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【摘 要】轻量化材料的使用是减少整车自重最有效的措施之一。是目前汽车工业发展的需要，并随着科学技术的进步，将会更加广泛应用于汽车零部件制造行业。
【关键词】轻量化材料；板材；铝镁合金；塑料
中图分类号：TB484文献标识码： A
据最新数据显示，截至2012年底，中国机动车保有量达到2.38亿辆。其中，汽车保有量首次突破1亿辆大关，跃居全球第二，预计到2020年中国汽车保有量将超过2亿辆。到2015年，全球汽车保有量将从2007年的近9.2亿辆增至11.2亿辆左右。汽车保有量的增加在给人们出行带来方便的同时也带来了能耗，安全和环保问题。为了治理环境污染，各国相继对大气中各种排放污染源提出控制要求，制定强制性排放标准，以控制汽车污染物的排放量。按照世界铝业协会的统计标准，汽车总重减轻10%，百公里油耗减少6%-8%，排放降低5%-6%，而燃油消耗降低1L，CO2排放量将降低2.45Kg。可见汽车轻量化是实现节能减排的重要手段，且能同时满足安全、油耗和排放三项法规要求。
轻量化，即是在满足碰撞要求且保证汽车整体性能不受影响的前提下，最大限度地减轻各零部件的质量，达到质量-性能-成本三者的最优结合。实现汽车轻量化主要有3种途径：一是改进汽车结构，使部件薄壁化、中空化、小型化及复合化；二是开发新型轻质材料，如使用铝、镁合金等有色金属、塑料及非金属复合材料，或者截面厚度较薄的高强钢度钢；三是采用先进的制造工艺，如激光拼焊、液压成型、辊压成型等。汽车车身质量占整车自重的30%-40%[1]，对于整车的轻量化具有重要的意义，因此轻量化新材料的开发与应用是汽车轻量化的最有效途径之一。
实现汽车自重轻量化通常采用两种途径:一是优化结构设计,二是应用新型材料。但是通过优化结构设计的方式改进已经没有明显的优势。而随着社会发展科学技术的革新以及新材料的不断诞生, 对于新型材料来说，却有着广阔的发展及应用空间。从汽车结构来说，新型轻量化材料分为两类：一类是低密度的轻质材料，如合金，塑料、复合材料；一类是高强度材料。
占汽车自重的材料大体为:钢材50%～60%,铸铁10%～15%,塑料类10%～12%,铝合金5%～10%,玻璃2%,各种复合材料4%以及其它类型的材料约占到车重的10%左右,包括各种液体、油漆、橡胶等。
由于轿车市场需求量高居车辆销售的榜首，世界各大汽车厂在轿车上研究投入大量的精力，其发展革新的成效也是日新月异的，其中车身轻量化发展是较为显著的。据统计，近三十几年来美、日、德等国汽车龙头企业来说，其车辆使用材料的变化从六、七十年代平均每辆车铝合金用量5kg到现在的280kg，钢铁材料由最初的900kg到现在的300kg，其他有机材料100kg到200kg，这样的发展变革过程中，新材料的大量使用，在提升车辆安全性、舒适性的前提下，整车重量却较之前降低35%左右。这些充分说明了大量新型材料的使用是实现车身轻量化技术的重要途径之一。
目前，汽车轻量化材料可分为四大类：
1、新型钢材
板材作为制造车身的主材料,不仅要求其有良好的延展性,且还要满足车辆不同部件的刚度、强度、防腐防蚀能力等要求，虽然目前汽车上使用最多的材料仍是钢材，但现在所使用的钢材大部分已经是近些年来开发的新型钢材，其品质和性能较早期的钢材已有大幅提升。目前汽车中所使用到的新型钢材已经超过其材料总量的75%。以超轻超薄高强度钢最具代表性。
车身用新型钢材主要有
1.1冷轧钢板：其特点尺寸精度高、表面质量好、具有良好的延展性、成型性，作为汽车结构部件，这种材料多使用于冲压件。主要用于车身围板、车顶盖、车门板等车身覆盖件。
1.2高强度钢板：其特点在于其具有较高的拉伸强度和较高的屈服点。但其冲压成型性比普通钢材差。一般用于需要承受高强度碰撞的汽车结构部件。主要用于车辆保险杠、悬挂系统及车门、车顶横向防撞杆等。
1.3表面处理钢板：其特点是在普通钢材表面覆盖一层惰性金属，根据需求部位的不同，可以提高钢材的防腐蚀性、抗高温及抗氧化等特殊能力（表面覆盖金属常见的为锌、铝、铜及复合性材料等）。这类钢板主要用于底盘零件等。
1.4高强度拼焊钢板：其特点拼焊部件能够进行组装,在减轻车身质量的同时提高车身强度,实现各类特殊抗性的同时，降低材料、组装、生产成本，改善零件稳定性和抗疲劳性。主要用于车身侧围等冲压成形件。
1.5夹层钢板常见的分为钢夹层板（外层是钢、铝、镁及纤维复合材料,中间夹层是瓦楞型钢板）和铝夹层板（铝夹层板的外层与钢夹层板的外层材料相同,中间是发泡铝）两种：其共同的特点是强度和刚度高、质量小、吸音力强。主要用于汽车附件产品的延伸如车门。
2、铝及铝合金材料
铝作为零件材料有许多显著的优点,在满足相同机械性能的条件下质量比钢材降低60%左右，且在碰撞過程中比钢多吸收50%的能量、同时无需进行防锈处理。随着现代材料技术的进步与发展,在铝中添加各类合金元素就可以改变铝的化学结构，从而使其根据人们的需求，获得高强度的铝合金材料。目前铝及铝合金为汽车结构的轻量化、高质量化、低成本化提供了可靠依据。
据统计，六七十年代轿车的单车用铝材量不足30kg,到现在增加到150kg,而且目前每辆轿车的铝使用量仍在进一步的提升。在铝合金材料应用方面，日本的汽车工业发展非常迅速,其汽车工业用铝量从八十年代至今用量增加超过二倍,轿车每车平均用铝量已经突破15%。同时国外的一些高端车型铝材料的使用也有着显著的成效，以德国奥迪公司生产的A8轿车为例，其采用铝合金冲压车架,在车身质量降低了35%的基础上，车身强度增加了50%。可见铝及铝合金制品对于车辆的轻量化作用重大,其前景非常可观。
3、镁及镁合金材料
镁及镁合金相对于钢材、铝材的强度、刚度都是最高的，其密度为1.8g/cm3,仅是钢的1/5,铝的2/3。其优势显而易见。但由于镁金属化学结构不稳定，,存在易腐蚀、易变形、燃点低等问题，导致镁材料在汽车机构部件中的应用程度极低，但随着科学技术的发展，近年来镁合金及其成形技术已取得重要进展，研发各类耐热、耐腐蚀、阻燃、超轻等新型镁合金,大大提高了镁及镁合金材料的使用效率，从九十年代至今在世界等发达汽车制造企业中，镁合金在汽车零部件中使用的数量逐步递增。拒不完全统计，欧洲的镁合金汽车零部件已超过60多种,北美的镁合金汽车零部件已多达100多种。其中福特汽车公司单车采用30个镁合金压铸件,通用公司采用45个镁合金压铸件,克莱斯勒公司采用20个镁合金压铸件,单车用镁合金量为20～40kg。镁成为铜铝铅锌之后的第五大金属。
4、塑料
塑料是当前最重要的汽车轻质材料。塑料具有质量轻、防锈防腐蚀、易于加工等特点，它不仅可降低汽车零部件的质量,而且还可以降低生产制造成本。同时塑料力学性能好、强度高,具有良好的表面着色、电镀、植绒、铆接等性能,为汽车饰件的舒适化起到了重要的作用。塑料材料主要使用在汽车的内和外饰件上，常见的有保险杠外包围。车内侧围内衬板、车门防撞条、仪表板、车窗等都几乎都是塑料件。
结语
高强度钢由于其良好的安全性，低成本等因素，在今后的一段时间内还将是降低汽车质量的主要材料；铝、镁合金、钛合金材料，在未来的汽车领域将有很大的发展潜力。但在综合考虑到市场，研究各个方面，轻金属材料与钢铁材料会复合起来使用。塑料及其复合材料，碳纤维复合材料等新型车身材料，将会随着其成形技术等方面问题的解决，在轻量化材料方面会有很大的上升比例。
参考文献：
[1]胥志刚，林忠钦，来新民，王 皓.面向车身结构轻量化设计的水平集拓扑优化[J].上海交通大学学报， 2007，（09）：1393-1397
[2]李桂华，熊 飞，龙江启.车身材料轻量化及其新技术的应用[J].材料开发与应用，2009，24（2）： 87-93.
[3]朱士凤，宋起峰.CA1092车身轻量化的研究[J].汽车工艺与材料，2002，（8/9）：58-62.
[4]邢蕊蕊，方 舟，史 杰.高强度钢板应用对汽车轻量化的影响研究[J].机械设计，2009，（26）：139-142.
[5]田 妮，赵 刚，刘春明，左 良.固溶处理Al-1.5Si-1.2Mg-0.6Cu-0.3Mn铝合金组织性能的影响[J].材料与冶金学报， 2007， 6（1）： 50-54.
【关键词】轻量化材料；板材；铝镁合金；塑料
中图分类号：TB484文献标识码： A
据最新数据显示，截至2012年底，中国机动车保有量达到2.38亿辆。其中，汽车保有量首次突破1亿辆大关，跃居全球第二，预计到2020年中国汽车保有量将超过2亿辆。到2015年，全球汽车保有量将从2007年的近9.2亿辆增至11.2亿辆左右。汽车保有量的增加在给人们出行带来方便的同时也带来了能耗，安全和环保问题。为了治理环境污染，各国相继对大气中各种排放污染源提出控制要求，制定强制性排放标准，以控制汽车污染物的排放量。按照世界铝业协会的统计标准，汽车总重减轻10%，百公里油耗减少6%-8%，排放降低5%-6%，而燃油消耗降低1L，CO2排放量将降低2.45Kg。可见汽车轻量化是实现节能减排的重要手段，且能同时满足安全、油耗和排放三项法规要求。
轻量化，即是在满足碰撞要求且保证汽车整体性能不受影响的前提下，最大限度地减轻各零部件的质量，达到质量-性能-成本三者的最优结合。实现汽车轻量化主要有3种途径：一是改进汽车结构，使部件薄壁化、中空化、小型化及复合化；二是开发新型轻质材料，如使用铝、镁合金等有色金属、塑料及非金属复合材料，或者截面厚度较薄的高强钢度钢；三是采用先进的制造工艺，如激光拼焊、液压成型、辊压成型等。汽车车身质量占整车自重的30%-40%[1]，对于整车的轻量化具有重要的意义，因此轻量化新材料的开发与应用是汽车轻量化的最有效途径之一。
实现汽车自重轻量化通常采用两种途径:一是优化结构设计,二是应用新型材料。但是通过优化结构设计的方式改进已经没有明显的优势。而随着社会发展科学技术的革新以及新材料的不断诞生, 对于新型材料来说，却有着广阔的发展及应用空间。从汽车结构来说，新型轻量化材料分为两类：一类是低密度的轻质材料，如合金，塑料、复合材料；一类是高强度材料。
占汽车自重的材料大体为:钢材50%～60%,铸铁10%～15%,塑料类10%～12%,铝合金5%～10%,玻璃2%,各种复合材料4%以及其它类型的材料约占到车重的10%左右,包括各种液体、油漆、橡胶等。
由于轿车市场需求量高居车辆销售的榜首，世界各大汽车厂在轿车上研究投入大量的精力，其发展革新的成效也是日新月异的，其中车身轻量化发展是较为显著的。据统计，近三十几年来美、日、德等国汽车龙头企业来说，其车辆使用材料的变化从六、七十年代平均每辆车铝合金用量5kg到现在的280kg，钢铁材料由最初的900kg到现在的300kg，其他有机材料100kg到200kg，这样的发展变革过程中，新材料的大量使用，在提升车辆安全性、舒适性的前提下，整车重量却较之前降低35%左右。这些充分说明了大量新型材料的使用是实现车身轻量化技术的重要途径之一。
目前，汽车轻量化材料可分为四大类：
1、新型钢材
板材作为制造车身的主材料,不仅要求其有良好的延展性,且还要满足车辆不同部件的刚度、强度、防腐防蚀能力等要求，虽然目前汽车上使用最多的材料仍是钢材，但现在所使用的钢材大部分已经是近些年来开发的新型钢材，其品质和性能较早期的钢材已有大幅提升。目前汽车中所使用到的新型钢材已经超过其材料总量的75%。以超轻超薄高强度钢最具代表性。
车身用新型钢材主要有
1.1冷轧钢板：其特点尺寸精度高、表面质量好、具有良好的延展性、成型性，作为汽车结构部件，这种材料多使用于冲压件。主要用于车身围板、车顶盖、车门板等车身覆盖件。
1.2高强度钢板：其特点在于其具有较高的拉伸强度和较高的屈服点。但其冲压成型性比普通钢材差。一般用于需要承受高强度碰撞的汽车结构部件。主要用于车辆保险杠、悬挂系统及车门、车顶横向防撞杆等。
1.3表面处理钢板：其特点是在普通钢材表面覆盖一层惰性金属，根据需求部位的不同，可以提高钢材的防腐蚀性、抗高温及抗氧化等特殊能力（表面覆盖金属常见的为锌、铝、铜及复合性材料等）。这类钢板主要用于底盘零件等。
1.4高强度拼焊钢板：其特点拼焊部件能够进行组装,在减轻车身质量的同时提高车身强度,实现各类特殊抗性的同时，降低材料、组装、生产成本，改善零件稳定性和抗疲劳性。主要用于车身侧围等冲压成形件。
1.5夹层钢板常见的分为钢夹层板（外层是钢、铝、镁及纤维复合材料,中间夹层是瓦楞型钢板）和铝夹层板（铝夹层板的外层与钢夹层板的外层材料相同,中间是发泡铝）两种：其共同的特点是强度和刚度高、质量小、吸音力强。主要用于汽车附件产品的延伸如车门。
2、铝及铝合金材料
铝作为零件材料有许多显著的优点,在满足相同机械性能的条件下质量比钢材降低60%左右，且在碰撞過程中比钢多吸收50%的能量、同时无需进行防锈处理。随着现代材料技术的进步与发展,在铝中添加各类合金元素就可以改变铝的化学结构，从而使其根据人们的需求，获得高强度的铝合金材料。目前铝及铝合金为汽车结构的轻量化、高质量化、低成本化提供了可靠依据。
据统计，六七十年代轿车的单车用铝材量不足30kg,到现在增加到150kg,而且目前每辆轿车的铝使用量仍在进一步的提升。在铝合金材料应用方面，日本的汽车工业发展非常迅速,其汽车工业用铝量从八十年代至今用量增加超过二倍,轿车每车平均用铝量已经突破15%。同时国外的一些高端车型铝材料的使用也有着显著的成效，以德国奥迪公司生产的A8轿车为例，其采用铝合金冲压车架,在车身质量降低了35%的基础上，车身强度增加了50%。可见铝及铝合金制品对于车辆的轻量化作用重大,其前景非常可观。
3、镁及镁合金材料
镁及镁合金相对于钢材、铝材的强度、刚度都是最高的，其密度为1.8g/cm3,仅是钢的1/5,铝的2/3。其优势显而易见。但由于镁金属化学结构不稳定，,存在易腐蚀、易变形、燃点低等问题，导致镁材料在汽车机构部件中的应用程度极低，但随着科学技术的发展，近年来镁合金及其成形技术已取得重要进展，研发各类耐热、耐腐蚀、阻燃、超轻等新型镁合金,大大提高了镁及镁合金材料的使用效率，从九十年代至今在世界等发达汽车制造企业中，镁合金在汽车零部件中使用的数量逐步递增。拒不完全统计，欧洲的镁合金汽车零部件已超过60多种,北美的镁合金汽车零部件已多达100多种。其中福特汽车公司单车采用30个镁合金压铸件,通用公司采用45个镁合金压铸件,克莱斯勒公司采用20个镁合金压铸件,单车用镁合金量为20～40kg。镁成为铜铝铅锌之后的第五大金属。
4、塑料
塑料是当前最重要的汽车轻质材料。塑料具有质量轻、防锈防腐蚀、易于加工等特点，它不仅可降低汽车零部件的质量,而且还可以降低生产制造成本。同时塑料力学性能好、强度高,具有良好的表面着色、电镀、植绒、铆接等性能,为汽车饰件的舒适化起到了重要的作用。塑料材料主要使用在汽车的内和外饰件上，常见的有保险杠外包围。车内侧围内衬板、车门防撞条、仪表板、车窗等都几乎都是塑料件。
结语
高强度钢由于其良好的安全性，低成本等因素，在今后的一段时间内还将是降低汽车质量的主要材料；铝、镁合金、钛合金材料，在未来的汽车领域将有很大的发展潜力。但在综合考虑到市场，研究各个方面，轻金属材料与钢铁材料会复合起来使用。塑料及其复合材料，碳纤维复合材料等新型车身材料，将会随着其成形技术等方面问题的解决，在轻量化材料方面会有很大的上升比例。
参考文献：
[1]胥志刚，林忠钦，来新民，王 皓.面向车身结构轻量化设计的水平集拓扑优化[J].上海交通大学学报， 2007，（09）：1393-1397
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[3]朱士凤，宋起峰.CA1092车身轻量化的研究[J].汽车工艺与材料，2002，（8/9）：58-62.
[4]邢蕊蕊，方 舟，史 杰.高强度钢板应用对汽车轻量化的影响研究[J].机械设计，2009，（26）：139-142.
[5]田 妮，赵 刚，刘春明，左 良.固溶处理Al-1.5Si-1.2Mg-0.6Cu-0.3Mn铝合金组织性能的影响[J].材料与冶金学报， 2007， 6（1）： 50-54.