汽车轻量化技术(学员版)一课件

汽车轻量化技术2010-5-28汽车轻量化技术2010-5-281

作为有效的节能手段，汽车轻量化技术已经成为汽车工业发展的重要研究课题之一。汽车轻量化是国家节能减排战略的紧迫需要，更成为车企和全行业提高核心能力的现实需求。轻量化技术无论对传统汽车，还是新能源汽车，都是一项基础的共性技术。

-----------------------------------前言2作为有效的节能手段，汽车轻量化技术已经成为汽车工业发-

汽车轻量化的意义及概念国内外汽车轻量化技术发展现状汽车轻量化的主要途径汽车轻量化技术应用的成功案例3汽车轻量化的意义及概念3过去十年我国汽车产量分布图

伴随着我国现代化进程，汽车工业的发展势头强劲，已成为我国国民经济的支柱产业之一。据中国汽车工业协会的统计显示，2009年我国汽车产量达到1379万辆，首次超越美国，成为世界第一大汽车生产国。汽车轻量化之

第一章汽车轻量化意义及概念4过去十年我国汽车产量分布图伴随着我国现代化进

截至目前，我国汽车保有量达到了7619万辆。经济较为发达的北京、上海、广州、深圳等城市的机动车保有量均超过150万辆，而北京市则达到401.9万辆，私人轿车拥有率接近60％。合肥市汽车保有量已突破50万辆。5截至目前，我国汽车保有量达到了7619万辆。经

汽车在给人们的出行带来方便的同时，也产生了油耗、安全和环保三大问题。如何应对三大问题，各国政府都提出了相应的措施。包括制定条令法规，如油耗法规，安全法规以及排放法规。各国汽车工业界一致认为，汽车轻量化是满足上述三个法规的有效手段和方法。车重与燃油利用率的关系

油耗与CO2排放关系6汽车在给人们的出行带来方便的同时，也产生了油一、节能减排是汽车工业发展的必然趋势

20世纪70年代的两次石油危机,促进汽车工业提高了燃油经济性。80年代中期以后，保护人类居住和赖以生存的环境又一次推动汽车工业提高燃油经济性和排放。

《BP世界能源统计2008》的数据,2007年全球石油产量为8150万桶,按照这一数字,全球石油储量可满足40年的需求;目前美国53%依赖进口石油,欧洲高达76%,日本几乎全部依赖进口,中国石油对外依存度接近50%。在各行业的石油消耗中,汽车工业是耗油大户。

汽车轻量化具有重要意义7一、节能减排是汽车工业发展的必然趋势汽车轻量化具有重要意义

这些数据表明:汽车工业节能减排对于一个国家的能源供应和环境保护都具有重要的意义。

1990年以来中国石油消费的供应能源

汽车燃油在我国石油消费中的的增长情况

美国各个产业的温室气体排放情况8这些数据表明:汽车工业节能减排对于一个国家的能源供应二、为应对节能减排,各国和地区都制定了相应的法规

欧盟,北美,日本等都制定了严格的燃油经济型指标,如美国的CAFE(CorporationAverageFuelEconomy)规定乘用车燃油消耗27.5英里/加仑(约11.8

km/L)。轻型货车不低于8.8km/L。日本规定2010年汽油乘用车燃油经济性为15km/L,比1995年提高22.8%,柴油乘用车比1995年燃油经济性提高14.9%,达到12km/L。欧盟乘用车燃油经济性目标为18.8km/L,2009年单车平均排放CO2减少到140g/km。9二、为应对节能减排,各国和地区都制定了相应的法规9

为应对全球变暖,全世界已有140多个国家签订了《京都议定书》,我国于2004年开始实施《乘用车燃料消耗量限制标准》,2010年乘用车平均油耗比2003年下降15%。

大气中CO2含量的变化情况10为应对全球变暖,全世界已有140多个国家签订了《京三、轻量化是实现节能减排的有效手段

研究表明,约75%的油耗与整车质量有关,降低汽车质量就可有效降低油耗以及排放。目前,大量研究表明,汽车质量每下降10%，油耗下降8%,排放下降4%。美国在欧洲全顺车的实验表明,在满足欧Ⅳ

标准条件下,每百公里油耗Y与自重X满足以下关系

Y=0.003X+3.3434(1)

对商用车的研究表明,汽车质量每减少1000kg,油耗可降低6%～7%。油耗的下降,意味着

CO2,氮氧化物(NOx)等有害气体排放量的下降。据报道,在美国汽车质量如果减少25%,燃油消耗按减少

13%计,一年可节省2.7亿桶石油,每消耗1L燃油,将产生CO22～2.5kg。因此燃油消耗的降低,就意味着温室气体和其他有害气体排放的下降。11三、轻量化是实现节能减排的有效手段11除空气动力学阻力之外,车子运动的各类阻力都和车子质量呈线性关系

各类车型的燃油效率与车身自重的关系

汽车自身质量对燃油消耗的影响诸多乘用车，车重减少100kg,每升油多行驶1km结果表明，轻量化对汽车节能减排具有重要意义12除空气动力学阻力之外,车子运动的各类各类车型的燃油效率汽车质量的减少,会减小动力和动力传动系统的负荷,可在较低的牵引负荷下表现出同样或更好的性能。Lotus公司证明,簧载质量下降,明显提高行驶平稳性和舒适性。为提高轿车安全性等性能,增加一些辅助装置,导致车的质量增加,这些又需要通过轻量化予以补偿。又如,混合动力汽车,由于增加了混合动力系统装置而增加了车重。如果在混合动力汽车中实现轻量化,不但可以减少油耗,还可以降低制造费用。

无论从战略角度、商业角度还是社会发展来看,具有高燃油经济性和环保特点的汽车顺应了社会发展的需要。13汽车质量的减少,会减小动力和动力传动系统的负荷,可在较低

汽车轻量化不能以简单的减重多少来衡量，必须与所设计车身的尺寸和功能相关对于已有的功能可满足要求的汽车，轻量化的设计是降低重量而保持原功能不变，其轻量化的效果是直接的减重；现有功能尚不能全部满足要求或需要提升的汽车，轻量化设计是完善功能而保持质量不变；既要提高改进性能，同时也使汽车减重。

汽车轻量化设计实际上是功能改进，质量降低，结构优化和合理价格的结合。

汽车轻量化的概念14汽车轻量化的概念14汽车轻量化之

第二章国内外汽车轻量化发展概况2.1国际汽车轻量化发展现状2.2国内汽车轻量化发展现状15汽车轻量化之

第二章国内外汽车轻量化发展概况2.1国2.1国际汽车轻量化发展现状

主要汽车生产国对策

汽车轻量化研发项目162.1国际汽车轻量化发展现状主要汽车生产国对策汽车

自上世纪70年代以来，随着材料技术和制造技术的进步，汽车自身重量在逐年减少，以美国为例，上世纪80年代初，中型轿车的平均质量为1520KG；90年代初下降至1475KG；90年代末下降至1230KG；1985~1995年期间，轿车质量平均每年减少0.9%。20世纪末和本世纪初世界各国先后出现过百公里油耗3L的汽车，这类汽车的质量基本处在750~850KG之间，比现今同类车轻50%。1998年德国大众推出路波3LTDI，汽车自身质量只有800KG。奥迪公司开发全铝型轿车AuDiA2,汽车自身质量只有895~990KG。商用车的自身质量也在减少，以意大利依柯维商用车为例，2004年其驾驶室的质量已降为960KG，减少40%。

17自上世纪70年代以来，随着材料技术和制造技术的进步，汽车自主要汽车生产国对策

影响美国最深的当属“平均燃油效率标准”（CAFE）与“新一代汽车共同开发计划”（PNGV）。PNGV计划于1993年开始实施，政府每年投资2亿美元，主要用于家庭用车的减重。

美国总统奥巴马2009年5月公布了一项汽车节能减排计划，目标是到2016年，美国国内生产的客车和轻型卡车百公里耗油不超过6.62L，CO2排放量也比现有车辆减少1/3。这项计划2012年开始实施，将使美国在2012～2016年减少使用原油18亿桶，温室气体排放量将减少9亿吨。

欧洲和日本不仅在降耗减排方面推行了相关政策，而且对废旧车辆回收也作出了严格规定。如日本2001年规划由抛弃型进入循环型的社会发展模式，推行全回收或零废弃的观念。其实，2001年以前，日本已有相关法令推行绿色设计及绿色采购。18主要汽车生产国对策影响美国最深的当属“平均燃油效率日本

美国欧洲改善燃油效率的做法2010年燃油效率提高24%（与1995年比）

燃油效率的规定不按

照企业平均量，而按照汽车等级来区分

贯彻执行企业平均燃油效率CAFE政策。

以PNGV（新一代汽车合作

计划）计划推动3L/100km

车的开发（2004年）

加州2009年起达成CO2的企业平均限制法。

汽车业自我限制，2008年新车

的平均CO2排放标准为140g/km(5.9L/100km)超低燃油消耗车的开发紧盯美国加州法令，加速开发汽油/电池混合车PNGV计划正在开发全铝车体：GMPrecept；

FordProdigy；Chrysler

批量生产出全球首部燃油效率

为3L/100km的车VWLupo

3L/100km概念车领先开发燃料电池车发表丰田ES3(*)

ESX2三种燃料电池车燃料电池车*超级燃油效率概念车，燃油效率为2.7L/100km（CO271g/km）

主要汽车生产国轻量化与改善燃油效率值的策略

19日本

美国欧洲2010年燃油效率提高24%（与1995汽车轻量化研发项目

国际钢铁协会首先开展了超轻钢汽车车身UISAB项目，参加该项目的有来自5大洲18个国家的35家钢铁企业。该项目于1994年启动，1998年结束，主要目标是减小车身质量、提高结构强度、提高安全性、简化制造工艺及降低生产成本。

与UISAB相关的项目还有UISAC和UISAS两项目，前者是将高强度钢应用在汽车车身覆盖件上，后者是采用高强度和超高强度材料以及一些先进的制造技术来生产轻量、廉价和性能良好的悬架系统，目标是通过采用新的钢材及设计，将悬架质量减小20%。

国际钢协1998年3月开始在全球实施UISAB-AVC计划，该项目是从整体上研究开发新一代钢铁材料汽车结构（车身、覆盖件、悬架系统、发动机支架及所有与结构、安全相关的部件）。

世界各大铝业公司也结成了汽车铝材联盟，如美国汽车材料合作伙伴（USAMP）。

20汽车轻量化研发项目

国际钢铁协会首先开展了超轻钢汽汽车轻量化之

第二章国内外汽车轻量化技术发展概状2.1国际汽车轻量化技术发展现状2.2国内汽车轻量化技术发展现状21汽车轻量化之

第二章国内外汽车轻量化技术发展概状2.12.2国内汽车轻量化发展现状

汽车轻量化技术发展现状

汽车轻量化技术发展面临的主要问题

行业政策及标准222.2国内汽车轻量化发展现状汽车轻量化技术发展现状行业政策及标准

2004年我国出台《乘用车燃料消耗量限值》国家标准，以期从长远角度提高能源利用率，并促进汽车轻量化的发展，分阶段实施。

2009年初出台的“汽车产业调整振兴规划”，其中规定购买1.6L及以下的小排量汽车可减免5%的车辆购置税。

23行业政策及标准2004年我国出台《乘用车燃料消耗量限

近年来,我国在汽车轻量化技术方面取得了不少成果。“九五”和“十五”期间,一批汽车新材料项目被列为国家“863”、“973”高新技术项目和国家科技攻关重大项目。促进了汽车轻量化技术的进步。九五“期间,我国进行了铝合金材料和铸件生产成套工艺技术的开发研究,开发出了多种铸造合金和高性能轴瓦材料：耐热铝合金、高强高韧铝合金、铝基复合材料等新材料的研究取得了较大进展。半固态成型、快速凝固等先进成型技术研究与应用也取得了突破。一汽等几大汽车生产厂家都有自己的铝合金铸造生产线；湖南大学也正在进行汽车大型铝合金结构件整体铸造成形技术和关键设备的研究；重庆汽车研究所、西南铝、东北大学和一汽都进行了铝合金板材的成形性研究。汽车轻量化技术发展现状24近年来,我国在汽车轻量化技术方面取得了不少成果。

“十五”期间，我国将镁合金应用与开发列为材料领域重点项目,一汽、东风、长安等汽车企业建立了压铸镁合金生产线重庆汽车研究所在镁合金零件的性能测试、疲劳试验、计算机模拟等方面做了大量的工作：上海交大、湖南大学、重庆大学等高校就镁合金的强韧化、耐蚀性、阻燃性和抗高温蠕变性等开展了较深入的研究。目前,国内汽车轻量化材料正在加速发展,车用高性能钢板、镁合金已在汽车上有所应用。如上海大众桑塔纳轿车变速器壳体采用镁合金。上世纪

80年代,重庆汽车研究所就开展了双相钢研究；一汽轿车、奇瑞汽车公司也在轿车车身上进行了高强度钢板的初步应用试验。25“十五”期间，我国将镁合金应用与开发列为材料领域重点

在汽车结构优化设计方面,国内已从主要依靠经验设计逐渐发展到应用有限元等现代设计方法进行静强度计算和分析阶段。目前出现了一批拥有自主知识产权的汽车车身模具开发技术，如湖南大学与上汽通用五菱在薄板冲压工艺与模具设计理论方面开展了较深入的研究；北京航空航天大学开发了CAD系统CAXA。并已经开展了客车轻量化技术的研究，利用有限元法和优化设计方法进行结构分析和结构优化设计。以减少车身骨架、发动机和车身蒙皮的重量等。26在汽车结构优化设计方面,国内已从主要依靠经验设计逐渐目前，我国汽车轻量化技术无论在理论研究方面还是在实际应用方面与国外均有较大差距。轻量化技术的发展主要面临如下问题：1、轻量化技术涉及众多学科的研究领域

需要运用多学科交叉融合所形成的综合性、系统性知识体系,而在目前的研发体系下，各研发机构往往只注重单个技术的研发很少开展各技术间的交叉与融合2、汽车轻量化技术涉及众多的共性技术和前沿技术其关键、核心技术的突破不可能由单个企业或科研机构独立完成。必须要由国家级的研究机构对其关键、重大问题进行战略性和前瞻性的超前部署。而目前此类机构尚未建立。3、产、学、研结合不够紧密没有明确定位、合理分工。基础研究和技术开发研究的有机衔接不够。企业规模小而分散。轻量化技术开发能力薄弱，研发人才短缺，工艺水平落后。我国汽车轻量化技术发展面临的主要问题27目前，我国汽车轻量化技术无论在理论研究方面还是在实际应用方面3.1新材料在汽车上的应用

3.1.1轻金属在汽车上的应用

3.1.2高强度钢在汽车上的应用

3.1.3其他材料的应用3.2CAD/CAE在汽车结构设计上的应用3.3结构小型化3.4承载式车身在汽车上的应用3.5先进特种成形工艺的应用汽车轻量化之

第三章汽车轻量化的主要途径283.1新材料在汽车上的应用汽车轻量化之

第三章汽车轻3.1.1轻金属在汽车上的应用

铝、镁、钛合金材料是所有现用金属材料中密度较低的轻金属材料(镁合金约1.74g/cm3,铝合金约2.7g/cm3，钛合金约4.51g/cm3。而钢的密度约7.8g/cm3），因而成为汽车减轻自重，提高节能性和环保性的首选材料。时间197019801990199521世纪自身质量／kgl5851375l312l270l200美国轿车平均自身质量变化情况表293.1.1轻金属在汽车上的应用铝、镁、钛合金材料是选用轻金属材料的重要意义（1）苛刻的安全法规要求用提高汽车主动安全性和被动安全性的眼光来完善汽车的安全设计；（2）选用轻金属材料是节油和降低排放的重要方法；（3）选用轻金属材料是提高汽车动力性、舒适性和提高竞争力的方向

因此，轻金属替代钢铁材料是汽车发展的重要方向。世界各大汽车公司都争相开发轻金属材料。车名钢铁轻金属塑料其它大众路波牌轿车50.516.414.019.1奔驰E系列轿车63.06.08.023.0奥迪A2型轿车34.028.824.612.6奥迪A6型轿车58.312.817.111.8福特新型P2000轿车24.037.0—39.0福特Taurus牌轿车66.09.0—25.0BMW公司3系轿车56.711.514.5—世界几种典型轿车用材比例%30选用轻金属材料的重要意义（1）苛刻的安全法规要求用提高汽车主（1）轻金属材料☞铝合金

自70年代开始，汽车用铝量不断增加。作为一种轻质材料，铝合金正日益受到汽车制造企业的青睐。目前，全世界耗铝量的12％～15％以上用于汽车工业。有些发达国家已超过25％。2006年欧美日的小汽车平均用铝量已经达到127kg/辆。欧洲铝协(EAA)预测：在2015年前,欧洲小汽车用铝量将增至300kg/辆。31（1）轻金属材料☞铝合金自70年代开始，汽车用比强度高弹性好导热性好易加工回收率高耐蚀性好耐磨密度小ρ=2.7g/cm3铝及铝合金铝及铝合金的特点32弹性好导热性好易加工回收率高耐蚀性好耐磨密度小铝及铝合金铝及西南铝业集团调查显示，铝合金的回收率在80%以上。约60%的汽车用铝来自废料汽车轻量化，节能降耗，有利环保汽车铝合金零部件回收再利用率高提高燃油效率，加大载重能力减少工序，提高装配效率安全舒适铝合金在汽车上的应用优势33西南铝业集团调查显示，铝合金的回收率在80%以上。约60%的汽车用铝铸铝（77%）变形铝合金（23%）板材10%重力铸造件压力铸造件挤压材锻件美国研究表明，目前汽车上用铝大致为：汽车用铝合金种类34汽车用铝铸铝变形铝合金板材10%重力铸造件压力铸造件挤压材部件系统零件名称发动机系统

发动机缸体、缸盖、活塞、进气管、水泵壳、发动机壳、启动机壳、摇壁、摇壁盖、滤清器底座、发动机拖架、正时链轮盖、发动机支架、分电器座、汽化器等传动系统

变速箱壳、离合器壳、连接过滤板、换挡拔叉、传动箱换挡端盖底盘行走系统

横梁、上下壁、转向机壳、制动分泵壳、制动钳、车轮、操纵等其它系统部件

离合器踏板、刹车踏板、方向盘、转向节、发动机框架、ABS系统部件汽车用铸造铝合金的主要部件系统铝合金在汽车中的应用35部件系统零件名称发动机系统发动机缸体、缸盖、活塞、进变形铝合金的主要部件系统车身系统部件

发动机罩、车顶篷、车门、冀子板、行李箱盖、地板、车身骨架及覆盖件等热交换器系统部件

发动机热交换器、机油散热器、中冷器、空调冷凝器和蒸发器等其他系统部件

冲压车轮、座椅、保险杆、车厢低板及装饰件等36变形铝合金的主要部件系统车身系统部件发动机罩、车顶篷、车门零件名称铸铁件质量铸铝件质量

质量比（铁：铝）零件名称

钢件质量

铝件质量

质量比（钢：铝）进气歧管3.5~18.01.8~9.0（1.9~2）：1

前后上操纵杠1.550.552.8：1汽缸体80~12013.5~32.0（3.8~5.9）：1悬挂支架1.850.702.6：1发动机罩18~276.8~11.4（2.4~2.6）：1

转向操纵杆2.101.101.9：1转向机壳3.6~4.51.4~1.8（2.5~2.6）：1万向接头6.953.901.8：1变速器壳13.5~23.05.0~8.2（2.7~2.8）：1托架0.190.121.6：1制动鼓5.5~9.01.8~3.6（2.5~3.1）：1吸振轴承0.1850.131.4：1水泵壳1.8~5.80.7~2.3（2.5~2.6）：1悬挂支架轴承0.300.142.1：1油泵壳1.4~2.30.5~0.9（2.8~2.6）：1

转向杆轴承0.370.281.3：1铝材代替铸铁和钢材零件的质量对比kg37零件名称铸铁件铸铝件质量比零件名称钢件铝件

从上表可知，汽车每使用1kg铝，可减轻自重2.25kg，减重效应高达125%，在汽车整个使用寿命周期内可减少废气排放20kg。此外，铝回收简便，是除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。铝具有良好的物理和化学性能，工业生产中的铸、锻、冲工艺均能适用，是可采用多种铸造工艺制造零件的少数几种金属材料之一，最适于应用广泛的压力铸造工艺。但铝合金的成本仍高于钢铁材料。38从上表可知，汽车每使用1kg铝，可减轻自重2.25

铝合金的主要优点是重量轻，散热性好。随着发动技术的发展，四气阀结构成为发动机的主流设计趋势。与两气阀发动机相比，每缸四气阀的气缸盖比每缸两气阀的气缸盖在工作时要产生更多的热量，采用全铝合金缸盖是最好的解决办法。目前，轿车发动机部件中不仅活塞、散热器、油底壳缸体采用铝合金材料，而且缸盖、曲轴箱也采用这种材料。在目前的形式下，在发动机上采用铝合金替代铸铁已经成为主流趋势。1发动机汽车铝合金典型件

法国汽车的铝汽缸套已达100％，铝汽缸体达45%。在未来几年里，随着高强度优质铝合金材料的开发成功和制造工艺的不断改进，铝合金材料将愈来愈多的用来制造这一类零部件。39铝合金的主要优点是重量轻，散热性好。随着发动

德国大众先进的6.0LW12发动机采用的基本上都是铝镁合金，奥迪A8L6.0quattro轿车上因采用W12发动机，整车重量随之被降低到1980kg，低于所有其他车型。而W12引擎450马力、560Nm的强劲动力，使其单位马力需加速的重量仅为4.7kg，堪与高性能跑车相媲美。大众最先进的6.0LW12发动机40德国大众先进的6.0LW12发动北极星V8发动机

北极星系列引擎是通用旗下除了LS引擎系列外最顶级的发动机，它是美国首款顶置凸轮轴的V8铝合金的引擎。它的汽缸套由全铝合金压铸而成。目前广泛应用于凯迪拉克上的4.6升发动机最大功率320马力，最大扭矩427Nm。而应用于高性能V系列的机械增压款更可高达476马力/606Nm。41北极星V8发动机北极星系列引擎是通用旗下除了2轮毂

汽车广泛应用的铝制轮毂是铝合金在汽车上应用的一个例子，几乎所有的新车型都采用了铝合金轮毂。

马自达跑车轮毂福特Focus铝合金轮毂铝合金轮毂的优点：减重、省油增加发动机寿命散热好真圆度好坚固耐用美观汽车铝合金典型件422轮毂汽车广泛应用的铝制轮毂是铝合金在汽车上应铝合金-钢轮毂减重对比车种轮毂规格inch铝轮毂质量kg钢轮毂质量kg减重效果kg单车减重效果kg4轮轿车与客车5.0Jx145-87-92-38-128轮中型汽车6.0G3x1611.5175.53310轮大卡车7.5Vx207.5Tx208.25x22.57.5x22.524.524.524.523.53734424212.510.017.518.512510017518543铝合金-钢轮毂减重对比车种轮毂规格铝轮毂质量钢轮毂3车身覆盖件

车身的重量约为汽车总重量的30%，故车身的轻量化占有举足轻重的地位。在汽车内外板上用铝合金板代替钢板可使车身减重约40%-50%；如采用铝合金覆盖件整车减重10%-15%，可见采用铝合金车身板的减重效果十分显著。

铝合金在汽车轻量化应用方面提供了很好的应用基础和市场前景，必然为铝合金汽车覆盖件的应用带来更大机遇。因此，用铝合金板取代钢板制造车身覆盖件也是汽车轻量化的必然之路。汽车铝合金典型件443车身覆盖件车身的重量约为汽车总重量的30%，故奥迪2011款（全铝车身框架）

德国奥迪A8型高级轿车的整个车身均采用铝材制造，框架采用立体框架式结构，覆盖件为铝板冲压而成。这种铝车身与钢车身相比，质量减轻30-50%，油耗减低5-8%。

45奥迪2011款（全铝车身框架）德国奥迪A8Insighthybrid轿车车架

捷豹XJ的基础车身就是铝合金材料，在保证了强度的同时，提高了空间体积，还使整车的灵活性得到了最大限度的保留。就铝板覆盖件的应用发展趋势看，强度高、成形加工性好、表面质量优良的铝板将取代钢板成为汽车覆盖件的主要材料。

捷豹XJ铝合金车身

日本本田公司生产的Insighthybrid轿车车身用铝合金达162kg，比钢车身减重约40%。46Insighthybrid轿车车架捷豹XJ铝合金的加工技术铸造塑性加工液态模锻半固态成形砂型铸造压铸件多用于制造轿车车身结构件和悬架支撑件等。部分轮毂也采用锻造成形。越来越多的汽车零件会采用塑性加工成形，为轻金属加工技术的发展趋势多用于发动机、底盘、壳类零件用于某些高强度铝活塞。处于待开发阶段国外已经产业化，国内才刚刚开始，主要用于某些小零件铝合金加工技术47铝合金的加工技术铸造塑性加工液态模锻半固态成形砂型铸造

在汽车中扩大铝合金的应用将会产生巨大的经济效益和社会效益，但目前尚有以下亟待解决:铝合金板材的性能尚需提高建立汽车用铝合金的数据库研发铝合金零件的设计方法、结构计算方法、成形工艺的计算机模拟以及焊接工艺方法研究铝合金材料的表面形态、油漆前的前处理、油漆后的防腐效果等问题，积累数据为铝合金应用时工艺的制定提供基础数据维修市场对经碰撞后的铝合金结构件和覆盖件的复原、恢复原则以及开裂后的补焊等均缺乏经验和方法。铝合金应用的主要障碍48在汽车中扩大铝合金的应用将会产生巨大的经济效益和社会效（2）轻金属材料☞镁合金

镁是极重要的有色金属，它比铝轻，能够很好地与其他金属构成高强度的合金。我国原镁产量目前居世界第一位，占全球总产量的1／3。虽然是世界产镁大国，而在镁合金材料生产、研究及应用领域与北美、西欧、日本还有相当大的差距，处于起步阶段。49（2）轻金属材料☞镁合金镁是极重要的有色金易加工资源丰富开采技术成熟回收率高、回收无污染比强度、比刚度高阻尼减震性能高镁及其合金镁及镁合金的特点50易加工资源丰富回收率高、比强度、阻尼减震镁及其合金镁及镁合金汽车质量减轻、提高载荷及有效承载能力（与铝相比，镁可使重量减轻21%，与灰铸铁相比，可减轻50%）降低废气排放及燃油成本提高燃油经济性综合指标减震性能好，降低汽车噪音及震动镁合金在汽车应用中的优势51汽车质量减轻、提高载荷及有效承载能力（与铝相比，镁可使重量减

国外近几年在汽车上的应用，以年平均25％的速度快速增长。据资料介绍，汽车上有60多种零部件可以采用镁合金生产，我国经过“十五”和“十一五”科技攻关，也有20余种汽车零部件可以采用镁合金生产。如仪表盘骨架、座椅骨架、进气歧管、赛车车轮、支架、转向盘骨架、缸体、壳体类零件等，目前镁合金件正向着大型集成化发展。

国外镁合金在汽车上的用量单位KT镁合金的应用52国外近几年在汽车上的应用，以年平均25％的国外汽车用镁合金的主要部件系统部件系统零件名称车内构件仪表盘、座椅架、坐位升降器、操作台架、气囊外罩、转向盘、锁合装置、转向柱、转向柱支架、收音机外壳、小工具箱门、车窗马达罩、刹车与离合器踏板托架、气动踏板托架车体构件门框、尾板、车顶板、IP横梁传动系统阀盖、凸轮盖、四轮驱动变速箱体、手动换档变速器、离合器外壳与活塞、进气管、机油盘、交流电机支架、变速器壳体、齿轮箱壳体、油过滤器接头、马达罩、前盖、气缸头盖、分配盘支架、油泵壳、油箱、滤油器支架、左侧半曲轴箱、右侧半曲轴箱、空压机罩、左抽气管、右抽气管底盘系统轮毂、引擎托架、前后吊杆、尾盘支架53国外汽车用镁合金的主要部件系统部件系统零件名称车内构件仪表盘镁合金减速器外壳

镁合金减速器外壳采用压铸的方法制造，具有重量轻，噪音低的优点。1减速器外壳典型镁合金零件应用54镁合金减速器外壳镁合金减速器外壳采用压铸的方2变速器典型镁合金零件应用Weight：6.74kgMaterial：VW030Volume:240,000SVWSantanaTransmissionCase552变速器典型镁合金零件应用Weight：6.74kgS

采用镁合金轮毂能达到轻量化的目的，与铝合金轮毂相比，重量减轻30%左右。同时还能提高汽车的使用性能。因此在赛车及某些高档车上开始使用镁合金轮毂。3轮毂典型镁合金零件应用特点：（1）高减振特性：镁合金材料具有较高的阻尼系数，是铝合金的15倍，钢的60倍；（2）高热传导率：对汽车来说，镁合金轮毂具高热导率（较铝合金轮毂略差），可降低刹车系统温度，延长刹车轮毂使用寿命；（3）提高汽车性能：较轻的镁合金轮毂有利于改善汽车的加速与刹车性能；（4）改善燃油效率与降低污染；（5）高的刚性：同铝合金轮毂相比，刚性大大提高，因为镁合金轮毂尽管壁厚增加但对重量影响不大。因此，当受到障碍物冲击时能保持轮毂的形状，从而提高轮胎的寿命。56采用镁合金轮毂能达到轻量化的目的，与铝合金轮毂相比，典型镁合金零件应用4刹车踏板支架Weight：1.29kgMaterial：AM60BVolume:80,000SGMBuickRegalBrakePedalBracket57典型镁合金零件应用4刹车踏板支架Weight：1.29k镁合金加工技术铸造成形

重力浇注

压铸（最为成熟，在汽车领域压铸件达80%）

触变注射成形

塑性成形

挤压

冲压

等温锻造

(专门用于成形铝、镁合金，大部分合金必须采用等温成形，应用前景最大)镁合金加工技术58镁合金加工技术铸造成形重力浇注压铸（最为成熟，在汽车领域镁合金零件的防腐技术尚未全面掌握镁合金性能测试数据的缺乏镁合金零件设计及使用经验不足成本太高镁合金应用障碍59镁合金应用障碍59（3）轻金属材料☞钛合金

铝和不锈钢在近200℃会失去原有的力学性能，而钛合金在500℃左右仍能保持良好的力学性能；

在车用轻金属材料中，钛的强度可以达到与合金钢相当的高强度1500MPa，大大高于铝、镁合金；

钛合金具有优异的耐蚀性能，可在恶劣的工作环境下使用

因此钛合金将是替代钢铁的轻量化和高性能的材料，是最具有潜力的汽车用材料。60（3）轻金属材料☞钛合金铝和不锈钢在近200℃会失密度小、比强度大可绿色回收易加工与钢材同样的设备工艺记忆功能用于车身方便复原屈强比值大高、低温力学性能好耐蚀性强不受路面盐类及废气的影响钛及其合金钛及钛合金的特点61密度小、可绿色回收易加工记忆功能屈强比值大高、低温耐蚀性强钛在汽车上，钛可用于制造发动机气门、承座、气门弹簧、连杆、紧固件等

1钛连杆钛合金汽车连杆除了减轻重量外，还可提高使用性能，抗振、节约燃油。一般用于高档车中。兰博基尼-Diablo、法拉力-F355

、-360M

，-550M

、还有保时捷-911GT3等都采用钛合金来制造连杆。钛合金在汽车工业中的应用62在汽车上，钛可用于制造发动机气门、承座、气门弹簧、连杆、紧固2钛合金排气系统

钛合金具有良好的高温力学性能和抗腐蚀性能，不亚于甚至超过了不锈钢的指标，所以，很适用于排气系统。而且其它轻合金元素无法用于排气系统，如果要在排气系统中减轻汽车重量，钛及其合金是唯一能够替代钢的新型轻质材料。目前钛合金排气系统主要应用于赛车、改装车或高档轿车中。钛合金排气系统钛合金在汽车工业中的应用632钛合金排气系统钛合金具有良好的高温力3钛弹簧弹性模量仅为钢的55%

高屈强比、低切变模量所需圈数少节省空间减轻重量可提高30~40%共振频率优良性能钛合金在汽车工业中的应用643钛弹簧弹性模量仅为钢的55%高屈强比、低切变模量所需

价格昂贵是阻碍钛在汽车上应用的主要因素，钛制造厂商也正努力进行多方面降低成本的工作，相信在不远的将来会取得显著的成效。

钛合金应用障碍65价格昂贵是阻碍钛在汽车上应用的主要因素，钛制造厂商也3.1新材料在汽车上的应用

3.1.1轻金属在汽车上的应用

3.1.2高强度钢在汽车上的应用

3.1.3其他材料的应用3.2CAD/CAE在汽车结构设计上的应用3.3结构小型化3.4承载式车身在汽车上的应用3.5先进特种成形工艺的应用汽车轻量化之

第三章汽车轻量化的主要途径663.1新材料在汽车上的应用汽车轻量化之

第三章汽车轻优点3.1.2

高强钢HighStrenghtSteel在汽车上的应用

强度优于普通钢板、成本低于铝镁合金，使高强度钢板成为未来汽车结构材料的主体。根据国际钢铁协会组织的全世界32家钢铁公司和相关汽车行业的轻量化项目ULSAB-AVC的目标和研发成果ULSAB-AVC白车身（BIW）的用材比例1.优良的成形性能2.回收利用性好3.可利用传统生产装备

4.修理和保险5.延迟的时效性和非时效性6.耐蚀性能7.良好的连接性能和保形性能8.价格低9.保证塑性延展性的同时，强度高，冲压件质量轻67优点3.1.2高强钢HighStrenghtSteel高强度钢板的应用和作用注：Ps为压溃强度，AE为压溃吸能，Pt为压痕抗力，P为微量变形抗力，σw为疲劳强度，σb为抗拉强度，t为板厚，σp为成形构件应变下的流变应力，ED为动负荷设计弹性模量，n为常数。68高强度钢板的应用和作用注：Ps为压溃强度，AE为压溃吸能，

各类关系方程可以看出，除疲劳强度外，其他各性能均正比于板厚和相应的材料性能n次方的乘积，因此高强度钢板能够大幅增加构件的变形抗力,提高能量吸收能力和扩大弹性应变区。高强度钢板用于汽车零件上，通过减薄零件来减轻质量。与铝、镁、复合材料等相比,高强度钢板的制造相对容易,具有经济性较好的优势。

国外高强度钢在轿车车身上的应用比例逐年增加，目前大约为50%，而我国汽车工业计划用3~5年的时间将目前低于20%的比例提高到40%以上。69各类关系方程可以看出，除疲劳强度外，其他各性能均正比于

我国的自主品牌跟国外相比，有两个基础性的差异：

一、自重（据统计分析我国的自主轿车较国外同类车重8%到10%）

二、碰撞安全性

对比对象

高强度钢比例NCAP碰撞评级

自主品牌轿车一般10%，个别20%一般1-2星，个别3星

合资或进口轿车一般50%，个别60%一般4-5星，新车5星国内外轿车高强钢的使用比例与碰撞安全级别的对比采用高强钢板的意义70我国的自主品牌跟国外相比，有两个基础性的差异：

一1998年，菲亚特的白车身的高强钢用量只占10%，其碰撞安全性要求仅是满足法规。因此当时的碰撞评价水平也就是良性。

2004年，菲亚特的白车身高强钢用量提高到52%，其碰撞安全性随之提高到四星级。

2007年，新设定的标准又提高到65%。

故高强钢的用量提高也必然带来碰撞安全性的提高菲亚特高强钢比例的增长高强钢711998年，菲亚特的白车身的高强钢用量只占11.材料强度提高增加了安全性；2.覆盖件抗凹性的改善提高了商品性；3.板厚减薄使汽车结构轻量化

高强钢主要用于制作车身外板，车身内板以及车身结构件，这类钢铁材料和汽车轻量化关系密切。721.材料强度提高增加了安全性；高强钢主要用于制作车身速腾车身三层整体车门车门框架为三层钢板，中间一层高强度热成型钢板厚度达到2mm，相当于普通车身钢板的3倍。当发生碰撞时，车门吸收强烈撞击