知识点轻量化新材料

知识点：轻量化新材料

当在结构设计、制造工艺等措施中，难以取得良好的轻量化效果时，新材料的应用往往成为轻量化的首选方案。高强度钢、铝合金、镁合金、工程材料、复合材料等是当前常见和应用较多的轻量化材料。各种材料自身的属性特点和工艺技术水平决定了它们的应用范围和推广难度。轻量化材料高强度钢玻璃纤维复合材料铝合金镁合金碳纤维复合材料可减轻质量15％～25%25%～35%40%～50%55%～60%55%～60%轻量化材料相对于低碳钢的减重效果

1.高强度钢将屈服强度为210～550MPa的钢定义为高强度钢。高强度钢用于汽车车身，除能够减薄零件、降低汽车自重外，还能用于汽车表面件，以提高抗凹陷性，用于汽车易碰撞部位以提高抗毁坏能力。与铝合金、镁合金、复合材料等相比，高强度钢的原料与制造价格较低，经济性好。汽车用铝材的主要类型为传统铝合金和泡沫铝材。传统铝合金有铸造铝合金、变形铝合金、锻造铝合金、粉末冶金铝合金等多种类型，铸造铝合金目前大约占汽车用铝的80％。可用铝合金替代钢材的汽车部件有发动机缸体、铝合金车轮、悬挂系统零件、车身、热交换器等汽车零部件。2.铝及铝合金铝代替传统的钢铁制造汽车零部件，可使整车重量减轻30％～40％。铝制的发动机可减重30％，铝质散热器比相同的铜制品轻20％～40％，轿车铝车身比钢材制品轻40％以上，汽车铝车轮可减重30％左右，铝制零件代替钢铁零件也可大幅减重。研究表明，汽车每使用1kg铝，可降低自重2.25kg，减重效应高达125％，在汽车整个使用寿命周期内，可以减少废气排放20kg。此外，铝回收简便，是钢铁以外能最大限度回收利用的材料，几乎90％的汽车用铝可以回收并循环利用。铝具有良好的物理化学性能，工业生产中的铸、锻、冲工艺均可适用，是少数几种可采用多种铸造工艺生产零件的金属，最适合汽车零件生产且应用最广的是压力铸造工艺。正是由于铝的这些优良性能，加之我国铝资源较丰富，是仅次于钢铁的结构材料，使铝成为汽车轻量化中经济适用和最具竞争力的材料镁和镁合金制零件带给汽车的好处是显而易见的。一是它的重量轻，采用镁合金能减轻整车质量，可在铝轻量化的基础上再减轻15%～20%；二是它的比强度高于铝合金和钢，比刚度接近铝合金和钢，能够承受一定的负荷；三是具有良好的铸造性能和尺寸稳定性，容易加工，废品率低，从而降低生产成本；四是它具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，用于壳体可以降低噪声，用于座椅、轮圈可以减少振动，提高汽车的安全性和舒适性。镁合金虽然有这些优点，但从成本上看它仍然偏高于铝合金。镁合金是最轻的工程金属材料，镁合金汽车零件目前已超过60种，镁合金是本世纪最具开发前景的轻质结构材料。3.镁及镁合金塑料是重要的非金属轻量化材料，具有比重小、成本低、易于加工、耐蚀性好等特点，在汽车行业中的应用前景被看好。汽车塑料主要用于外装饰件、内装饰件及功能与结构件等。外装饰件的应用特点是以塑代钢，减轻汽车自重，主要制件有保险杠、散热器格栅、塑料灯具、侧后围护板、挡泥板、车轮罩、导流板、前后翼子板、举升门等；内装饰件的应用特点是安全、环保和舒适，其主要制件有仪表板、车门内板、副仪表板、顶后侧围板、地毯、杂物箱盖、座椅及各类护板等；功能与结构件的应用以采用高强度工程塑料为特点，制造有油箱、散热器水室、空滤器罩、风扇叶片及发动机进气管、气门室罩盖等。4.塑料及非金属复合材料复合材料即纤维增强塑料，这里主要是指碳纤维复合材料（CFRP），它具有重量轻、刚性好、易塑性高、吸能性好、耐腐蚀等优点，可用于制造车身、底盘、传动轴等结构件，以及尾翼、内饰面板等装饰件。但碳纤维复合材料成本很高，中国产能又低，目前主要集中应用在一些赛车和小批量高档轿车上。4.塑料及非金属复合材料钛合金具有高强度、耐高温、耐腐蚀等优良性能，在发动机连杆、进排气门等发动机零件中有所应用。但钛作为一种“航空金属”，成本过高是限制它在