8.2汽车轻量化（课件）- 《汽车文化》同步教学（北京邮电版·2023）

汽车轻量化 8.2 1 汽车的轻量化就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。实验证明,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%~8%;汽车整备质量每减少100kg,百公里油耗可降低0.3~0.6L;汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%,也就是说,汽车质量降低一半,燃料消耗也会降低将近一半。由于环保和节能的需要,汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。 2 8.2.1汽车轻量化的主要途径 (1)汽车主流规格车型持续优化,规格主参数尺寸保留的前提下,提升整车结构强度,降低耗材用量。 (2)采用轻质材料。如铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等。 (3)采用计算机进行结构设计。如采用有限元分析、局部加强设计等。 (4)采用承载式车身,减薄车身板料厚度等。 其中,当前的汽车轻量化措施主要是采用轻质材料。 3 1.有色合金 以乘用车来说,1973年每辆车所使用的有色合金占全部用材的重量比为5.0%,1980年增至5.6%,而1997年则达到了9.6%。有色合金在汽车上应用量的快速增长是汽车材料发展的大趋势。 8.2.2轻量化新材料 4 2.铝合金 铝的密度约为钢的1/3,是应用最广泛的轻量化材料。以美国生产的汽车产品为例,1976年每车用铝合金仅39kg,1982年达到62kg,而1998年则达到了100kg。汽车用铝合金包括铸造铝合金、变形铝合金和铝基复合材料等。 1)铸造铝合金 汽车工业是铝铸件的主要市场,例如,日本铝铸件的76%、铝压铸件的77%为汽车铸件。铝合金铸件主要应用于发动机气缸体、气缸盖、活塞、进气歧管、摇臂、发动机悬置支架、空压机连杆、传动器壳体、离合器壳体、车轮、制动器零件、把手及罩盖壳体类零件等。 8.2.2轻量化新材料 5 2.铝合金 2)变形铝合金 变形铝合金指铝合金板带材、挤压型材和锻造材,在汽车上主要用于车身面板、车身骨架、发动机散热器、空调冷凝器、蒸发器、车轮、装饰件和悬架系统零件等。 3)铝基复合材料 铝基复合材料密度低、比强度和比模量高、抗热疲劳性能好,但在汽车上的应用受到价格及生产质量控制等方面的制约,还没有形成很大的规模。目前,铝基复合材料在连杆、活塞、气缸体内孔、制动盘、制动钳和传动轴管等零件上的试验或使用显示出了卓越的性能。 8.2.2轻量化新材料 6 3.镁合金 镁的密度约为铝的2/3,在实际应用的金属中是最轻的。镁合金的吸振能力强、切削性能好、金属模铸造性能好,很适合制造汽车零件。 镁合金大部分以压铸件的形式在汽车上应用,镁压铸件的生产效率比铝高30%~50%。新开发的无孔压铸法可生产出没有气孔且可热处理的镁压铸件。 镁铸件在汽车上使用最早的实例是车轮轮辋。在汽车上试用或应用镁合金的实例还有离合器壳体、离合器踏板、制动踏板固定支架、仪表板骨架、座椅、转向柱部件、转向盘轮芯、变速箱壳体、发动机悬置、气缸盖和气缸盖罩盖等。 8.2.2轻量化新材料 7 3.镁合金 镁基复合材料的研究也有进展,以SiC颗粒为增强体,采用液态搅拌技术得到的镁基复合材料具有很好的性能且生产成本较低。在AZ91合金中加入25%的SiC颗粒增强的复合材料比基体合金拉伸强度提高23%,屈服强度提高47%,弹性模量提高72%。 8.2.2轻量化新材料 8 4.钛合金 钛的密度为4.5g/cm3,具有比强度高、高温强度高和耐腐蚀等优点。由于钛的价格昂贵,至今只见在赛车和个别豪华车上少量应用。尽管如此,对钛合金在汽车上应用的试验研究工作却不少。 钛合金应用的最大阻力来自其高价格,丰田中央研究所开发了一种成本较低的钛基复合材料。该复合材料以Ti-6Al-4V合金为基体,以TiB为增强体,用粉末冶金法生产,已在发动机连杆上应用。 4.钛合金 8.2.2轻量化新材料 9 8.2.3轻量化新工艺 钢铁材料在与有色合金和高分子材料的竞争中继续发挥其价格便宜、工艺成熟的优势,通过高强度化和有效的强化措施可充分发挥其强度潜力,以致迄今为止仍然是在汽车生产上使用最多的材料。 10 1.高强度钢板的应用 在普通的IF钢板的基础上相继开发了高强度IF钢板和烘烤硬化IF钢板,在保持高成型性的同时提高了强度和抗凹陷性,为车身钢板的减薄和实现轻量化创造了条件。 加入Ti、Nb和V等元素的析出强化钢板拉伸强度在500~750MPa,可用于车轮和其它底盘零件。 近来开发的多相钢有相当大的应用潜力。其中铁素体-贝氏体钢强度级别为500MPa,双相(DP)钢和相变诱发塑性(TRIP)钢强度级别为600~800MPa,复相(CP)钢强度级别在1000MPa或更高。这些钢的成型性能也很好。 激光拼焊毛坯是新近开发并应用的钢板轻量化技术。在前述超轻钢汽车车身有18个零件采用了