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铝合金复合材料在汽车轻量化上的应用
作者：朱则刚， ZHU Ze-gang
作者单位：湖北十堰东风汽车公司,湖北十堰,442001
刊名：
轻金属
英文刊名：Light Metals
年，卷(期)：2011(10)
被引用次数：4次
参考文献(4条)
1.史彧宏,姜泽毅,张欣欣,孟杰铝生产结构调整与节能对策研究[期刊论文]-轻金属 2010(7)
2.程涛,向宇,李健,余玲泡沫铝在汽车工业中的应用[期刊论文]-轻金属 2009(8)
3.王祝堂汽车铝合金锻件及冲挤件[期刊论文]-铝加工 2010(6)
4.肖永清铝合金汽车配件的焊接技术[期刊论文]-铝加工 2009(1)
引证文献(4条)
1.王永光铝合金复合材料在汽车轻量化上的应用[期刊论文]-科技创新与应用 2012(26)
2.章崇任工程机械轻量化方法综述[期刊论文]-建设机械技术与管理 2012(04)
3.张治民,张星,王强,李保成重型车辆传动行动构件轻量化设计研究[期刊论文]-机械工程学报 2012(18)
4.幸华超,樊文欣铝合金材料在减振器结构轻量化中的应用[期刊论文]-机械工程与自动化 2014(01)
引用本文格式：朱则刚.ZHU Ze-gang铝合金复合材料在汽车轻量化上的应用[期刊论文]-轻金属 2011(10)
近 生产厂提高竞争能力的关键。据有关数据介绍，专用汽车重量每减少50kg，每升燃油行驶的距离可增加2km；汽车重量每减轻1%，燃油消耗下降0.6%～1%。铝具有密度小、耐蚀性好等特点，且铝合金的塑性优良，铸、锻、冲压工艺均适用，最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较，铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。 轮毂用铝合金 专用车铝轮毂因为质轻、散热性好，并具有良好的外观，而逐渐取代了钢轮毂。在过去的10年，全球铝合金汽车轮毂以7.6%的年增长率增长，根据分析，到2010年时，汽车轮毂铝化率可达72%～78%[4]。A365是一种铸造铝合金，它具有良好的铸造性能又具有高的综合力学性能，世界各国的铸造铝合金轮毂都是此类合金生产的。我国西南铝加工厂与日本轻金属株式会合作开发了A6061铝合金轮毂。 变形铝合金的应用 变形铝合金在汽车上主要用于制造专用车车门、行李箱等车身面板、保险杠、发动机罩、车轮的轮辐、轮毂罩、轮外饰罩、制动器总成的保护罩、消声罩、防抱死制动系统、热交换器、车身构架、座位、车箱底板等结构件以及仪表板等装饰件。 专用车车身板件用铝合金 板材在轿车上的应用比重不断上升，如经热处理（如：T4、T6、T8）的6000系（AI-Mg-Si 系）铝合金板材，能够很好的满足汽车对壳体的要求，可用做车身框架材料。Audi A8的车身钣金件，即采用了本系合金铝材。另外，2000系（AI-Cu-Mg系）、5000系（AI-Mg系）和7000系（AI-Mg-Zn-Cu系）铝合金也可应用于车身材料。近几年，采用6000系和7000系高强度铝合金开发了“口”、“日”、“目”、“田”字形状的薄板和中空型材，不仅质量轻、强度高、抗裂性能好，而且成型性能好，在汽车上得到了广泛的应用。 其它铝合金结构件
浅谈汽车轻量化 摘要：通过对汽车轻量化的意义的分析，以及汽车轻量化技术的现状特点，引出了轻量化的发展方向。 关键词：汽车；轻量化；发展 一、汽车轻量化的意义 现阶段，降低能耗、减少环境污染以及节约有限资源是各国面临的一个十分重要而紧迫的课题，而通过减轻汽车自重能提高汽车的燃油经济性、降低能耗、减少污染已成为全球汽车工业的发展趋势。 有关研究数据表明：若汽车整车质量降低10%，燃油效率可提高 6%-8%；若滚动阻力减少10%，燃油效率可提高3%；若车桥、变速器等机构的传动效率提高10%，燃油效率可提高7%。此外，车辆每减重100kg，CO2排放量可减少约5g/km。 由此可见，汽车轻量化对于节能减排具有重大的意义，是实现我国汽车工业可持续发展的重要措施。同时，轻量化还可以使车辆行驶时因底盘重量的减轻而减轻颠簸，提高了车身的稳定性；轻量化的材料能对冲撞能量的吸收，又可以有效提高碰撞安全性。 因此，无论是对于传统动力汽车，还是新能源汽车，轻量化一直是科研、汽车生产制造等重点探索方向。目前，在汽车轻量化领域，正呈现技术、工艺和材料等多方发力局面。 一、汽车轻量化技术的现状： 汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计、轻量化材料的使用和制造工艺三个方面。 ①轻量化材料：实现汽车轻量化必须集成利用多种新材料和相关应用技术。目前，汽车轻量化材料使用的主要是高强度钢，其次是铝镁合金、复合材料及塑料。其中，高强材料主要用于降低钢板厚度，保证汽车结构和安全性能；低密度材料主要用于非结构件替换和减轻汽车质量。 1)采用高强材料：高强钢是轻量化的关键材料，它的大量使用既实现了整车轻量化，又保证了汽车的安全性和可靠性，因此，高强钢使用面广且量大。 2）采用轻量化材料：铝合金是轻质材料，具有良好的抗腐蚀性，应用前景良好。近年来，铝材在汽车上应用量增加很快，主要是板材、挤压材、铸铝及锻铝，在车身结构、空间框架、外覆盖件和车轮等处均有大量应用。 除了镁合金以外，还采用更轻的铝材料，用于壳体类、气缸盖罩盖和方向盘骨架等件，现在已经扩展到座椅骨架、车门、车顶、仪表盘骨架和支架类零件，轻量化效果更明显。 3）复合材料的使用：塑料及纤维复合材料在汽车工业的应用也日趋增加，汽车上应用塑料件已达数百个，多应用于发动机的缸套、活塞、连杆、活塞销、摇臂和气门挺柱，刹车系统的刹车盘和刹车毂。 ②优化设计：随着汽车工业设计水平的不断提高，如果汽车车身结构设计合理，不仅可
汽车轻量化材料成型新工艺 杨荫⑴，方芳⑵ 汽车管理学院车辆管理系 【摘要】汽车轻量化是汽车产业的发展方向之一，面对节能环保要求和原材料价格上涨压力，加速汽车轻量化进程就越发显得迫在眉睫。车用材料加工工艺的改进是实现轻量化的有效手段之一。本文将近 年来的一系列与新材料应用有关的新工艺作一介绍。 【关键词】轻量化，材料，新工艺 New Technique on Materials of Lightweight Car Yang Yin⑴,Fang Fang⑵ Automobile Management Institute, Department of Automobile Management Abstract：Lightweight car is one of the development directions of the automobile industry.It is imminent to accelerate the process of car in the face of energy saving and environmental protection and the pressure of raw material. This paper introduces new technology about using new materials on recent years. Key words：Lightweight Car,Materials,New Technique 1 前沿 作为国民经济的重要支柱产业，我国汽车工业近几年呈现出强劲的发展态势，目前仅次于美国、日本，产量居世界第三位。对汽车而言，环保、安全成为重中之重，无论是从节能减排还是从循环经济的角度，车身轻量化都是一个成效显著的途径。乘用车车身轻量化势在必行，载货车、客车、轨道车辆车身轻量化亟待突破。 汽车轻量化是一个系统工程，包括轻量化材料的开发和应用，轻量化结构的设计和优化，以及与之相匹配的先进成形技术的改进和发展。近年来，一系列与新材料应用有关的新工艺逐渐应用到汽车工业中，如金属板材变截面轧制、超高强钢的热成型、激光拼焊、液压成形、超塑性成形、电磁成形、半固态金属加工、喷射成型、塑料制品的低压注射成型、气体辅助注射成型及不同种类材料的焊接、粘接与铆接技术等。这一系列加工工艺的改进是实现轻量化的有效手段。 2 轻量化技术 2.1 超高强钢热成形技术[1] 超高强度锰硼钢板常温下强度为500-600 MPa，加热使之奥氏体化后，迅速送入带有冷却系统的模具内冲压成形．同时被模具冷却淬火，其微观组织由奥氏体转变成马氏体，发生相变强化，强度可提高3倍以上，高达1500 - 2000 Mpa，可制备出超高强度车身冲压件。这种热成形技术是国际上近年来出现的一种专门用于生产汽车超高强度钢板冲压件的最新技术，可生产轻量且超高强度的冲压件，质量减轻20％以上，高温下成形没有回弹，零件成形精度高(冷冲压无法消除回弹) 并且可以一次成形冷冲压无法成形的复杂零件。目前，超高强度钢板热成形技术已成为国外汽车制造业的热门技术，发展非常迅速。德国、法国等工业发达国家走在前列，开发出多种热成形超高强钢，如Usibor1500、DB200等，并率先推出商品化生产线。法国的阿塞洛(Arcelor)公司、德国的蒂森-克虏
铝合金在汽车上的应用 近20年来，世界性能源问题变得越来越严重，这使得减轻汽车自重、降低油耗成了各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。据有关数据介绍，汽车重量每减少50kg，每升燃油行驶的距离可增加2km；汽车重量每减轻1%，燃油消耗下降0.6%～1%。铝具有密度小、耐蚀性好等特点，且铝合金的塑性优良，铸、锻、冲压工艺均适用，最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较，铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。目前，美国、日本、德国是汽车采用铝合金最多的国家，如德国大众AudiA8、A2，日本的NXS等车身用铝合金量达80%。我国汽车除上海桑塔纳、一汽奥迪和捷达（均为引进生产线）用铝合金外，国产以红旗较多，约80～100kg。有资料表明，用铝合金结构代替传统钢结构，可使汽车质量减轻30%～40%，制造发动机可减轻30%，制造车轮可减轻50%。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运输高效的重要途径之一。因此，研究开发铝合金汽车目前显得十分必要。 1 铝合金在汽车工业中的应用背景 最早把铝材运用到汽车上的是印度人，据记载，1896年印度人率先用铝制做了汽车曲轴箱。进入20世纪早期，铝在制造豪华汽车和赛车上有一定的应用，铝制车身的汽车开始出现，如亨利·福特的Model T型汽车和二、三十年代欧洲赛车场上法拉利360赛车都是铝制车身。 铝具有密度小、耐蚀性好等特点，且铝合金的塑性优良，铸、锻、冲压工艺均适用，最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较，铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料，铝合金作为典型的轻质金属广泛应用于国外汽车上，国外汽车铝合金制部件主要有活塞、气缸盖、离合器壳、油底壳、保险杠、热交换器、支架、车轮、车身板及装饰部件等。。目前，美国、日本、德国是汽车采用铝合金最多的国家，如德国大众AudiA8、A2，日本的NXS等车身用铝合金量达80%。我国汽车除上海桑塔纳、一汽奥迪和捷达（均为引进生产线）用铝合金外，国产以红旗较多，约80～100kg。有资料表明，用铝合金结构代替传统钢结构，可使汽车质量减轻30%～40%，制造发动机可减轻30%，制造车轮可减轻50%。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运输高效的重要途径之一。因此，研究开发铝合金汽车目前显得十分必要。 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。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。 汽车用铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金在汽车上的使用量最多，占80%以上，其中又分为重力铸造件，低压铸造件和其它特种铸造零件。变形铝合金包括板材、箔材、挤压材、锻件等。世界各国工业用铝合金材料的品种构成虽然有一定的差异，但大体是相同的。其品种构成：铸件占80%左右，锻件占1%～3%，其余为加工材。美国汽车工业中变形铝合金占较大比例，
新型复合材料在汽车轻量化方面的应用及展望 林栋，周晓兵，杨建国，许俊 （上海华普汽车有限公司，上海201501） 【摘要】汽车轻量化在节能减排和环境保护方面起着非常重要的作用，本文首先介绍了国外内汽车轻量化复合材料应用发展动态，然后针对几种轻量化复合材料进行简单分析比较，并在此基础上介绍了新型复合材料在汽车电池框和前机盖方面的应用，最后阐述了复合材料的未来发展趋势。 【关键词】汽车轻量化材料；PE；电池框；前机盖； The Application and Development Trend of New Type Composite Materi- al in Automobile Lightweight Dong Lin, Xiaobing Zhou, Jianguo Yang, Jun Xu (Shanghai Maple Auto Co,ltd , Shanghai 201501 , China) Abstract: Automotive lightweigh plays a very important role in energy conservation, emission reduction and environmental protection.This paper firstly introduces the latest development of automobile light-weight composite material in the world, and then, the thesis makes analysis and comparison on several kinds of automobile lightweight composite material available. It is succeeded to introduced the applica-tion of composite material in the car battery box and the automotive front hood. At last, the development of auto lightweight composite material is elaborated in future. Keywords: Automotive lightweighting material; PE; battery frame; automotive front hood; 1 前言 当今世界，科技日新月异，但随之带来是生存环境的恶化及能源危机持续升级，节能减排逐渐成为新趋势。社会生活水平的提高，汽车已成为大众化行车工具。2014年我国汽车产销量双双突破2300万辆，连续第六年位居全球第一。汽车产销2372.29万辆和2349.19万辆，同比增长7.26%和6.86%。由于消费者节能减排意识的增强，低油耗车辆逐渐成为选择的重要因素，这使车企更加重视车辆的节能性，而车身重量是其重要的影响因素，因此车身轻量化已正成为汽车节能的重要考察因素。 美国福特汽车公司的全顺车在欧洲的试验结果表明： 满足欧Ⅳ标准条件下，每百公里油耗Y与自身质量x(kg)满足以下关系： Y = 0.003X + 3.3434 (1) 汽车整车重量降低10%，燃油利用效率可提高6%～8%，尾气排放减少约5％，原材料成本可降低约10％[1,2]。油耗的下降，同时意味着CO2、氮氧化物(NO x)等有害气体排放量的下降，对环保要求的降低油耗和减少碳排放发挥重要作用。 针对各种类型车的大量试验结果表明，车辆的油耗与汽车的质量呈线性关系[3-5]。因此，通过降低汽车自重，即通过轻量化的手段来降低油耗，成为汽车行业最为热门的研究课题。大量地使用复合材料替代传统的纯金属，是汽车轻量化的一个重要手段，也是最重要的手段之一。 2轻量化复合材料汽车行业发展动态 复合材料作为能有效替代传统的纯金属轻量化材料之一，国内外汽车制造商在生产的车型中的使用量逐年上升，平均每辆汽车上塑料的用量从20世纪70年代初的50~60kg已增加到目前的150kg，预计还将继续增加。在日本、美国和欧洲等发达国家，每辆轿车平均塑料使用量已超过150kg，占到汽车总质量的10%。 以碳纤维复合材料使用为例，宝马i3纯电动汽车的面世是汽车设计的一次革命。它将是第一款车体主要由碳纤维材料制成的量产汽车。新型CFRP技术的应用使i3的整备质量仅为1195（1250）kg，比传统电动车减轻了250~350kg，同时实现了最高级别的碰撞安全保护。日本东丽TEEWAVE AR1电动概念车也大量使用碳纤维复合材料，使该车重量仅为846kg，比起钢制汽車重量減少53％（其中CFRP约使用160kg），扭力转向刚性却与钢制车旗鼓相当，甚至更好。平均单位重量的能量吸收达到钢的2.5倍。 近年来国内载货车技术得到很大的提高、优化与改进，同时随着国民经济的高速发展带来的市场驱动载货车产量的不断攀升，复合材料在载货车中取得了突破性的应用。国内新老汽车制造商相继推出新的车型，这些都成为汽车复合材料应用的新亮
铝合金对车体轻量化的意义 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。尤其是在油罐车和集装箱制造行业，随着工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多。国外百分之八十的集装箱油罐车用材都是采用了铝合金，因为它的优点显而易见。其中最重要的一点就是，采用铝合金的车体轻量化，更经济实用。针对这个优点我们做了以下分析研究。 一、车体轻量化的意义 所谓汽车轻量化，就是采用科学方法和手段对汽车产品进行优化设计，在确保汽车综合性能指标的前提下，通过使用新型材料，尽可能降低汽车产品自身重量，达到减重、降耗、环保、安全的综合目标。研究表明，汽车所用燃料约60%消耗于汽车自重，汽车的质量每减轻100 kg，每公里的燃油消耗将减少0.4 L～0.8 L，CO2排放量也将减少。燃油效率提高，意味着降低汽车的耗油量和排污量，改善人类生存环境。同时汽车轻量化也提高了车辆性能，在同样的输出功率下，较轻的车对于发动机来说就是较轻的负载，汽车的操控稳定性也有所提高。所以减少汽车车体重量对降低发动机的功耗和减少汽车总重量具有双重的效应。 国家标准对汽车的设计进行了严格的规定，特别是轴荷和总质量的限制。对于油罐车而言，罐体自重占整车重量比例较大，减轻罐体
的重量已成为企业关注的焦点。 二、车体轻量化的途径 由于铝的比重约为钢的1/3，铝合金被公认是汽车轻量化的理想材料。近年来，在欧美发达国家，使用铝合金制作的液罐车已非常普遍。而在我国通常使用钢板制作罐体。由于钢罐体自重很大，无形中加大了燃油的消耗，使得运输成本大大提高。 铝是最早用于汽车制造的轻质金属材料，也是结构材料中最为经济实用、 最具竞争力的汽车用轻金属材料。从生产成本、零件质量、材料利用率等方面，铝合金具有多种优势，如密度较小，用其替代传统钢铁，可减小整车重量的30%～40%。回收率高，仅次于钢铁，目前可达87%，符合环保要求。它还具有优良的抗腐蚀性、压力加工和铸造加工性，也为专用汽车生产企业所认可。 纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁的1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态σb 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。 三、铝合金在轻量化方面的优点 它的材料特性是轻、容易加工、以及在可耐强度方面不象碳素纤维有一个最大受力范围。这是什么意思呢？也就是说，碳素纤维因为有纤
轻量化铝合金汽车零件项目 申报材料 参考模板
报告说明— 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，其物理性质表现为密度低、强度高、塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用。 该轻量化铝合金汽车零件项目计划总投资6402.45万元，其中：固定资产投资5711.89万元，占项目总投资的89.21%；流动资金690.56万元，占项目总投资的10.79%。 达产年营业收入6341.00万元，总成本费用4905.85万元，税金及附加109.02万元，利润总额1435.15万元，利税总额1742.12万元，税后净利润1076.36万元，达产年纳税总额665.76万元；达产年投资利润率22.42%，投资利税率27.21%，投资回报率16.81%，全部投资回收期7.45年，提供就业职位125个。 我国新能源汽车销量快速增长。当前我国的新能源汽车发展主要由政策扶持，得到了飞速的发展。2016年，我国新能源汽车销量为50.7万辆，同比增长53%。截止2017年11月，新能源汽车11月当月销量11.9万辆，同比增长106.7%。
目录 第一章基本信息 第二章项目承办单位 第三章项目建设必要性分析第四章市场调研分析 第五章投资方案 第六章项目建设地研究 第七章项目工程方案分析第八章工艺技术分析 第九章环境保护可行性 第十章项目职业安全 第十一章建设及运营风险分析第十二章项目节能分析 第十三章项目实施进度 第十四章投资分析 第十五章经营效益分析 第十六章综合评价 第十七章项目招投标方案
第一章基本信息 一、项目提出的理由 调研数据显示，2017年款普通品牌车型中，铝合金零部件在转向节、 羊角中的渗透率为21%，控制臂为3%，副车架和制动钳壳体上还没有应用。由此可见，当前铝合金在普通乘用车品牌中的渗透率还在绝对低位（增长 空间广阔）！ 汽车轻量化这一概念最先起源于赛车运动，它的优势其实不难理解， 重量轻了，可以带来更好的操控性，发动机输出的动力能够产生更高的加 速度。由于车辆轻，起步时加速性能更好，刹车时的制动距离更短。 二、项目概况 （一）项目名称 轻量化铝合金汽车零件项目 （二）项目选址 某高新技术产业示范基地 节约土地资源，充分利用空闲地、非耕地或荒地，尽可能不占良田或 少占耕地；应充分利用天然地形，选择土地综合利用率高、征地费用少的 场址。项目建设方案力求在满足项目产品生产工艺、消防安全、环境保护
轻量化铝合金汽车零件项目 可行性报告 xxx有限公司
轻量化铝合金汽车零件项目可行性报告 我国新能源汽车销量快速增长。当前我国的新能源汽车发展主要由政 策扶持，得到了飞速的发展。2016年，我国新能源汽车销量为50.7万辆，同比增长53%。截止2017年11月，新能源汽车11月当月销量11.9万辆，同比增长106.7%。 该轻量化铝合金汽车零件项目计划总投资8022.34万元，其中：固定 资产投资6237.67万元，占项目总投资的77.75%；流动资金1784.67万元，占项目总投资的22.25%。 达产年营业收入13447.00万元，总成本费用10483.16万元，税金及 附加133.21万元，利润总额2963.84万元，利税总额3505.86万元，税后 净利润2222.88万元，达产年纳税总额1282.98万元；达产年投资利润率36.94%，投资利税率43.70%，投资回报率27.71%，全部投资回收期5.11年，提供就业职位255个。 报告依据国家产业发展政策和有关部门的行业发展规划以及项目承办 单位的实际情况，按照项目的建设要求，对项目的实施在技术、经济、社 会和环境保护、安全生产等领域的科学性、合理性和可行性进行研究论证；本报告通过对项目进行技术化和经济化比较和分析，阐述投资项目的市场 必要性、技术可行性与经济合理性。
...... 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，其物理性质表现为密度低、强度高、塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用。
轻量化铝合金汽车零件项目可行性报告目录 第一章申报单位及项目概况 一、项目申报单位概况 二、项目概况 第二章发展规划、产业政策和行业准入分析 一、发展规划分析 二、产业政策分析 三、行业准入分析 第三章资源开发及综合利用分析 一、资源开发方案。 二、资源利用方案 三、资源节约措施 第四章节能方案分析 一、用能标准和节能规范。 二、能耗状况和能耗指标分析 三、节能措施和节能效果分析 第五章建设用地、征地拆迁及移民安置分析 一、项目选址及用地方案
铝合金在高速铁路上的应用现状及发展趋势 摘要：铁路运输是我国主要的交通运输方式，在国民经济中起着非常重要的作用。而铁路车辆是铁路运输中直接载运旅客和货物的工具，是铁路中的一个主要环节，随着社会的进步，运输对车辆的要求越来越高。车体作为车辆的一个主要部件，其轻量化设计就成为一个关键的问题。高速列车的轻型化对于发展交通运输、改善机车车辆运行平稳性、降低能源消耗、减少轮轨磨耗都是至关重要的。当今世界上，大多数发达国家采用铝合金为材质制造车体结构，介绍目前国内外铁路运输中铝材的应用优势及其主要障碍，通过使用铝材来代替传统的钢铁材料，可大大减轻自重以降低能耗、减少环境污染、提高经济性。并对铝材的发展趋势做了猜测。 关键词铝合金；现状；发展趋势 1引言 铁路运输工业正面临越来越严重的三大课题：能源、环保、安全。减轻火车自重以降低能耗，减少环境污染，节约有限资源已成为火车运输关注的焦点。轻量化是火车发展的一个重要趋势，通过使用轻质材料来替代传统的钢铁材料，可以减轻火车的质量，以达到节省燃料的目的。因此，越来越多的轻质或高比强度的材料受关注，如板、铝合金。本文就高速铁路客车用铝合金材料的现状及发展趋势做些讨论。 2铝合金的特点及其应用优势 2.1铝合金的特点 铝的密度小，仅为2.7（属轻金属），约为钢的1/3。由于铝的表面易氧化形成致密而稳定的氧化膜，所以耐蚀性好。铝有较好的铸造性，由于铝的融化温度低，流动性好，易于制造各种复杂外形的零件。铝中加入一种或几种元素后即构成铝合金，铝合金相对于纯铝可以提高强度和硬度，除固溶强化外，有些铝合金还可以热处理强化，使有些铝合金的抗拉强度可超过600MPa，与低碳钢相比，比强度则胜过某些合金钢。铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。 铝合金仍然保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个方面：一是作为受力构件；二是作为门、窗、管、盖、壳等材料；三是作为装饰和绝热材料。
铝合金材料在汽车轻量化中的应用分析 2008-04-10 中国汽车工业信息网 1铝合金的特点 (1)铝作为轻量化金属的优势 铝的力学性能好，其密度只有钢铁的1/3；具有良好的导热性，仅次于铜；机械加工性能比铁高4.5倍，且其表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蚀性；铝的铸造工艺性能也比较好，可以获得薄壁复杂铸件。随着铝合金技术的发展，铝中添加镁、铬、硅等合金元素可获得高强度铝合金材料。车用普通钢材的强度约为240MPa左右.高强度钢为500-700MPa，而 车用铝合金的强度现在可以达到500MPa以上，因此铝合金的比强度(强度/密度)更高，在等强度设计条件下，铝合金轻得多，可使发动机气缸体和气缸盖减重30%-40%，全铝车身比钢车身轻40%以上，铝合金车轮减重达50%左右。 而且，铝合金带来的轻量化又允许制动器、悬架等零部件减重，即二次轻量化，后者轻量化效果大概是前者的50%。美国的一项研究报告表明，整备质量为1483.6kg的轿车采用 铝材料，在保持全部性能的前提下，车身质量减重125kg，其次是发动机零部件质量减重54kg，其他总成和零部件减重效果也很明显，如悬架系统减重29kg，传动系减重14.5kg.车轮减重11.8kg.制动系减重10.9kg，燃料系统减重9kg，转向机构减重5kg.排气机构减重4kg等，总计减重超过260kg，达到17.5%。 (2)铝吸收冲击的能力是钢的2倍。有人称使用强度比钢铁差的轻质材料一定会损害车辆安全性.这是不真实的。铝材受碰撞后变形模式为前部大收缩而后部几乎不变形，见图1。由于铝材的吸能性好，在碰撞安全性方面有明显的优势，汽车前部的变形区在碰撞时会产生皱褶，可吸收大量的冲击力，从而保护了后面的驾驶员和乘客。而且，由于车身质量减轻，可以更快捷地转向或制动，能更好地避免发生事故。即使发生碰撞，碰撞时的动能也会减小，可相应地降低冲击力。
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铝合金在汽车上的应用 近20年来，世界性能源问题变得越来越严重，这使得减轻汽车自重、降低油耗成了各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。据有关数据介绍，汽车重量每减少50kg，每升燃油行驶的距离可增加2km；汽车重量每减轻1%，燃油消耗下降%～1%。铝具有密度小、耐蚀性好等特点，且铝合金的塑性优良，铸、锻、冲压工艺均适用，最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较，铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。目前，美国、日本、德国是汽车采用铝合金最多的国家，如德国大众AudiA8、A2，日本的NXS等车身用铝合金量达80%。我国汽车除上海桑塔纳、一汽奥迪和捷达（均为引进生产线）用铝合金外，国产以红旗较多，约80～100kg。有资料表明，用铝合金结构代替传统钢结构，可使汽车质量减轻30%～40%，制造发动机可减轻30%，制造车轮可减轻50%。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运输高效的重要途径之一。因此，研究开发铝合金汽车目前显得十分必要。 1 铝合金在汽车工业中的应用背景 最早把铝材运用到汽车上的是印度人，据记载，1896年印度人率先用铝制做了汽车曲轴箱。进入20世纪早期，铝在制造豪华汽车和赛车上有一定的应用，铝制车身的汽车开始出现，如亨利·福特的Model T型汽车和二、三十年代欧洲赛车场上法拉利360赛车都是铝制车身。 汽车用铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金在汽车上的使用量最多，占80%以上，其中又分为重力铸造件，低压铸造件和其它特种铸造零件。变形铝合金包括板材、箔材、挤压材、锻件等。世界各国工业用铝合金材料的品种构成虽然有一定的差异，但大体是相同的。其品种构成：铸件占80%左右，锻件占1%～3%，其余为加工材。美国汽车工业中变形铝合金占较大比例，达36%。 铸造铝合金的应用 铸造铝合金具有优良的铸造性能。可根据使用目的、零件形状、尺寸精度、数量、质量标准、机械性能等各方面的要求和经济效益选择适宜的合金和合适的铸造方法。铸造铝合金主要用于铸造发动机气缸体、离合器壳体、后桥壳、转向器壳体、变速器、配气机构、机油泵、水泵、摇臂盖、车轮、发动机框架、制动钳、油缸及制动盘等非发动机构件。 发动机用铝合金 汽车发动机用铝合金制造轻量化最为明显，一般可减重30%以上，另外，发动机的气缸体和缸盖均要求材料的导热性能好、抗腐蚀能力强，而铝合金在这些方面具有非常突出的优势，因此各汽车制造厂纷纷进行发动机铝材化的研制和开发。目前国外很多汽车公司均已采用了全铝制的发动机气缸体和气缸盖。如美国通用汽车公司已采用了全铝气缸套；法国汽车公司铝气缸套已达100%，铝气缸体达45%；日本日产公司VQ和丰田公司的凌志IMZ-FEV6均采用了铸铝发动机油底壳；克莱斯勒公司新V6发动机气缸体和缸盖都使用了铝合金材料。 轮毂用铝合金 铝轮毂因为质轻、散热性好，并具有良好的外观，而逐渐取代了钢轮毂。在过去的10年，全球铝合金汽车轮毂以%的年增长率增长，根据分析，到2010年时，汽车轮毂铝化率可达72%～78%[4]。A365是一种铸造铝合金，它具有良好的铸造性能又具有高的综合力学性能，世界各国的铸造铝合金轮毂都是此类合金生产的。我国西南铝加工厂与日本轻金属株式会合作开发了A6061铝合金轮毂[5]。
车身轻量化的思路及途径轻量化制造工艺（完） 作者：北京现代汽车有限公司沧州分公司慕温周、杨人杰、罗艳路、张剑、吕顺、朱珍厚（韩） 车身轻量化的思路及途径——轻量化材料的应用（一） 车身轻量化的思路及途径——轻量化结构设计（二） 车身轻量化的思路及途径的第三个重要方法——轻量化制 造工艺 轻量化制造工艺在使用轻量化材料和优化结构设计后，往往需要革新制造工艺来满足材料和结构的变化，如目前已广泛应用的激光拼焊板、热冲压成形和液压成形等工艺。 1. 激光拼焊板激光拼焊板（TWB）可将不同材质、不同厚度、不同强度和不同表面镀层的板坯拼合起来然后整体进行压型。激光拼焊板工艺已在汽车领域应用成熟，用于制造车门内板、加强板、立柱、底板和轮罩等部件，大众第7 代Golf 车身的激光焊缝总长度甚至达到了70 m。激光拼焊板工艺通过减少制件数量、局部钢板减薄及去除点焊凸缘来实现轻量化目的。车门内板边缘因需加装铰链，需要在0.8 mm 的主板基础上应用2 mm 厚的裁剪板来加强，因无需加装额外的增强板故车门整体减重1.4 kg。 2. 热冲压成形工艺高强度钢板由于屈服强度和抗拉强度的提高，冲压成形性能下降，主要表现为成形缺陷多、所需成
形力大以及回弹严重制件尺寸精度难以保证。如当强度超过1 000 MPa 以上时，对于一些几何形状比较复杂的零件，使用常规的冷冲压工艺几乎无法成形，所以高强度钢的热冲压成形工艺应运而生。热冲压成形工艺首先将高强度钢板加热至奥氏体化状态，然后快速转移到模具中进行冲压成形，在保证一定压力的情况下，制件在模具本体中以大于27℃/s 的冷却速度进行淬火处理，保压淬火一段时间，以获得具有均匀马氏体组织的超高强钢零件。 3. 液压成形工艺液压成形工艺一般有预成形、成形以及校准三个过程，可用于板材和管材成形。板材液压成形技术尤其适用于有深冲要求的复杂工件及较少凹槽的大型工件，如车身的结构件和外覆盖件。在车门外板的液压成形过程中，由于预成形使材料产生了期望的预应力，可以使车门等外板件在保持耐冲击性不变的情况下减少壁厚，从而达到轻量化效果。 管材液压成形是指管坯在内外部液体压力作用下贴合内部 的芯棒成形，该工艺可提高管件的内、外表面精度，也可用于两个部件的连接。管材液压成形的主要车身制件有发动机歧管、车顶支架、侧门横梁、散热器支架和传动轴零件等。 4. 铝合金压铸新工艺铝合金的加工方法有铸造、压铸、辊压、挤压和冲压等。随着铝合金在车身上的应用日益广泛，工程师们开发了一系列铝合金压铸新工艺，如冲压压铸法、针孔
汽车轻量化设计与碳纤维复合材料的应用 摘要：本文综述了汽车轻量化设计的常用方法，分析了轻量化方法使用的制约因素，并以宝马集团i3纯电动车中碳纤维复合材料材料使用为导向，探讨今后CFRP 轻量化应用的方向，为汽车轻质化设计工作者提供参考三 关键词：汽车；轻量化设计；碳纤维复合材料中图分类号：TB332文献标志码：A 文章编号：1671-1084﹙2015﹚05-0012-05 谷礼双1，贾晶 2 (1.,545006；2.,710025) 0引言,20152, 1.54三,二,三,70%,10%,6%8%；1%,0.7%；100,0.30.6三,CO2,(NOx )三,25%,13%, 2.7三,,,,三 2012‘(20122020)“,三2015, 6.9/, 5.9/；2020, 5.0/,4.5/三,三图1车重和定速燃料消耗的关系 收稿日期：2015-07-12 作者简介：谷礼双，硕士,柳州职业技术学院机电工程系高级工程师,研究方向：机械结构设计与教学；贾晶，硕士，西安航天复合材料研究所高级工程师，研究方向：碳纤维研制及应用三 柳州职业技术学院学报 155Vol.15No.5Oct.2015
1汽车轻量化 二, ,二二二三 ,,二二 ；,三 ,三：,, ；,； ,二二三 2主要轻量化设计方法 ： 1) ,(BIW), 二二,,二,二二,三, 三 2) 2,, ,三 3) 二二,, 三 a. 1kg, 2.25kg,125%, 20kg三,,,90% 三 ,二二, ,三 5三 b. ,,三 ,1/3,二 ,二二三 ,25%,60 三 ,20 三三 c. 200?,500?, ,1500MPa,二三
铝合金汽车轻量化铝型材项目 招商引资报告 规划设计/投资分析/产业运营
报告说明— 该铝合金汽车轻量化铝型材项目计划总投资19889.52万元，其中：固定资产投资13745.59万元，占项目总投资的69.11%；流动资金6143.93万元，占项目总投资的30.89%。 达产年营业收入41223.00万元，总成本费用32522.28万元，税金及附加365.64万元，利润总额8700.72万元，利税总额10266.46万元，税后净利润6525.54万元，达产年纳税总额3740.92万元；达产年投资利润率43.75%，投资利税率51.62%，投资回报率32.81%，全部投资回收期 4.55年，提供就业职位778个。 近年来，随着全球环保及节能减排意识的增强，铝及铝合金的绿色环保性能也正在被社会广泛认可，其应用规模快速增长。在交通运输领域，以铝代钢以实现汽车轻量化的趋势日益明显。除具有优异的性能外，铝还具有易于回收利用的特性。从整个铝行业的产业链来看，产业链前端的铝土矿行业主要为以矿产资源为导向的开采型行业;氧化铝与电解铝则是以标准化加工为特点的制造行业。而处于产业链中端的铝加工行业需要根据下游应用行业的不同，生产出满足不同需求的产品，技术工艺水平要求较高，是一个应用导向的行业。在铝加工方式中，挤压是最重要的加工方法之一。铝型材是通过对铝合金铸锭进行加热、挤压、表面处理等工序，生产得到的具有不同截面与表面的铝合金型材，广泛用于建筑、汽车轻量
化、交通运输、自动化设备、消费电子、电信通讯等下游领域。我国铝 挤压企业众多，但其中，大部分企业生产能力较为薄弱。随着铝挤压材 行业逐渐进入行业整合阶段，企业的规模效应在市场上的优势越来越明显，大规模企业市场份额不断上升的同时将淘汰一部分资金实力较弱、竞争能 力较差的中小企业。因此，在此市场供求情况下，规模与资金成为进入该 行业的重要壁垒，未来具有相当规模的铝挤压材企业将在竞争中占据优势。汽车的日益普及，使汽车燃油消耗、碳排放等一系列问题日益严峻。汽 车导致的二氧化碳是碳排放的主要来源之一。面对严峻的环保压力，世 界各国均制定了一系列的汽车油耗标准，通过不断趋严的标准引导汽车环 保升级。面对严峻的环保形势，我国亦进行了一系列的政策、标准制定 工作，以切实行动推动汽车油耗标准降低。基于铝合金的汽车轻量化改造 是实现油耗降低的重要途径。目前而言，在汽车上使用铝合金对钢材进 行替代，是进行汽车轻量化的最主要途径。以车身结构与保险杠为例，用 铝型材替代钢材，可减轻重量30%-40%，且保持有与钢结构具有同等的抗冲击强度，能有效吸收冲击，保护人身安全。横向对比来看，截至2016年，我国汽车单车用铝量有广阔的提升空间。纵向对比来看，我国汽车 将在2020年、2025年、2030年分别达到较2015年减重10%、20%、35%的 目标。为完成该目标，我国汽车单车用铝量也将持续增长。可见，我国 汽车用轻量化铝型材发展空间广阔。
镁合金在汽车材料上的应用及发展前景 摘要：介绍了镁及镁合金的类型和它们的基本性能，国内外在汽车材料方面对其的应用情况，镁合金在汽车轻量化方面的应用，展望了镁合金在未来的应用前景。 1、镁及镁合金的特性 镁是银白色的金属元素,常温下镁的密度为 g/cm ,约为钢的1/4,铝的2/3。在金属镁中添加其他元素可以形成各种镁合金。镁合金是现在大量使用的工程结构材料中最轻的,其比强度明显高于铝合金和钢,比刚度与铝合金和钢相当。同时,镁合金还具有良好的减振性,在相同载荷下,减振性是铝的100倍、钛合金的 300~500倍。镁合金还具有良好的切削加工性及尺寸稳定性,其耐凹陷性、铸造成型性及表面装饰性俱佳,加之具有易回收利用、导热优良性、抗电磁干扰及屏蔽性能等特点,镁及镁合金广泛应用于冶金、汽车、摩托车、航空航天、光学仪器、计算机、电子与通讯、电动及风动工具和医疗器械等领域。金属镁主要用于:铝基合金的重要添加元素,用量约占镁的总消耗量的43%左右;制造各种零部件的用量已达到镁消耗量的35%左右;炼钢脱硫约占13%;阴极保护材料、金属还原剂和化工行业等。 当今，钢铁、铝合金和塑料是汽车上使用最多的三大类材料，按重量计算，三类材料占整车比例合计约为80%，其中钢铁约占62%，铝合金和塑料大体相当，均占8%-10%。镁合金在汽车上的应用比例为%，平均重量约5kg，但近几年的增幅却较大。镁的比重为cm3,是铝的2/3，钢的2/9，和塑料相当，是最实用的减重轻金属材料。镁合金也具有比强度、比刚度高等优良性能。正因为如此，镁合金有利于汽车轻量化、有利于节能和减排。据资料介绍：轿车质量每减轻100kg，油耗可降低5%。如果每辆汽车使用70kg镁合金，CO2年排放量能减少30%以上。汽车减重可以提高其加速性能；顶部和车门减重，可以降低汽车重心，增强稳定性；前部减重，可以使汽车重心后移，改善操纵性能。 同时，镁的减振系数远高于铝和钢铁，具有优良的抗冲击性能，有利于减振降噪，选用镁合金作为汽车结构材料能有效降低汽车振动和噪声，受冲击时能吸收更多的能量。镁合金的散热性好，抗电磁干扰性高，使汽车更为安全舒适。 2、常用镁合金类型及其性能 由于交通工具轻量化的推动，世界各国都展开了对镁合金的研究，而限制镁合金发展的一个主要原因是镁合金的高性能——抗蠕变能力和高温疲劳性能较差，因此新材料的研发主要是针对这一问题进行，概括的说主要包括两个方面，一是对现有合金的优化，主要是针对现有的商业镁合金，特别是对AZ、ZK系合金进行改性，通过添加合金元素以期改善合金的高温性能；二是新合金系的开发，主要是指新型Mg-RE系的研发。 镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有 Mg-Al-Zn-Mn系（Az系列）、Mg-Al- Mn系（AM）和Mg- Al-Si-Mn系（AS）、
高分子材料在汽车轻量化上的应用 张钰机械工程学院车辆131班 130565 摘要本文就汽车数量的日益增长所带来的问题进行分析，进而提出详细策略，便是汽车的轻量化，也是汽车行业目前一重要发展方向。要实现轻量化，高分子材料为实现途径提供了便捷。从而介绍了目前汽车上应用广泛的几种高分子材料，分析了它们在汽车不同位置使用时所产生的效果，能减轻汽车质量，减少油耗和减少污染排放。 关键字汽车；轻量化；高分子材料；应用；展望 0 引言 当今社会，汽车成为人们出行必不可少的工具，也成了人们日常活动不可或缺的商品之一。随着人均汽车占有量的增长，越来越多的汽车展现在了我们生活当中，它不仅能使我们的旅途更加便捷，也逐步地向舒适的方向发展，所以它不仅是一个交通工具，也渐渐成为一种可以依赖享受的物品。但是，随着汽车数量的不断增加，一些不能回避的问题也日益显露。交通拥堵、环境污染、能源消耗以及各种安全隐患让汽车行业不断地接受挑战，降低燃油消耗和减少污染排放已成为当今汽车工业发展和社会可持续发展亟待解决的关键问题。 1 汽车轻量化成为潮流 为解决汽车带来的问题，相继出台了一系列的政策来解决，汽车行业的领军人物也开始不断地探索出新的方式来满足汽车量的增长所带来的需求，因此能更节省燃料、控制排放的技术正在不断创新和发展。从国际发展趋势上看，主要采取以下措施：一是大力发展新型能源汽车；二是发展先进发动机技术；三是汽车轻量化。在过去10年间，主要是通过改进汽车动力系统来达到节油和环保的标准，发展至今，动力系统技术的改进已接近极限。而汽车轻量化是汽车零部件重要的发展方向之一，是实现汽车节能减排的最直接和最有效途径。 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。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。 1.1 汽车轻量化更节能环保 汽车质量的减少，会减小动力与动力传动系统的负荷，可在较低牵引负荷下，表现出同