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摘要：当前社会经济发展迅速，人们的衣食住行都得到了提高。其中在出行方面，汽车的兴起和发展给人们的生活带来了极大的便捷。但由于汽车尾气的排放逐渐加剧了环境污染和能源消耗问题，因此需要采取一定的措施，在汽车保有量不断增长的同时，很好地解决这类问题。针对上述问题，提出汽车轻量化的概念。文章主要阐述汽车轻量化的意义以及新型轻质材料在汽车轻量化的应用，通过对高强度钢、铝合金以及复合材料的性能和具体实例分析，以期为汽车行业相关研究提供帮助。
关键词：汽车轻量化；高强度钢；铝合金；复合材料
1汽车轻量化的意义
对于汽车而言，降低环境污染最有效的措施就是减少能源消耗，而减少能源消耗主要在于减轻汽车的总重量。同时相关研究表明，汽车总质量与燃油经济效益成一定的反比关系，即汽车总质量越轻，燃油经济效益就越高。一般而言，汽车总质量的30%～40%为车身质量，因此可以从车身的轻量化着手，降低汽车对环境的污染和能源的消耗。汽车轻量化，即科学合理地对汽车产品进行优化设计，在满足汽车综合性能指标的前提下运用新型材料，最大程度地降低汽车自身总重量，通过减重、降耗达到环保、安全的综合目的。据调查显示，十年期间，我国机动车保有量的增加幅度近2亿辆，其中汽车增加的百分比越来越大，并呈显著上升趋势。至2014年底，我国汽车数量高达1.54亿辆。因此，汽车轻量化对实现我国的可持续发展理念具有重要的意义
2实现汽车轻量化的途径
实现汽车轻量化的途径，主要是减少钢铁材料的使用，或者是使用新型轻质材料。具体分析如下：①对汽车结构进行优化设计，减少材料的使用。即在不影响汽车安全和强度的前提下，且符合汽车规范和汽车材料要求，通过先进的技术和精巧的设计来对汽车的零件与结构进行优化，如截面优化设计、车身框架改进、发动机厚度的优化设计的等；②合理采用新型轻质材料取代传统材料。降低汽车重量的材料有很多，常见的有高强度钢材料、铝合金材料、复合材料等。在实际运用中，这些材料可以起到很明显的轻量化效果。但是新型材料处于起步阶段，正在不断发展，许多尖端技术正在研发中，因此需要很高的制作成本，很难批量化生产。文章主要阐述高强度钢材料、铝合金材料和复合材料等新型轻质材料在汽车轻量化中的运用。
3高强度钢材料
作为传统的汽车材料，钢铁的用量正在逐渐减少。但高强度相对于其他车身轻量化材料而言，具有低成本制造、高强度、出众的性能等一系列优点，因而被广泛应用于汽车轻量化领域。高强度钢材料与部分使用先进高强钢材料打造的普通钢具有很好的连接性，不会面临异种金属之间无法很好连接的问题。高强度钢材料具有比普通钢材料还要高的强度，因而可以对车身板件的厚度进行适当的削弱，从而可以在保证车身强度和安全的情况下达到汽车轻量化。一般把强度在500～1500MPa的钢材称为高强度钢。
科学技术的发展带动高强度钢的生产技术日益成熟，高强度钢已被大量使用于汽车车身结构中。但高强度钢的使用需要遵循一定的科学性，综合考虑制造成本。因为随着强度的增加，高强度钢的制造成本也会增加。而且汽车的碰撞是比较复杂的力的传递过程，部分结构需要高强度的高强钢，保证人员的生存空间；而部分结构需要强度较低的钢，可以通过变形的方式吸收来自侧面的碰撞力，并将其引向非碰撞侧面，从而缓解碰撞，降低碰撞对人员的伤害。因此对不同强度的高强钢进行科学地利用，使其强度在汽车结构中达到合理分布，成为当前研究的重要内容。
3.1高强度钢板
（1）汽车25%的重量來源于车身，因此车身材料的轻量化至关重要。上个世纪90年代，多家钢铁企业共同完成了“超轻钢质汽车车身”课题。研究表明，以4门轿车为例，90%的车身采用高强度钢板（包括高强度、超高强度和夹层减重钢板），使得车身降重25%、静态扭转刚度与弯曲刚度分别提高80%、52%，车身结构模量同样获得了58%的提高，符合当前所有碰撞法规要求，与常规车身相比，没有增加成本。虽然这只是理论试验，缺少一定的实际基础，但指明了高强度钢板的发展方向。
（2）其他方面，相关研究人员在高强度钢的开发中，取得了不少的成果。主要成果：①为了保持IF钢板的高成型性，并提高强度和抗凹陷性，陆续开发了高强度IF钢板和烘烤硬化IF钢板。这两类材料可以减薄车身钢板，从而实现汽车轻量化；②Ti、Nb和V等元素可以有效强化钢板拉伸强度，使其达到500～750MPa，这种钢板主要用于车轮和其它底盘零件③Fe则可以使钢强度达到500MPa以上，并且保持好的成型性能；④在超轻钢质汽车车身的研究中，共有18个零件采用了激光拼焊毛坯技术，这是当前较为先进的钢板轻量化技术，其应用效果非常明显。
3.2高强度结构钢
高强度结构钢在汽车工业中的应用，主要是可以使得汽车结构设计趋于紧凑和小型化，因此在汽车轻量化中被广泛应用。
（1）弹簧是汽车不可缺少的零部件，高强度钢在弹簧中的应用主要有三个方面：①悬架弹簧轻量化。主要是将弹簧的设计许用应力进行提高，通过材料的高强度化来实现轻量化。例如，在Si-Mn弹簧钢的基础上降低C并添加Ni、Cr、Mo和V等合金元素，开发出高强度和高韧性都的钢种，设计许用应力可达1270MPa，应用这种弹簧钢的可实现40%的轻量化；想提高Cr-V系弹簧钢的抗延迟断裂性能，可在其中添加Nb，同时结合改进的奥氏体轧制成型，弹簧钢的拉伸强度可达到1800MPa；③气门弹簧一般用的是Si-Cr钢，可以在其中添加V，利用晶粒细化确保韧性，而增加C则可以提高强度。通过一系列的改进，提高弹簧的高周疲劳强度约8%，实现15%的轻量化。
（2）齿轮主要用于汽车发动机和传动器。汽车轻量化使得发动机趋于高功率化，传动器趋于紧凑小型化。这加大了传动齿轮的负荷，因此齿轮钢的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度也应该得到相应的提高。Ni、Cr、Mo等合金元素含量的提高，可以增加齿轮钢的淬透性和强度。运用一系列合理的工艺，可以使齿轮实物的冲击寿命显著提高3～5倍，疲劳极限则提高20%～30%。 3.3球墨铸铁
球墨铸铁在性能性能和成本方面具有诸多优点，因此依然用作汽车材料。通过高强度技术，球墨铸铁更能促使汽车轻量化的发展。
球墨铸铁主要有三种：①铁素体球墨铸铁具有较高的韧性，以及500MPa拉伸强度，多用于底盘零件或者转向节等保安件；②珠光体球墨铸铁的强度则更高，常用语替代锻钢件。球铁的密度比钢约小10%，因此以球铁代钢可以产生一定的轻量化效果；③奥贝球铁（ADI Austempered Ductile Iron）最高强度级别可以达到1400MPa，超过了普通钢的强度水平，具有较高的强度和韧性。奥贝球铁常用来代替钢制造全轮驱动双联杆、发动机正时齿轮、曲轴和连杆等。经实物测量，用奥贝球铁制造的曲轴比锻钢曲轴降重10%，而奥贝球铁制造的载货车轮毂每只可降重0.5kg。
4铝合金材料
在纯铝中加入合金元素可以改变铝的结构和性能，使强度较低的纯铝更适合加工和应用。随着汽车轻量化的提出，轻量化材料的研究成为热门课题。铝具有密度小、耐蚀性好等特点，且铝合金的塑性优良，铸、锻、冲压工艺均适用，最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较，铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。有资料表明，用铝合金结构代替传统钢结构，可使汽车质量减轻30%～40%，制造發动机可减轻30%，制造车轮可减轻50%。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运输高效的重要途径之一。铝合金的牌号是根据铝合金所含元素的不同而形成的。铝合金牌号以及用途如表1所示。
4.1铝合金材料的应用现状
随着铝合金在汽车工业中用量逐年上升，铝合金在加工过程中的问题便突显出来。铝合金在室温条件下成形性能较差，因此采用温热成形工艺，改善室温下铝合金的成形性能。150℃下进行铝合金盒形件和筒形件的成形，可以明显提高其拉深性能。国外对温热条件下铝合金成形进行广泛的研究，将温热成形技术应用在汽车工业上，得到了很好的效果。但国内目前较少研究温热条件下铝合金的成形，相关技术还不成熟。根据加工方法的不同，铝合金可分为铸造铝合金和形变铝合金。铸造铝合金在铸态下使用，主要应用于汽车制造、农业机械以及矿山机械等领域；形变铝合金可以加工成各种形态、规格的铝合金，主要用于门窗以及航空耗材。
（1）铸造铝合金具有优良的铸造性能。可根据不同的经济效益和使用要求合理选择铸造方法。铸造铝合金应用广泛，其中最主要的是发动机和轮毂。应用现状分析：①铝合金用于汽车发动机可以实现30%以上减重，产生很明显轻量化的效果。作为汽车核心部件，发动机的气缸体和缸盖对材料的要求较高，需要导热性能好、抗腐蚀能力强的材料。而铝合金均能满足，且表现出很好的应用优势。目前国外汽车公司的发动机气缸体和气缸盖大多已采用全铝制。如美国通用汽车公司和法国汽车公司，都已采用全铝气缸套；日本许多公司采用了铸铝发动机油底壳；德国汽车公司的发动机普遍采用铝合金材料；②铝轮毂质量轻、散热快，且具有良好的外观，正逐步取代钢轮毂。数据显示，世界铝合金汽车轮毂年增长率为7.6%。通常使用的铸造铝合金轮毂材料为A365，此类合金具有良好铸造性能和综合力学性能。目前我国西南铝加工厂与国外某公司研究开发了A6061铝合金轮毂。
（2）变形铝合金是通过一系列工艺使其组织、形状发生变化的铝合金，在汽车领域主要用于制造车身面板、发动机罩、轮毂罩、消声罩、防抱死制动系统、车身构架等结构件。应用现状分卡斤：①车身框架。板材在汽车工业应用比重不断上升，例如，6000系铝合金板材经热处理后能够满足汽车对壳体的要求，因此用做车身框架材料。采用此类合金铝材作为车身钣金件的主要有奥迪A8。近几年，高强度铝合金开发了各种不同形状的薄板和中空型材，其质量轻、强度高、抗裂性能和成型性能好，因此广泛应用于汽车制造；②其它铝合金结构件。汽车的其他部位也可以应用铝合金材料，如：美国通用汽车公司的保险杠增强支架采用7021铝板制造。铝合金材料制作的汽车悬挂件，可以减轻零部件质量，提高汽车的平顺性、稳定性，如盘式制动器卡爪、动力传动框架等汽车零部件均可用6061锻件。此外，汽车空调系统也可以采用铝合金，如在日本，6595铝合金主要用作汽车散热器。
4.2铝合金的优势
铝合金在汽车轻量化中具有很多优势：①明显的减重和节能效果。铝的力学性能好，质量轻，密度为钢铁的1/3；导热性仅次于铜；远远高于铁的机械加工性；铝表面可以自然形成耐蚀性氧化膜，因此铝合金可以实现汽车轻量化；②提高舒适性和安全性。在不降低汽车容量和安全性的情况下，铝合金减轻汽车自重，车身重心减低，汽车行驶更稳定、舒适。在碰撞安全性方面，铝材具有明显的优势。表现为碰撞时汽车的产生变形皱褶，从而吸收大量的冲击力，有效保护车内人员的安全；③铝易于回收。由于具有天然氧化膜，铝制品在使用中发生腐蚀的概率很小，使用一次后可以进行回收利用，回收价值率高。在铝材的回收利用循环中，铝的损耗率仅为5%，再生性能极高。
5复合材料
由两种或者两种以上不同材料复合而成的优于原材料性能的材料称为复合材料。复合材料保留了原组分材料的优点，改进单一材料的缺陷，各组分性能互相补充，扩大了材料的使用性能和范围。因此复合材料广泛应用于不同的行业领域，代替了传统材料。其中，汽车制造业是复合材料应用繁多的领域。
5.1复合材料的研究与应用
复合材料的特点是比强度高和比模量大，同时耐冲击、耐腐蚀。在汽车工业具有成形和设计自由度高、成本低和绿色环保等显著优点，具有很大的市场发展前景，成为应用和研究的热点。例如，美国平均每辆车塑料用量已经超过200kg，其中，50%为应用于汽车外装件的复合材料，剩下则是用于功能件及内装件；2003年美国国家科学院指出：“到2020年，有潜力获得20%～25%的性能提升只有复合材料”。另外，欧洲许多汽车制造厂为实现汽车减重，在轿车或货车中大量使用复合材料零部件。 5.2汽车常用复合材料
纤维增强材料与树脂基体复合而成的材料是汽车常用复合材料。按照基体性能，将其分为纤维增强热固性树脂基复合材料和纤维增强热塑性树脂基复合材料。热固性复合材料很难回收利用，不可避免地产生环境污染，需要深入关注和探讨。纤维增强热塑性树脂基复合材料，其中烯类复合材料可以回收利用，并且力学性能优良，因而被汽车行业广泛应用。主要包括：
（1）碳纤维增强复合材料的强度高、密度低，且耐腐蚀和高温、抗冲击，在汽车工业中，主要作为高端、高性能汽车的替换材料。例如，宝马新3系装配CFRP轻量化发动机盖，既实现减重轻量化，又提高了发动机性能；德国大众超级节能汽车—XL1，大量使用碳纤维增强复合材料，约占车辆总重的21.3%。
（2）长纤维增强热塑性复合材料，是增强相短纤维被长纤维代替的机械性能优异的复合材料。其纤维长度比普通的纤维增强热塑性复合材料还要大，且成型制品中保持较长的纤维，具有优异地力学性能，可以用于制造轿车的发动机罩、仪表板前端模块、保险杠等。
（3）天然纤维增强热塑性复合材料，基体为常用的热塑性树脂材料（PP、PE、PVC等），增强相为天然植物纤维（剑麻、黄麻等）。因为该材料价格低、安全环保、能够回收利用、容易生物降解，因此被汽車行业广泛关注。虽然目前仅应用于车内饰件，但其具有十分广阔的应用和发展空间。
（4）玻璃纤维毡增强热塑性复合材料，它的基体相为热塑性树脂，如聚丙烯（PP），增强相为玻璃纤维毡。该材料一般被制为片材，以便于成型不同形状的制品。
5.3复合材料应用及研究现状
针对汽车行业对高性能、低质量、节能环保型汽车的要求，复合材料以其高强度、耐腐蚀、轻量化等优异性能，获得了广泛应用。未来，复合材料在汽车领域中的应用范围更广。在汽车的发展历程中，复合材料以多种形式被应用于汽车的各个结构。早在1953年，树脂基复合材料已经被应用于汽车制造。至今，由复合材料制成的汽车部件主要有：汽车覆盖件、结构件和功能件。分别对复合材料在这些构件上的典型应用实例进行分析。
（1）车身外覆盖件是最早应用复合材料的。车身外覆盖件的材料必须对冲击、腐蚀、光照、碰撞具有一定的抗性，并且表面美观，而复合材料均能满足以上条件。具体的车身外覆盖件应用复合材料的实例如表2所示。
（2）结构件与功能件。汽车结构件与覆盖件相比，具有更高的技术性能要求。随着材料性能和工艺水平不断提高，复合材料应用于结构件和功能件的例子逐渐增多，如表3所示。
（3）内外饰件。由于复合材料具有优于金属材料的良好的绝缘性、耐撞性、耐腐蚀性及NVH性能，复合材料制件比金属材料制件更适合于应用在汽车内饰件上，由国内外的发展趋势来看，复合材料应用于内饰件将会越来越受到汽车行业的欢迎，如表4所示。
6结束语
汽车轻量化是当前环境保护与能源节约的共同要求。轻质材料在汽车工业的应用很好的促进了汽车轻量化的发展。其中以高强度钢、铝合金和复合材料的应用最为广泛，部分材料技术已取得了很好的实际效果。但目前汽车轻量化技术还处于很不成熟的阶段，尤其是国内技术远远落后于国外，相关人员应该深入开展研究，扩大轻质材料的应用范围，努力提高汽车轻量化技术水平，为我国的可持续发展作出贡献。
关键词：汽车轻量化；高强度钢；铝合金；复合材料
1汽车轻量化的意义
对于汽车而言，降低环境污染最有效的措施就是减少能源消耗，而减少能源消耗主要在于减轻汽车的总重量。同时相关研究表明，汽车总质量与燃油经济效益成一定的反比关系，即汽车总质量越轻，燃油经济效益就越高。一般而言，汽车总质量的30%～40%为车身质量，因此可以从车身的轻量化着手，降低汽车对环境的污染和能源的消耗。汽车轻量化，即科学合理地对汽车产品进行优化设计，在满足汽车综合性能指标的前提下运用新型材料，最大程度地降低汽车自身总重量，通过减重、降耗达到环保、安全的综合目的。据调查显示，十年期间，我国机动车保有量的增加幅度近2亿辆，其中汽车增加的百分比越来越大，并呈显著上升趋势。至2014年底，我国汽车数量高达1.54亿辆。因此，汽车轻量化对实现我国的可持续发展理念具有重要的意义
2实现汽车轻量化的途径
实现汽车轻量化的途径，主要是减少钢铁材料的使用，或者是使用新型轻质材料。具体分析如下：①对汽车结构进行优化设计，减少材料的使用。即在不影响汽车安全和强度的前提下，且符合汽车规范和汽车材料要求，通过先进的技术和精巧的设计来对汽车的零件与结构进行优化，如截面优化设计、车身框架改进、发动机厚度的优化设计的等；②合理采用新型轻质材料取代传统材料。降低汽车重量的材料有很多，常见的有高强度钢材料、铝合金材料、复合材料等。在实际运用中，这些材料可以起到很明显的轻量化效果。但是新型材料处于起步阶段，正在不断发展，许多尖端技术正在研发中，因此需要很高的制作成本，很难批量化生产。文章主要阐述高强度钢材料、铝合金材料和复合材料等新型轻质材料在汽车轻量化中的运用。
3高强度钢材料
作为传统的汽车材料，钢铁的用量正在逐渐减少。但高强度相对于其他车身轻量化材料而言，具有低成本制造、高强度、出众的性能等一系列优点，因而被广泛应用于汽车轻量化领域。高强度钢材料与部分使用先进高强钢材料打造的普通钢具有很好的连接性，不会面临异种金属之间无法很好连接的问题。高强度钢材料具有比普通钢材料还要高的强度，因而可以对车身板件的厚度进行适当的削弱，从而可以在保证车身强度和安全的情况下达到汽车轻量化。一般把强度在500～1500MPa的钢材称为高强度钢。
科学技术的发展带动高强度钢的生产技术日益成熟，高强度钢已被大量使用于汽车车身结构中。但高强度钢的使用需要遵循一定的科学性，综合考虑制造成本。因为随着强度的增加，高强度钢的制造成本也会增加。而且汽车的碰撞是比较复杂的力的传递过程，部分结构需要高强度的高强钢，保证人员的生存空间；而部分结构需要强度较低的钢，可以通过变形的方式吸收来自侧面的碰撞力，并将其引向非碰撞侧面，从而缓解碰撞，降低碰撞对人员的伤害。因此对不同强度的高强钢进行科学地利用，使其强度在汽车结构中达到合理分布，成为当前研究的重要内容。
3.1高强度钢板
（1）汽车25%的重量來源于车身，因此车身材料的轻量化至关重要。上个世纪90年代，多家钢铁企业共同完成了“超轻钢质汽车车身”课题。研究表明，以4门轿车为例，90%的车身采用高强度钢板（包括高强度、超高强度和夹层减重钢板），使得车身降重25%、静态扭转刚度与弯曲刚度分别提高80%、52%，车身结构模量同样获得了58%的提高，符合当前所有碰撞法规要求，与常规车身相比，没有增加成本。虽然这只是理论试验，缺少一定的实际基础，但指明了高强度钢板的发展方向。
（2）其他方面，相关研究人员在高强度钢的开发中，取得了不少的成果。主要成果：①为了保持IF钢板的高成型性，并提高强度和抗凹陷性，陆续开发了高强度IF钢板和烘烤硬化IF钢板。这两类材料可以减薄车身钢板，从而实现汽车轻量化；②Ti、Nb和V等元素可以有效强化钢板拉伸强度，使其达到500～750MPa，这种钢板主要用于车轮和其它底盘零件③Fe则可以使钢强度达到500MPa以上，并且保持好的成型性能；④在超轻钢质汽车车身的研究中，共有18个零件采用了激光拼焊毛坯技术，这是当前较为先进的钢板轻量化技术，其应用效果非常明显。
3.2高强度结构钢
高强度结构钢在汽车工业中的应用，主要是可以使得汽车结构设计趋于紧凑和小型化，因此在汽车轻量化中被广泛应用。
（1）弹簧是汽车不可缺少的零部件，高强度钢在弹簧中的应用主要有三个方面：①悬架弹簧轻量化。主要是将弹簧的设计许用应力进行提高，通过材料的高强度化来实现轻量化。例如，在Si-Mn弹簧钢的基础上降低C并添加Ni、Cr、Mo和V等合金元素，开发出高强度和高韧性都的钢种，设计许用应力可达1270MPa，应用这种弹簧钢的可实现40%的轻量化；想提高Cr-V系弹簧钢的抗延迟断裂性能，可在其中添加Nb，同时结合改进的奥氏体轧制成型，弹簧钢的拉伸强度可达到1800MPa；③气门弹簧一般用的是Si-Cr钢，可以在其中添加V，利用晶粒细化确保韧性，而增加C则可以提高强度。通过一系列的改进，提高弹簧的高周疲劳强度约8%，实现15%的轻量化。
（2）齿轮主要用于汽车发动机和传动器。汽车轻量化使得发动机趋于高功率化，传动器趋于紧凑小型化。这加大了传动齿轮的负荷，因此齿轮钢的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度也应该得到相应的提高。Ni、Cr、Mo等合金元素含量的提高，可以增加齿轮钢的淬透性和强度。运用一系列合理的工艺，可以使齿轮实物的冲击寿命显著提高3～5倍，疲劳极限则提高20%～30%。 3.3球墨铸铁
球墨铸铁在性能性能和成本方面具有诸多优点，因此依然用作汽车材料。通过高强度技术，球墨铸铁更能促使汽车轻量化的发展。
球墨铸铁主要有三种：①铁素体球墨铸铁具有较高的韧性，以及500MPa拉伸强度，多用于底盘零件或者转向节等保安件；②珠光体球墨铸铁的强度则更高，常用语替代锻钢件。球铁的密度比钢约小10%，因此以球铁代钢可以产生一定的轻量化效果；③奥贝球铁（ADI Austempered Ductile Iron）最高强度级别可以达到1400MPa，超过了普通钢的强度水平，具有较高的强度和韧性。奥贝球铁常用来代替钢制造全轮驱动双联杆、发动机正时齿轮、曲轴和连杆等。经实物测量，用奥贝球铁制造的曲轴比锻钢曲轴降重10%，而奥贝球铁制造的载货车轮毂每只可降重0.5kg。
4铝合金材料
在纯铝中加入合金元素可以改变铝的结构和性能，使强度较低的纯铝更适合加工和应用。随着汽车轻量化的提出，轻量化材料的研究成为热门课题。铝具有密度小、耐蚀性好等特点，且铝合金的塑性优良，铸、锻、冲压工艺均适用，最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较，铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。有资料表明，用铝合金结构代替传统钢结构，可使汽车质量减轻30%～40%，制造發动机可减轻30%，制造车轮可减轻50%。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运输高效的重要途径之一。铝合金的牌号是根据铝合金所含元素的不同而形成的。铝合金牌号以及用途如表1所示。
4.1铝合金材料的应用现状
随着铝合金在汽车工业中用量逐年上升，铝合金在加工过程中的问题便突显出来。铝合金在室温条件下成形性能较差，因此采用温热成形工艺，改善室温下铝合金的成形性能。150℃下进行铝合金盒形件和筒形件的成形，可以明显提高其拉深性能。国外对温热条件下铝合金成形进行广泛的研究，将温热成形技术应用在汽车工业上，得到了很好的效果。但国内目前较少研究温热条件下铝合金的成形，相关技术还不成熟。根据加工方法的不同，铝合金可分为铸造铝合金和形变铝合金。铸造铝合金在铸态下使用，主要应用于汽车制造、农业机械以及矿山机械等领域；形变铝合金可以加工成各种形态、规格的铝合金，主要用于门窗以及航空耗材。
（1）铸造铝合金具有优良的铸造性能。可根据不同的经济效益和使用要求合理选择铸造方法。铸造铝合金应用广泛，其中最主要的是发动机和轮毂。应用现状分析：①铝合金用于汽车发动机可以实现30%以上减重，产生很明显轻量化的效果。作为汽车核心部件，发动机的气缸体和缸盖对材料的要求较高，需要导热性能好、抗腐蚀能力强的材料。而铝合金均能满足，且表现出很好的应用优势。目前国外汽车公司的发动机气缸体和气缸盖大多已采用全铝制。如美国通用汽车公司和法国汽车公司，都已采用全铝气缸套；日本许多公司采用了铸铝发动机油底壳；德国汽车公司的发动机普遍采用铝合金材料；②铝轮毂质量轻、散热快，且具有良好的外观，正逐步取代钢轮毂。数据显示，世界铝合金汽车轮毂年增长率为7.6%。通常使用的铸造铝合金轮毂材料为A365，此类合金具有良好铸造性能和综合力学性能。目前我国西南铝加工厂与国外某公司研究开发了A6061铝合金轮毂。
（2）变形铝合金是通过一系列工艺使其组织、形状发生变化的铝合金，在汽车领域主要用于制造车身面板、发动机罩、轮毂罩、消声罩、防抱死制动系统、车身构架等结构件。应用现状分卡斤：①车身框架。板材在汽车工业应用比重不断上升，例如，6000系铝合金板材经热处理后能够满足汽车对壳体的要求，因此用做车身框架材料。采用此类合金铝材作为车身钣金件的主要有奥迪A8。近几年，高强度铝合金开发了各种不同形状的薄板和中空型材，其质量轻、强度高、抗裂性能和成型性能好，因此广泛应用于汽车制造；②其它铝合金结构件。汽车的其他部位也可以应用铝合金材料，如：美国通用汽车公司的保险杠增强支架采用7021铝板制造。铝合金材料制作的汽车悬挂件，可以减轻零部件质量，提高汽车的平顺性、稳定性，如盘式制动器卡爪、动力传动框架等汽车零部件均可用6061锻件。此外，汽车空调系统也可以采用铝合金，如在日本，6595铝合金主要用作汽车散热器。
4.2铝合金的优势
铝合金在汽车轻量化中具有很多优势：①明显的减重和节能效果。铝的力学性能好，质量轻，密度为钢铁的1/3；导热性仅次于铜；远远高于铁的机械加工性；铝表面可以自然形成耐蚀性氧化膜，因此铝合金可以实现汽车轻量化；②提高舒适性和安全性。在不降低汽车容量和安全性的情况下，铝合金减轻汽车自重，车身重心减低，汽车行驶更稳定、舒适。在碰撞安全性方面，铝材具有明显的优势。表现为碰撞时汽车的产生变形皱褶，从而吸收大量的冲击力，有效保护车内人员的安全；③铝易于回收。由于具有天然氧化膜，铝制品在使用中发生腐蚀的概率很小，使用一次后可以进行回收利用，回收价值率高。在铝材的回收利用循环中，铝的损耗率仅为5%，再生性能极高。
5复合材料
由两种或者两种以上不同材料复合而成的优于原材料性能的材料称为复合材料。复合材料保留了原组分材料的优点，改进单一材料的缺陷，各组分性能互相补充，扩大了材料的使用性能和范围。因此复合材料广泛应用于不同的行业领域，代替了传统材料。其中，汽车制造业是复合材料应用繁多的领域。
5.1复合材料的研究与应用
复合材料的特点是比强度高和比模量大，同时耐冲击、耐腐蚀。在汽车工业具有成形和设计自由度高、成本低和绿色环保等显著优点，具有很大的市场发展前景，成为应用和研究的热点。例如，美国平均每辆车塑料用量已经超过200kg，其中，50%为应用于汽车外装件的复合材料，剩下则是用于功能件及内装件；2003年美国国家科学院指出：“到2020年，有潜力获得20%～25%的性能提升只有复合材料”。另外，欧洲许多汽车制造厂为实现汽车减重，在轿车或货车中大量使用复合材料零部件。 5.2汽车常用复合材料
纤维增强材料与树脂基体复合而成的材料是汽车常用复合材料。按照基体性能，将其分为纤维增强热固性树脂基复合材料和纤维增强热塑性树脂基复合材料。热固性复合材料很难回收利用，不可避免地产生环境污染，需要深入关注和探讨。纤维增强热塑性树脂基复合材料，其中烯类复合材料可以回收利用，并且力学性能优良，因而被汽车行业广泛应用。主要包括：
（1）碳纤维增强复合材料的强度高、密度低，且耐腐蚀和高温、抗冲击，在汽车工业中，主要作为高端、高性能汽车的替换材料。例如，宝马新3系装配CFRP轻量化发动机盖，既实现减重轻量化，又提高了发动机性能；德国大众超级节能汽车—XL1，大量使用碳纤维增强复合材料，约占车辆总重的21.3%。
（2）长纤维增强热塑性复合材料，是增强相短纤维被长纤维代替的机械性能优异的复合材料。其纤维长度比普通的纤维增强热塑性复合材料还要大，且成型制品中保持较长的纤维，具有优异地力学性能，可以用于制造轿车的发动机罩、仪表板前端模块、保险杠等。
（3）天然纤维增强热塑性复合材料，基体为常用的热塑性树脂材料（PP、PE、PVC等），增强相为天然植物纤维（剑麻、黄麻等）。因为该材料价格低、安全环保、能够回收利用、容易生物降解，因此被汽車行业广泛关注。虽然目前仅应用于车内饰件，但其具有十分广阔的应用和发展空间。
（4）玻璃纤维毡增强热塑性复合材料，它的基体相为热塑性树脂，如聚丙烯（PP），增强相为玻璃纤维毡。该材料一般被制为片材，以便于成型不同形状的制品。
5.3复合材料应用及研究现状
针对汽车行业对高性能、低质量、节能环保型汽车的要求，复合材料以其高强度、耐腐蚀、轻量化等优异性能，获得了广泛应用。未来，复合材料在汽车领域中的应用范围更广。在汽车的发展历程中，复合材料以多种形式被应用于汽车的各个结构。早在1953年，树脂基复合材料已经被应用于汽车制造。至今，由复合材料制成的汽车部件主要有：汽车覆盖件、结构件和功能件。分别对复合材料在这些构件上的典型应用实例进行分析。
（1）车身外覆盖件是最早应用复合材料的。车身外覆盖件的材料必须对冲击、腐蚀、光照、碰撞具有一定的抗性，并且表面美观，而复合材料均能满足以上条件。具体的车身外覆盖件应用复合材料的实例如表2所示。
（2）结构件与功能件。汽车结构件与覆盖件相比，具有更高的技术性能要求。随着材料性能和工艺水平不断提高，复合材料应用于结构件和功能件的例子逐渐增多，如表3所示。
（3）内外饰件。由于复合材料具有优于金属材料的良好的绝缘性、耐撞性、耐腐蚀性及NVH性能，复合材料制件比金属材料制件更适合于应用在汽车内饰件上，由国内外的发展趋势来看，复合材料应用于内饰件将会越来越受到汽车行业的欢迎，如表4所示。
6结束语
汽车轻量化是当前环境保护与能源节约的共同要求。轻质材料在汽车工业的应用很好的促进了汽车轻量化的发展。其中以高强度钢、铝合金和复合材料的应用最为广泛，部分材料技术已取得了很好的实际效果。但目前汽车轻量化技术还处于很不成熟的阶段，尤其是国内技术远远落后于国外，相关人员应该深入开展研究，扩大轻质材料的应用范围，努力提高汽车轻量化技术水平，为我国的可持续发展作出贡献。