文档介绍：浅谈高强度钢在汽车轻量化中的应用
1 引言
近年来世界汽车保有量与日俱增,正以越来越大的影响力改变着人们的工作与生活,但随之而来的能源短缺、环境污染等一系列问题也日益突出。随着国际原油和国内成品油价格的上涨,轻型、节能、环保、安全舒适、低成本成为各汽车制造厂家追求的目标,节能减排已成为世界汽车工业界亟待解决的问题。
汽车质量的大小影响到滚动阻力、爬坡阻力与加速阻力,因此汽车质量与其燃油消耗有着极为密切的关系。据分析降低油耗的主要方法有,减轻质量(轻量化)占50%,提高发动机效率占20%,降低行驶阻力占30%,其中最有效的方法是汽车轻量化。因此在汽车设计中,轻量化是一个必须考虑的问题。汽车的轻量化不仅可以减小各种行驶阻力,降低燃油消耗,而且也有利于改善汽车的转向、加速、制动和排放等多方面的性能。同时,随着计重收费范围的扩大和油价不断上涨,载货车用户既要多承载,又要油耗少的呼声越来越高,各大载货车企业也正集中力量进行载货车轻量化研发。图1给出了车重和油耗之间的关系。
2 汽车轻量化的途径及材料应用趋势
途径
实现汽车轻量化主要有3种途径。一是改进汽车结构,使部件薄壁化、中空化、小型化及复合化,在结构设计上采用前轮驱动,将前置发动机后轮驱动结构改为前轮驱动结构,减轻传动系统质量,目前欧洲汽车已有约60%改为前轮驱动。二是开发应用新型轻质材料,如使用铝、镁合金等有色金属、塑料及非金属复合材料等密度小、强度高的轻质材料,或者截面厚度较薄的高强度钢。三是采用先进的制造工艺,将两个或多个零件集成为一个零件;研发各种先进的成形技术,如激光拼焊、液压成形等。
材料应用趋势
近几年来,虽然铝合金的研发应用逐渐增多,但钢铁材料仍占主导地位,只是其内部结构将发生变化,主要变化趋势是高强度钢的用量有较大的增长,铸铁和中、低强度钢的比例将会逐步下降。通常,高强度钢按照ULSAB所采用的术语,将屈服强度为210~550 MPa的钢定义为高强度钢(HSS),屈服强度为550 MPa以上的钢定义为超高强度钢(UHSS),而先进高强度钢(AHSS)的屈服强度覆盖于HSS和UHSS之间的强度范围。
大量事实表明,高强度钢已成为颇具竞争力的汽车轻量化材料,它在抗碰撞性能、加工工艺和成本方面较其他材料具有较大的优势。安全法规是推动高强度钢应用的重要动力。采用高强度钢板,首先能改善汽车的安全和碰撞性能,现代汽车必须满足政府规定的各部分乘用空间的安全性,尤其是正面碰撞和侧面碰撞的要求,传统的碳素钢虽然可以吸收碰撞能量,但其缺点是质量大,影响燃油经济性;高强度钢板用于汽车车身,除能够减薄零件、降低自重之外还可以提高汽车表面件的抗凹陷性及抗破坏能力,在降低燃油消耗的同时又可提高汽车的安全性。
3 高强度钢在汽车轻量化中的应用现状
国内应用现状
上世纪80年代,重庆汽车研究所就开展了双相钢研究;一汽、奇瑞汽车公司也在轿车车身上进行了高强度钢板的初步应用试验。奇瑞汽车公司与宝钢合作,2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262 kg,占车身钢板用量的46%,对减重和改进车身性能起到了良好的作用。吉利车身也大量采用了高强度钢和激光拼焊、液压成形等技术,其中吉利金刚48个零件改用高强度钢。同时在新开发车型中,高强度钢在车身中的质量已占