广汽菲亚特克莱斯勒汽车有限公司广州分公司
引言
二十世纪末以来，在新科技革命的带动下，我国经济水平和科技水平正在飞速发展，人们在基本生存需求得到满足后，开始注重生活水平的提升。在这样的社会背景下，汽车作为一种方便快捷的出行工具，正以越来越强劲的势头融入着人们的日常生活，我国汽车保有量也因此快速增长。汽车虽然方便了人们的生活，却也影响着人们赖以生存的环境。能源不足、尾气污染、环境恶化等，都是日渐增加的汽车保有量给整个生存环境带来的难以解决的问题。因此，如何将金属材料与汽车轻量化结合起来，让汽车变得更加快捷环保，成为了当前汽车行业最需要解决的问题之一。
一、汽车轻量化的概念及必要性
顾名思义，轻量化即有效的减轻汽车的整备质量，但是这种整备质量的减轻要建立在汽车原有性能不变、制造成本不被提高的基础上。汽车轻量化是一个非常巨大的系统工程，它不是更换某一个汽车制造环节的材料这种简单的问题，而是涉及到汽车的整体设计、汽车各总成零部件的节能化设计、汽车装配使用材料、加工成型技术的提升等各个环节的优势集成。汽车的轻量化有如下要求：首先，汽车的性能与原有相比不能发生变化，甚至是通过改进得到提升；其次，汽车的整备质量降低，整体车型结构得到优化；最后，轻量化后的汽车价格也要合理，不能与现实使用价值脱节。
经实验数据研究发现，当汽车的整备质量是原来的90%时，燃料效率可提升将近10%，当汽车的整备质量是原来的二分之一时，汽车行驶过程中的燃料消耗也减少了几乎一半。这个数据的出现对汽车行业来说是一个非常好的消息，说明了汽车轻量化能够显著降低油耗，在节约能源的同时保护环境，有利于汽车行业甚至是整个人类社会的长远发展。
除了燃料消耗方面，汽车的轻量化在提升汽车性能方面也具有显著效果。有实验证明，一般汽车由0km/h加速至96.56%km/h需要10s，但是当该汽车的质量减轻了四分之一时，从0km/h加速至96.56%km/h的时间变为了6s。这说明汽车轻量化可以使发动机输出动力时产生更高的加速度，提高汽车的可操控性，优化汽车的起步加速性能，同时缩短刹车时汽车需要的制动距离。降低了汽车的燃料使用，提高了汽车的控制稳定性能和碰撞安全性，由此看来，汽车轻量化是非常有必要的。
二、各类金属材料在汽车轻量化中的应用发展
（一）铝及铝合金
说起轻量化材料，铝及铝合金材料是最先被考虑到的。铝是各行业使用最早的一批轻量化材料，它的生产、加工和处理工艺发展至今已经比较成熟。铝及其合金材料具有密度孝比强度及比刚强度高、弹性好、抗冲击性能好、耐腐蚀、耐磨、易加工成型、回收再生率高等一系列非常适合应用于汽车制造的优良特性。在现阶段的汽车部件上，车轮、动力系和悬架系等地方是使用铝制材料最多的零部件，如果能将这些零部件或是其它部件继续进行铝至材料优化，预计轻量化汽车可以将铝化界限提升至40%左右。
目前，世界上汽车行业都在努力将铝制材料与汽车更好的结合，不断提高汽车零部件的加工技术。"铝合金半固态成型技术"就是现阶段最领先的铝合金材料加工技术，这种技术不仅可以充分利用好铝优良的性能，也做出了近终态成形的铝合金材料汽车零件。
铝因为其优良的性能成为了汽车轻量化中使用最多的金属材料，可以说汽车轻量化大部分都是通过提高汽车中零部件的铝化程度来实现的。然而随着铝制材料在汽车制造使用的金属材料中的比例不断升高，汽车的制造成本也在不断上升。再加上铝的力学性能和承载力与原有的钢材料存在部分差距，汽车中铝合金部件的生产技术不成熟导致无法控制制造成本，这些都是铝及铝合金材料在汽车轻量化应用中需要面对的现实问题。因此，提高铝制材料的生产技术，降低铝化成本，平衡汽车轻量化的需求及汽车铝化的生产成本，是铝及铝合金材料在汽车轻量化应用中的发展方向。
（二）镁及镁合金
镁及镁合金虽然出现时间晚于铝及铝合金，但是镁及镁合金已经凭借其优质的性能成为了本世纪最具有使用开发前景的轻量化材料。镁具有如下几个性质特点：第一，镁是目前已知金属材料中最轻的金属材料，它的密度非常低，甚至比铝合金还要轻将近四分之一；第二，镁的比刚度与比强度性质都非常优秀，甚至在比强度的数据上高于钢材料；第三，镁及镁合金应对外界冲击的能力较强，消震性和阻尼系数都比较优秀。将镁及镁合金应用于汽车的轮圈可以有效的减少汽车车体发生的震动，将其应用于汽车外壳甚至可以降低部分噪音；第四，镁及镁合金散热较快，铸造时容易加工成型，有利于降低制造成本。
镁及镁合金在汽车中主要是以铸件的形式存在的，比如仪表盘、空调机外壳、方向盘等。虽然镁及镁合金具有其独特的性能优势，也可以在汽车中的很多铸件中进行合理的使用，但是我国目前镁合金的品种及牌号较少，生产的镁合金纯度不够高，因此，镁合金还未在汽车轻量化中得到很好的应用。为了改变这个现状，我国开始提供资金支持镁及镁合金的生产及处理，开始建立有关从镁合金到零件成品的一体化产业链。
（三）钛及钛合金
钛合金的耐热性较为优秀，它可以在零下253摄氏度至550摄氏度的温度区间内保持住自身的性能和塑性。因此，钛在汽车轻量化应用中，一般是用来作为发动机原件和底盘部件降低汽车整备质量，或是直接用于内燃机的往复运动部件从而降低汽车的整备质量的。早在上个世纪中期，汽车制造行业就已经开始使用钛及钛合金了，但是钛及钛合金高昂的价格以及纯钛难以提取等技术因素阻碍了该材料的发展。虽然目前钛及钛合金材料在汽车生产中占据的比例不高，但是随着汽车行业对汽车轻量化的重视和金属材料制造技术的发展，钛和钛合金作为汽车中难以替代的结构功能性材料，将会得到进一步的重视和应用，拥有非常广阔的发展前景。
（四）高强度钢
高强度钢与一般的钢不同，它能将钢的强度和韧性完美结合，在保证自身原有特性的基础上拥有更好的抗拉强度。高强度钢材料在制造上成本较低，是汽车轻量化中经济性较高的金属材料，可以应用于汽车的安全构件，如前后保险杠、车门防撞梁等，在实现汽车轻量化的同时，更好的保证汽车驾驶者的安全，提高汽车整体的安全性。
结语
为了保护环境，节约能源，很多国家开始制定发布一系列有关保护生态的政策和法律法规，汽车制造行业如果想要在这样的社会背景下继续发展，就必须要重视汽车轻量化。铝及铝合金、镁及镁合金、钛及钛合金、高强度钢等金属材料与汽车制造合理结合是汽车轻量化的一个重要途径，有利于汽车行业乃至整个社会的可持续发展。
参考文献
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