摘要：汽車輕量化可以有效減輕汽車重量，是實現汽車節能減排的主要方向之一。汽車輕量化主要采用輕量化替代材料、改進車身部件制造工藝和優化車身結構設計三種方法。本文主要從三種方法之一的輕量化替代材料著手，通過對五種替代材料的分類介紹，對應用趨勢做出了簡要分析。

　　汽車工業的發展目前面臨著資源、安全和環保三大問題。眾多發達國家已相繼制定了如油耗、排放法規等對策和措施積極應對，而在汽車工業界的應對中，汽車輕量化是已被驗證是應對以上三大問題的有效途徑之一。

　　汽車質量與油耗和排放下降的比例為5:4:2

　　汽車行駛所需動力和動力傳動系統與汽車質量成正相關，減輕質量后，汽車可在較低的牽引動力下表現同等的性能;汽車行駛時燃油的消耗中75%與整車質量有關，降低汽車質量可有效降低油耗及排放量，質量每下降10%，油耗下降8%(圖1)，排放下降4%。因此，從汽車工業發展及社會環境要求角度來看，降低汽車質量、提高燃油經濟性和環保性能具有重要意義。

　　圖1 整車質量減少與百公里油耗的關系

　　(資料來源：《新能源汽車輕量化材料》)

　　汽車輕量化的五類替代材料應用涉及車身、結構件及零件

　　(1)高強度鋼板的抗拉強度和屈服強度性能高，主要應用于車輛關鍵結構件中。其具有高抗拉強度和高屈服強度的特性，可以在打薄鋼板、減少車身重量的基礎上保持性能不減，近年來已越來越多的應用于汽車結構件中，按其特性可分為低強度剛、高強度鋼和超高強度剛。該類材料主要應用在AB柱、地板、門檻等車輛的關鍵結構件中，如寶馬在部分車型的中通道、地板、B柱、車門防撞桿應用了高強度鋼;凱迪拉克在部分車型的AB柱內板、地板中通道、橫梁等關鍵部件應用了先進的高強鋼，使鋼制下車體結構相較原鋁制車體減重了6kg。

　　表1 三類強度剛的抗拉強度和屈服強度參數分類

　　(數據來源：五度易鏈行業研究中心)

　　(2)鋁合金耐腐蝕、耐磨性強，應用由內部零件罩體向全鋁車身過渡。其在密度小、強度及剛度高、彈性和抗沖擊性能良好的基礎上，還具有優異的耐腐蝕性和耐磨性，是汽車輕量化的理想材料。鋁合金初期應用于汽車發動機罩和行李箱蓋，現已發展到全鋁車身的應用，其中，在汽車上的應用材料為鋁合金和鋁復合材料，目前國外已可達車身80%以上的鋁合金和鋁復合材料應用。在汽車中應用的鋁合金分為鑄造鋁合金和變形鋁合金兩類，具體的細分應用見表2。目前，業內60%以上的汽車用鋁合金材料為再生鋁，回收1t鋁合金要比加工制造 1t少耗能95%。

　　表2 鋁合金車用應用分類

　　(資料來源：五度易鏈行業研究中心)

　　(3)鎂合金抗彎強度和隔音性能好，車體結構件和零件中均有應用。在彎曲剛度不變的條件下，采用鎂代替鋼可減重 61%，而在彎曲強度不變的條件下，鎂代替鋼可減重74%，經驗證，每使用1 kg鎂，可使轎車壽命期減少30 kg尾氣排放，且鎂合金還均有隔音的性能，可以提高汽車的舒適度。目前歐洲研發并使用的鎂合金車用零部件超過60種，單車鎂合金用量 9.3～20.3公斤;北美的鎂合金汽車零部件超過100種，用量5.8公斤～26.3 公斤;而國內研發并使用的鎂合金車用零件僅20余種， 總體技術水平還有較大提升空間，目前商業應用的平均單車中用鎂量不足1kg。

　　表3 鎂合金車用部件分類

　　(資料來源：五度易鏈行業研究中心)

　　(4)片狀模塑料可根據部件需要調整力學及耐腐蝕高溫性能，適用于部分車身、承力結構件和耐高溫腐蝕零件。該種材料的商業化應用目前主要集中在車體后尾門，其他的應用多為試驗階段。如雷諾汽車的后尾門相比原鋼制后尾門減重10%，且注塑、組裝工藝簡單，生產成本大為降低。

　　(5)車用碳纖維復合材料性能強但成本高，目前多用于賽車等領域。該材料是由2種及以上不同性質的材料復合壓制而成，其綜合性能在強于原有材料性能的總和，且可滿足不同的車用部件要求。其中，碳纖維的復合材料(CFRP)質量輕、強度高(5倍鋼強度)、耐高溫和耐腐蝕性能好，是非常理想的汽車輕量化材料。該類材料最初制造成本較高，主要在賽車等車型有小批量應用，隨著制造成本的下降，已逐漸向民用領域滲透。

　　未來結合五類材料特點，建立輕量化替代材料的最優配置

　　高強度鋼在汽車輕量化領域的研究開展較早，是汽車輕量化的基礎，鋁合金在近年來發展較快，是當前汽車輕量化的重要材料，而鎂合金、片狀模塑料和復合材料在輕量化領域應用較晚，是該領域的新型材料。在今后汽車輕量化的研究應用中，應結合五類輕量化材料的特點，發揮相應優勢，建立汽車輕量化零部件的最優材料配置。

　　結語

　　汽車輕量化是汽車產業發展的主要方向之一，能有效減輕車身重量，是目前實現汽車節能減排最直接、有效的手段。汽車質量與油耗和排放下降成正相關，比例為5:4:2;汽車輕量化的五類替代材料應用涉及車身、結構件及零件，其中高強度鋼是汽車輕量化的基礎，鋁合金是當前汽車輕量化的重要材料，而鎂合金、片狀模塑料和復合材料是該領域的新型材料;未來應結合五類材料特點，建立輕量化替代材料的最優配置