shù)發(fā)展，工藝也越來越成熟。隨

4著輕量化技術(shù)的發(fā)展，鋁材的相關(guān)工藝也迅速的進步，現(xiàn)在鋁材正在逐漸應(yīng)用于車身零件或者結(jié)構(gòu)件。比如車廂蓋，后車門等位置的構(gòu)件已經(jīng)開始出現(xiàn)鋁材。

鋁材具備優(yōu)秀的物理化學(xué)性能，同時其重度低，只有鋼材的三分之一，因此鋁材的應(yīng)用非常有助于輕量化技術(shù)的發(fā)展。

2000系鋁合金的強度不低，并且可鍛造性優(yōu)越，易焊接并且焊縫牢固。500系鋁合金中含有一定的鎂元素，鎂元素在鋁材中發(fā)生固溶強化效應(yīng)，導(dǎo)致其擁有極高的強度，同時因為其本身優(yōu)秀的塑性，所以在一些幾何形狀復(fù)雜的構(gòu)件中很適宜應(yīng)用。6000系鋁合金具備優(yōu)秀的物理化學(xué)性能，在車身的內(nèi)板外板都能使用。

3.1.2鎂合金的應(yīng)用不只鋁合金在輕量化技術(shù)的發(fā)展中起到了促進作用，還有鎂合金同樣具有優(yōu)秀的性質(zhì)。

鎂的可加工性好，抗凹性能強，減震性優(yōu)秀，重度上比鋁合金還要小，大約為其三分之二，在輕量化技術(shù)上的應(yīng)用上有著極大的發(fā)展空間。

在所有種類的輕金屬中，鎂是儲量最多的一種，在輕量化技術(shù)是效果最好的一種材料，即擁有足夠的強度，又擁有良好的可加工性和減震性能。被稱為二十一世紀(jì)的綠色工程材料，受到全世界的關(guān)注，在機動車、飛機甚至攝像機中有得到了普遍的應(yīng)用，而且需求量每年還在提升。鎂合金容易被切削和拋光，在熱環(huán)境下的可加工性能優(yōu)越。其熔點更低，更容易壓鑄成型。其抗拉強度通常能夠達到260兆帕，很難超過600照跑。在屈服強度和斷后伸長率指標(biāo)上比較接近鋁合金。除此之外還具備抗腐蝕，抗輻射以及電熱良導(dǎo)體的性能。壓鑄成型能力強，生產(chǎn)效率高。

美國通用公司在1997年的鎂消耗量為9500噸，在2024年的時候漲到30800噸，福特公司由17500噸漲到17900噸，而戴姆勒公司由7000噸漲到10000噸。在全世界范圍內(nèi)的汽車平均用鎂量大致為五千克，并且在逐年遞增。

鎂在過去只是一種可選材料，現(xiàn)在已經(jīng)成為了必選材料?，F(xiàn)在發(fā)展的重點是研究出應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件或者動力構(gòu)件的耐高溫抗侵蝕的鎂合金材料。

目前車門骨架也可以使用鎂合金來制造，其車門門框用鋁材制造，骨架和

5內(nèi)板用鎂合金制造，或者用鎂合金制造內(nèi)外車門板，中間使用加強筋來固定，從質(zhì)量上來看，比傳統(tǒng)的車門降低了十千克，而且具備不低的剛度?，F(xiàn)在壓鑄技術(shù)越來越成熟，用鎂合金已經(jīng)能夠制造出各種幾何形狀復(fù)雜的零件了。

3.1.3鈦合金的應(yīng)用鈦合金是一種新型的，具備良好綜合性能的材料，不僅密度小，而且還具有良好的物理化學(xué)性能，同時由于其在自然環(huán)境中的儲量十分豐富，所以這種材料在輕量化應(yīng)用上具備著廣闊的前景。

目前，鈦合金用于減輕汽車質(zhì)量方面主要應(yīng)用于汽車連桿、發(fā)動機氣門、鈦合金彈簧類，比方說在李大力出產(chǎn)的法拉利系列車型中，曾第一將鈦合金用做了汽車材料，所生產(chǎn)出的車型比常規(guī)車型的質(zhì)量降低了不低于15%，不超過20%；用Ti-6Al-4V材料制作而成的氣門相較傳統(tǒng)的鋼材所制作的氣門在質(zhì)量上降低了三成到四成。但是鈦合金在輕量化技術(shù)的應(yīng)用上發(fā)展并不快，因為這種合金的制作工藝比較復(fù)雜，加工比較困難，這些因素導(dǎo)致其成本高昂，因此鈦合金的應(yīng)用遭受了極大的限制。全球各個國家都在通過各種手段尋找成本更低的合金元素來降低其生產(chǎn)費用，促進鈦合金在輕量化應(yīng)用上的發(fā)展。

23.2黑色金屬

大部分汽車中黑色金屬在制造材料中的占比都不低于80%，其余材料的占比不超過20%。所謂黑色金屬便是鋼材，是鐵和碳元素的合金，根據(jù)碳元素含量的高低不同可以將其分為低碳鋼和特殊鋼。

3.2.1普通低碳鋼板當(dāng)前在生產(chǎn)過程所使用最多的材料是低碳鋼板。其厚度通常不低于0.2毫米，不超過3毫米，目前常見的白車的車身鋼板厚度通常不低于0.6毫米，不超過2毫米。這種材料的塑性加工性能比較強，而且其抗壓抗拉強度以及柔度都能滿足汽車的性能要求以及焊接要求。

3.2.2特殊鋼板冷軋鋼板：主要用途在于車身沖壓件，其厚度通常不低于0.15毫米，不超過3.2毫米，車身采用的鋼板一般比較薄，不低于0.6毫米，不超過0.8毫米。薄板在幾何尺寸上極為精確，表面光滑，擁有良好的機械性能，主要用途在于

6側(cè)圍板、行李箱蓋、發(fā)動機罩等等。

高強度鋼板：指的是抗拉強度不低于350兆帕的鋼板。其屈服強度較高，可以通過減少板材厚度的方法來達到輕量化的效果。通常在一些對強度和碰撞能力的要求比較高的部位使用高強度鋼板。

表面處理鋼板：表面處理通常是給鋼板表面鍍一層性質(zhì)不活躍的金屬材料。常見的鍍層材料有鋅、鋁、鉛錫等，通過鍍層將鋼板與外界環(huán)境隔絕起來，就不容易被元素侵蝕或者發(fā)生氧化反應(yīng)，從而增強了鋼板的性能。

高強度拼焊鋼板：根據(jù)所設(shè)計車型的特點在沒有進行沖壓之前將幾個厚度和性能有差異的鋼板拼焊起來便成了高強度拼焊鋼板。工藝的進步越來越快，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了超薄的拼焊鋼板，這種鋼板在保持高強度的同時極大的降低了質(zhì)量。

含磷高強度冷軋鋼板：這種板材在汽車中的各個構(gòu)件中都有使用，比如車外板、頂蓋、沖壓件等。其強度相對來說比較高，比起普通冷軋鋼板來說提高了不低于15個點，不超過25個點；在具備高強度的同時，其塑性也不差，斷后伸長隨著強度的提高有所降低，但降低的幅度非常?。豢骨治g能力也很強，比起普通冷軋鋼板來來說增強五分之一；點焊性能也很優(yōu)秀。

烘烤硬化冷軋鋼板：經(jīng)過高溫時效處理而使得強度提高的鋼板。簡稱為BH鋼板，在保持了足夠小的厚度的前提下?lián)碛胁坏偷膹姸?，可以在輕量化工藝中起到重要的作用。

冷軋雙向鋼板：具備了很多優(yōu)點，比方說加工硬化高，塑性高，強度高等等，如果能進行烤漆處理還可以將其強度再度增加。在一些對外形不規(guī)則但是強度要求又比較高的車身零部件以及一些對抗拉性能要求高的承力零部件比較適宜使用。

超低碳高強度冷軋鋼板：超低碳鋼指的是碳含量不超過十萬分之五的鋼材，在其中加入一些鈦元素或者鈮元素能夠提高其深沖性能，加入一些磷元素能夠增加其強度。在其中同時加入這兩者能夠使其既擁有深沖性，又具備高強度，適合應(yīng)用于一些性能要求高并且形狀比較復(fù)雜的沖壓零件。

輕量化迭層鋼板：在兩塊超薄鋼板中間加入一層復(fù)合材料便成了迭層鋼板，

7鋼板厚度通常不低于0.2毫米，不超過0.3毫米，中間的復(fù)合材料厚度不低于總厚度的25%，不超過總厚度的65%。相比較起來相同厚度的非迭層鋼板，這種迭層鋼板的重量只有整塊鋼板重要的一半稍多。具備優(yōu)秀的隔熱能力以及抗振能力，在發(fā)動機罩、底板等部分適宜使用這種材料。

4.非金屬材料對輕量化的運用

當(dāng)下國內(nèi)外汽車生產(chǎn)技術(shù)都在向著輕量化和環(huán)?；姆较虬l(fā)展，輕量化技術(shù)能夠降低車身重量，而重量的降低意味著驅(qū)動汽車所需要的功率降低，從而能夠起到減少排放，增加饒有效率的目的，所以，非金屬材料在汽車上的應(yīng)用是當(dāng)下的一個熱門研究方向。

14.1工程塑料及其復(fù)合材料

在輕量化材料中，塑料和復(fù)合材料是其中最重要的兩種，此二種材料的使用能夠降低四成的汽車重量，同時還能夠減少材料費用，所以此二種材料最近幾年在汽車中應(yīng)用的越來越多。相關(guān)資料表明，在2000年的時候，國內(nèi)外的汽車平均塑料消耗就已經(jīng)超過了100千克，在汽車總重中的占比不低于8%，不超過12%,考慮不同類型的汽