汽车疑问：轻量化_什么是轻量化

改装网 2022-08-14 04:27:39

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轻量化轻量化这一概念最开始始于赛车运动，它的优势实际上不难理解，重量较轻了，能够带来更加好的操控性，汽车发动机输出的驱动力能够产生更高瞬时速度。因为车子轻，起步加快性能更强，刹车踏板后的制动减速度更短。

8粉末冶金材料的详解

轻量化的名词解释

轻量化这一概念最开始始于赛车运动，它的优势实际上不难理解，重量较轻了，能够带来更加好的操控性，汽车发动机输出的驱动力能够产生更高瞬时速度。因为车子轻，起步加快性能更强，刹车踏板后的制动减速度更短。

伴随着“绿色环保”愈来愈变成了普遍关注的话题，轻量化也运用到一般汽车行业，在提高操控性的同时还能有优异的省油主要表现。汽车的耗油量完全取决于发动机排气量和汽车的总质量，在保持汽车总体质量、性能和成本不会改变乃至提升前提下，减少汽车本身净重能够提高功率、减少噪音、提高操控性、稳定性，提高时速、降低油耗、降低废气排放量、提高安全系数。有研究数字显示，若汽车全车净重减少10％，燃油效率可提高6％-8％；若滚动阻力降低10％，燃油效率可提高3％；若挂车车桥、变速箱等装置的传动效率提高10％，燃油效率可提高7％。汽车车体约占汽车总质量的30％，满载前提下，约70％的耗油量用于车体质量上。因而，车体变轻针对整车的燃油经济性、车辆控制可靠性、撞击安全系数都大有益处。

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汽车轻量化详解

关键指导思想：在确保平稳提高性能的前提下，环保节能化设计方案各总程零部件，持续优化车基本参数。

汽车的轻量化，便是在确保汽车强度和安全性能前提下，尽可能地减少汽车的总重量，进而提高汽车的驱动力，降低燃料消耗，减少排气污染。试验证实，若汽车全车净重减少10%，燃油效率可提高6%—8%；汽车总重量每降低100KG，耗油量可降低0.3—0.6升；汽车净重减少1%，耗油量可降低0.7%。现阶段，考虑到环境保护和环保节能的需求，汽车的轻量化成为了全球汽车发展趋势的潮流。

汽车轻量化的重要方式

①汽车流行规格型号车系持续优化，规格型号主参数规格保存前提下，提高全车结构强度，减少材料剂量；

②选用轻质材料。如铝、镁、瓷器、塑胶、玻纤或碳纤维材料复合材质等；

③选用电子计算机开展总体设计。如选用有限元、部分提升设计等；

④选用承载式车身，薄化车体板材薄厚等。

在其中，现阶段的关键汽车轻量化对策通常是选用轻质材料。

钢铁材料的轻量化措施

钢铁材料在和有色板块铝合金和纤维材料之间的竞争中继续发挥其价格低、工艺成熟的优点，根据高韧性化和高效的完善机制可充分运用其抗压强度发展潜力，以至目前为止仍是在汽车生产制造上使用数最多的原材料。

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高强钢的详解

小汽车自身重量的25%在车体，车身材料的轻量化至关重要。20世际90时代，世界范围内的35家关键钢铁行业协作实现了“粘士钢制汽车车体”（ULSAB－Ultra Light Steel Auto Body）课题研究。该课题的科研成果说明，车体钢板的90%应用已经大批量生产的高强钢（包含高韧性、极高强度和隔层减脂厚钢板），还可以在不增加成本费前提下完成车体改重25%（以4门小汽车为参考），且静态数据扭转刚度提高80%，静态数据弯曲应变提高52%，第一车身结构应变速率提高58%，达到所有撞击政策法规规定。自然，这还是一个研究的成果，高强钢在车身上的实践应用还未达到如此高的水准。在普通IF厚钢板的前提下陆续开发了高韧性IF厚钢板和烤制硬底化IF厚钢板，在保持高成形性的同时提高了强度和抗塌陷性，为车体钢板的薄化和完成轻量化造就了标准。

添加Ti、Nb和V等元素的进行析出加强厚钢板抗拉强度在500~750MPa，适合于车轱辘和其它汽车底盘零件。

近期研发的多组分钢有相当大的运用发展潜力。在其中金相组织－马氏体钢强度级别为500MPa，两相（DP）钢和改变引起可塑性（TRIP）钢强度级别为600~800MPa,复相（CP）钢强度等级在1000MPa或更高。这种钢的成形性能也挺好。日本日产汽车企业作出了590MPa级高强钢在车身上的应用研究，她们采用TRIP钢和DP钢裸板及其DP钢镀锌钢板并运用有限元技术性克服了冲压加工裂开和回弹力难题，优化了焊接工艺，根据实车检测，弯曲刚度和撞击性能符合要求，比选用440MPa级厚钢板时改重10kg。

激光拼焊毛胚（Tailored Blank）是近期开发设计并应用的厚钢板轻量化技术性。在上述情况ULSAB车体有18个零件使用了此技术性。

合金结构钢的详解

钢铁材料的用量虽逐渐减小，但高强度钢板的用量但有相当大的提升。高强度结构钢使零件设计得更紧密和微型化，有利于汽车的轻量化。

(1) 扭簧

悬架弹簧轻量化的最管用方法是什么提高扭簧设计抗剪强度。可是要实现这类高应力中的轻量化，原材料的高强度化是不可少。在传统Si-Mn工具钢的前提下根据减少C并加上Ni、Cr、Mo和V等合金元素，开发出强度和延展性都很高的钢材牌号，设计方案抗剪强度可以达到1270MPa，这类工具钢的应用可以实现40%的轻量化。在传统Cr-V系工具钢中添加Nb可提高钢的抗延迟时间破裂性能，相结合改善的马氏体冷轧成形，可让钢的抗拉强度做到1800MPa的水准。

气门弹簧使用的Si-Cr钢中添加V，根据晶粒细化保证延展性，由增C提高抗压强度。这种改善后，扭簧的高周疲劳极限约提高8%，可以实现15%的轻量化。根据有限元，压缩弹簧内、两侧地应力分布均匀的青柠檬形横断面弹簧丝得到开发设计，使扭簧完成7%的轻量化。提高弹簧疲劳抗压强度的有效途径应该是扭簧开展抛丸和渗氮处理。扭簧的抛丸，除开传统地应力抛丸以外又发展了双极抛丸。抛丸和渗氮处理还可以复合型应用。

(2) 传动齿轮

汽车汽车发动机有大功率化的态势，而传动器有紧密微型化的倾向。这必将增加齿轮轴的负载，从而对齿轮钢的弯折疲劳极限和触碰疲劳极限的需求也相应提高。

提高钢中Ni、Cr、Mo等合金元素含量能够提高齿轮钢的延伸率和抗压强度，但单纯靠合金元素来加强齿轮钢会让钢的钻削性能受到影响、热处理方法繁杂，原材料成本和产品成本都是会大幅提高。传动齿轮渗氮时，为了避免或减少出现异常层的发生，减少钢里的Si和P成分，Mo量增加到0.35%~0.45%，并采用经改进的碳氮共渗工序。改善的钢材牌号可让传动齿轮实物的冲击性使用寿命提高3~5倍，若在上述减少表层出现异常层钢材牌号再加上超强力抛丸，可让传动齿轮疲劳强度提高20%~30%。

齿轮钢里的非金属夹杂物是疲劳裂纹的起点，也会降低超强力抛丸的强化效果，因此开发了高纯度齿轮钢。比如对SCM420HZ钢，将含氧量降至9ppm下列、磷浓度值降至90ppm以内时，与上述情况减少表层出现异常层的低Si高Mo钢对比，齿轮齿根弯折疲劳寿命提高10%~17%，触碰疲劳寿命提高25%。

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高强度铸铁的详解

生铁因其性能和成本等方面的众多优势，在汽车材料中依然占有一席之地。生铁原材料的发展更使其在汽车里的运用出现新趋势。

(1) 球墨铸件

金相组织球墨铸件抗拉强度可以达到500MPa，延展性也较高，因而一般用于汽车底盘零件，有车型乃至作为转向拉杆等保安人员件。

铁素体球墨铸件抗压强度更高一些，在一些零件上可替代锻钢件。带配重块的4缸小汽车发动机曲轴选用球墨铸件加圆弧挤压成型加强，已经成为美、德、法等国汽车厂家的标准工艺。因球铁密度比钢约小10%，因此以灰铸铁代钢能够产生一定的轻量化实际效果。

奥贝灰铸铁(ADI-Austempered Ductile Iron）具有较高的强度和韧可塑性，按美国和德国规范制造出来的奥贝灰铸铁型号，其最大抗压强度等级做到1400MPa，超过调质钢和渗氮钢的强度水准。能用ADI替代钢生产制造汽车轮圈、全轮驱动双连杆、转向拉杆臂、汽车发动机正时齿轮、传动轴和曲轴等。经实体精确测量，替代锻钢生产制造传动轴能够改重10%，替代铝合金型材生产制造载货车轮毂每只可改重0.5kg。

(2) 蠕墨铸铁

蠕墨铸铁(Vermicular graphite cast iron)又被称为密切高纯石墨生铁(Compacted graphite cast iron)，其机械设备－物理学性能和锻造工艺性能处于灰口铸铁和球墨铸件中间，非常适合生产制造抗压强度要求很高和要承受热力循环负载的零件，如气缸套、缸盖、排气消声器和制动鼓等。

蠕墨铸铁的发现与灰铸铁与此同时，但是由于蠕化工艺控制难度较大而运用受限制，Sinter Cast加工工艺自动控制系统为蠕铁的应用开创了广阔的市场前景。Ford汽车公司从1996年逐渐运用这套系统软件生产制造发动机气缸体。据悉蠕铁气缸套比灰口铸铁气缸套改重16%，而结构刚度则提高12%~25%。选用蠕铁生产制造气缸套还可以改进摩擦磨损性能、减少震动和噪声、改进排出。