第一篇：《汽车材料及轻量化趋势》报告总结
《汽车材料及轻量化趋势》报告总结
主讲人：韩维健 博士
近年来，随着我国汽车及相关产业的不断发展，截至2016年3月底，全国机动车保有量达到2.83亿辆，其中汽车1.79亿辆；机动车驾驶人达3.35亿人，其中汽车驾驶人2.89亿人。与欧美、日本等发达国家相对成熟的汽车市场相比，我国的汽车市场还有很大的上升空间，也就是说，汽车仍是很多生活在二、三线城市人们的生活刚需。
伴随着汽车产销量的增长，我国的石油缺口不断增大，越来越多的石油需要依赖于进口，截至2016年初，我国石油消费对外依存度已经突破60%。上世纪70年代的第一次石油危机过后，许多石油进口大国（诸如美国）就开始考虑发展替代能源，以减少不可再生能源的使用。同时，汽车排放所带来的日益严峻的环境问题也迫使国家制定相关政策以减小环境污染和能源消耗，例如，根据工信部制定的《乘用车燃料消耗量限值》和《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》，企业当年所生产乘用车的平均油耗指标逐年严格，从2015年到2020年，平均油耗目标分别为百公里6.9升、6.7升、6.4升、6升、5.5升和5升。基于这些因素，各大汽车厂商争相推出新能源汽车，并对原有车型排放性能进行改进。
第一次石油危机后，轻量化技术得到充分重视和应用，使整车质量大幅降低，但到后来危机放缓，国际油价下跌，汽车厂商考虑到汽车的舒适性、安全性的提高，以及新的附件的安装，使得整车质量逐渐回升。可以说，整车轻量化面临着严峻的考验。
1975年至2010年乘用车质量及特征变化趋势 对于传统燃油汽车来说，整车质量的降低可以提高汽车的燃油经济性、减少尾气排放；对于纯电动汽车来说，整车质量的降低可以提高车辆的续驶里程。例如，在美国十分畅销的福特汽车公司的新一代F150运用了轻量化技术，车身采用大量铝合金材料，使得整车质量降低300多公斤，牵引能力更是大幅提升；福特旗下的中高级轿车fusion也预计在2015年将整车质量有1559kg降至1135kg。近期，由中国工程汽车学会组织申报的《电动汽车结构轻量化共性关键技术研究与应用》以及重庆长安汽车公司牵头承担的《轻量化纯电动轿车集成开发技术》项目已经正式列入2016年国家重点研发专项，不难看出，轻量化技术正是项目的关键所在。
轻量化的途径主要有两种：整车结构优化设计和采用轻质材料。其中轻质材料目前应用较多的有以下几种：高强度钢材（AHSS）、铝合金、镁合金、复合材料（主要是CFRP和GFRP）等等。在早期，汽车厂商在考虑选用哪种轻质材料时，首先考虑的是购置成本问题，所以较为昂贵的铝合金、镁合金以及复合材料应用较少；在后来，汽车厂商在考虑了汽车产品的整个生命周期成本，包括汽车在使用过程中的燃油消耗、碳排放等等因素之后，逐渐地采用了更多诸如铝合金等轻质材料。
高强度钢材。高强度钢材的应用在各大汽车厂商中已经十分成熟，对于车身设计而言，为满足车身各部分的服役要求，高强度钢材以及超高强度钢材主要应用于乘员驾驶舱的A、B、C柱，门槛梁以及前纵梁上，而普通钢材主要用在车身后部，以满足汽车在发生碰撞时的吸能要求。
铝合金。铝合金近些年应用较多，尤其是在高级别乘用车上，例如捷豹XFL和特斯拉MODEL S，均采用的是全铝车身。除此以外，发动机缸体、轮辋等部件也可采用铝合金制造。一些汽车厂商为了兼顾车身的轻量化和成本问题，常常将高强度钢材和铝合金混合使用，并采用大量的铆接技术将两者连接。镁合金。镁合金比钢和铝合金都要轻，并且具有一定的缓冲阻尼和更好的耐冲击性，主要用于制作方向盘骨架、转向柱支架、座椅基座等等。但是，由于镁元素的储量有限，产能较低，在汽车上的应用受到了一定的限制。例如，BMW早先生产的N55直列六钢发动机缸体采用镁铝合金（镁合金和铝合金组合使用）制造，之后由于无法满足性能更强的涡轮增压发动机的强度要求而改用铝合金缸体。
碳纤维增强复合材料。与钢材和铝材相比，CFRP在性质上具有更低的比重，更高的比强度和比模量等诸多优点。由于CFPR的各向异性，在设计零件结构时，可以合理地安排预浸布的铺层角度来满足零件的强度需求。就现阶段，CFRP主要用在一些高档汽车的覆盖件、空气套件以及内饰件上；由于粘接技术的不成熟，CFRP在车身承载结构上的应用较少。BMW对CFRP的成型技术研究较多，旗下的BMW i3纯电/混动轿车以及BMW i8混动超跑已经得到量产，但由于其高昂的售价及维修花费，在国内的新能源汽车市场并不十分走俏。
总之，轻量化技术，尤其是基于轻质材料的轻量化技术是未来纯电动汽车，乃至整个汽车行业的关键发展方向，我国也在大力推动轻量化技术的研究，投入了大量的人力物力，相信在不久的将来，随着汽车碳排放和燃油消耗的减少，我国的环境问题和能源问题会得到可观的改善。
第二篇：关于《汽车轻量化》有关文献的阅读报告
有关《汽车轻量化技术》文献阅读报告
引言：
汽车轻量化技术的内涵是指：采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行多种优化设计, 或采用新材料在满足汽车正常工作的各项要求前提下, 尽可能降低汽车产品的自身重量, 以达到降重减轻、节能减排、操控便捷、安全舒适等综合指标。汽车轻量化技术的发展状况
早在二十世纪初期，参与赛车运动的赛车就由赛车运动协会提出了重量上的限制，这也成为世界上最早的汽车轻量化事件。这项规定也为汽车轻量化以后的快速发展提供了一个良好的开端。自此，汽车零部件开始出现钢板冲压件，来替代以前经常使用的圆管材料，底盘及车架、车身等零件的制造往往采用这些钢板冲压件。到了上世纪中叶第二次世界大战后，德国大众公司开始将轻量化措施大量应用在汽车设计和制造上，特别是将镁合金材料第一次使用在“甲壳虫”车的发动机和变速箱壳体上，这一创举为今后轻量化技术的发展开启了历史新纪元。
然而，当时汽车轻量化技术还没有得到人们足够的重视。直到二十世纪70年代之后，随着全世界范围石油危机的爆发，也随着汽车设计、制造工艺技术及汽车材料技术的发展，人们才开始逐渐重视汽车轻量化技术的研究，并开始逐步应用在汽车产品上，汽车轻量化技术才得以长足发展。
时至今日，安全、节能、环保已成为提高汽车竞争力的一个永恒话题。轻量化是汽车技术发展的一个重要趋势，受到越来越多的关注和重视。一方面，轻量化是节能减排的需要。轿车的自身质量每减轻10％，燃油消耗可降低6％—8％。燃油消耗的减少，既能降低能耗，又能减少污染物的排放。另一方面，轻量化也是汽车技术发展的要求。日益苛刻的整车安全法规和消费者对汽车越来越多的功能需求，要求汽车设计者不断地增加各类附件，以满足安全、排放、舒适性、可靠性、智能化等要求，并在零件数量不断增加的同时减轻其质量。总之，汽车轻量化技术已在汽车领域得到了广泛应用，已成为行业的共识，并且，汽车轻量化成果也日趋显著。实现汽车轻量化的措施
汽车轻量化要求在保证汽车整体质量和性能不受影响的前提下,应最大限度地减轻各零部件的质量,努力谋求高输出功率、低噪声、低振动和良好的操纵性、高可靠性等，并尽量降低燃油消耗,减少排放污染。通过轻量化技术的内涵可知,汽车的轻量化主要通过结构优化设计和使用新轻质材料两大措施来实现，此外还有先进的制造工艺等。2.1 结构优化设计
目前国内外汽车轻量化技术发展迅速,主要的轻量化措施之一是结构优化设计。所谓结构优化设计，是指设计者在全部可能的结构设计方案中，利用数学手段，选取其中最优方案的一种设计方法。它包括拓扑优化、尺寸优化、形状优化以及多学科优化等。
结构优化设计已经融合到了汽车设计的各个阶段。特别是在现代汽车工业中,人们将CAD /CAE /CAM 一体化技术运用到汽车设计和制造的各个环节，大大改善了汽车的轻量化设计、制造。运用这一技术不仅可以对汽车总体结构进行分析和优化,来实现对汽车零部件的精简、整体化和轻质化，还可以准确实现车身实体结构设计和布局设计,以便对各构件的开头配置、板材厚度的变化进行分析,并可从数据库中提取由系统直接生成的有关该车的相关数据进行工程分析和刚度、强度计算等。目前，具体合理结构设计措施有以下3个方面:（1）通过结构优化设计,减小车身骨架及车身钢板的质量,对车身强度和刚度进行校核,确保汽车在满足性能的前提下减轻自重。
（2）通过结构的小型化,促进汽车轻量化,主要通过其主要功能部件在同等使用性能不变的情况下,缩小尺寸。
（3）采取运动结构方式的变化来达到目的。比如采用轿车发动机前置、前轮驱动和超轻悬架结构等,使结构更紧凑,或采取发动机后置、后轮驱动的方式,来达到使整车局部变小,实现汽车轻量化的目标。
2.2 使用新型轻质材料
现在汽车轻量化设计中使用轻质材料的方法主要包括采用轻量化材料和轻量化材料成形技术两方面。轻量化材料是指用来减轻汽车零部件质量的材料，当前已应用于汽车工业的轻质材料可分为两大类：一类是低密度轻质材料，如铝合金、镁合金、钛合金、塑料和复合材料等；另一类是高强度材料，如高强度钢和高强度不锈钢等。而轻量化材料成形技术是指为了满足高强度材料的应用，以及实现零件集成化设计需要所采用的技术。目前，应用较为广泛的有激光拼焊板技术（TWB）、热压成形技术（HPF）和液压成形技术（HF）等。
每种轻质材料各具特色，各有优缺。如铝合金材料机械性能强，耐腐蚀性、导热性好，但它价格比较高，难于焊接加工；而镁合金材料密度很低、强度与质量比很高，但其铸造性差，后处理工艺复杂,且镁产量较低、成本高等。因此，为了更好的满足现代汽车轻量化的要求，人们也在不断地研究各种轻质材料的性能，力求找到性能更优异的轻质材料来满足当今社会的需求。
2.3 先进制造工艺
在大量采用高强度钢、铝镁合金、塑料和复合材料等轻量化材料来实现汽车轻量化的同时，与之相匹配各种先进制造工艺也得到了广泛应用。所谓先进制造工艺是指：采用新材料生产汽车零部件所需的特殊加工技术，主要有先进的材料连接技术、零部件表面处理技术等。
如激光拼焊板技术实现同一板材不同处的结构强度要求不同，板材厚度也不同。既保证强度要求，又能节约板材，减少车身重量；用于高强度钢板冲压件的热冲压成形工艺；用于车身结构连接的胶接和胶焊工艺等，另外，液压成型技术（HPF）等也是车身轻量化先进制造技术发展的新方向。汽车轻量化的评价指标
就目前而言，对于汽车轻量化技术水平的评价尚没有统一的评价指标。各汽车厂家为了提高自身产品的市场竞争力，在满足相关法规要求的前提下，不断地减轻整车质量、降低油耗、改善操纵性能，在车身设计方面，设计师们已经开始对轻量化指标进行探索了。车身轻量化技术指标能给车身开发提供一个方向性的指导，但在行业内尚未形成一个高度认同的指标。目前应用较为普遍的几种车身轻量化指标如下：
（1）车身轻量化系数（Light Weight Index）；
（2）车身最低屈服强度 ；
（3）制造车间关键指数（Key Bodyshop Figure）；（4）车身单位体积质量。汽车轻量化技术的未来研究方向
4.1 在结构优化设计方面 汽车结构的尺寸优化、形状优化和连续体拓扑优化等技术已逐步发展成熟并得到广泛应用，但汽车结构的多学科、多目标优化设计方法、离散杆系结构的拓扑优化等方法，还有待进一步研究和完善。
4.2 在轻量化材料的应用方面
变形镁合金、新型塑料和纤维增强复合材料具有较大的应用潜力；另外，由于单一材料难以最大程度地满足汽车结构的轻量化要求，研究多种材料混合结构的设计理论、方法和相应工艺，在汽车不同部位采用不同的材料，充分发挥各种材料的优势，可以实现选材与零部件功能的最优组合，这种多材料一体化设计理论和方法将成为汽车轻量化技术的研究热点。
4.3 在工艺研究方面
液压成型、激光焊接等技术将得到更为广泛的应用，热成形工艺的应用将得到进一步发展。此外，零部件的轻量化将得到重视。而且，各种轻量化技术是相辅相成的，充分发挥不同轻量化手段的优势，研究汽车材料选择、结构设计和工艺设计的系统化和集成化方法，即轻量化技术的系统化和集成化，也是未来汽车结构轻量化技术的研究方向。总结
随着人们对汽车安全性、舒适性、环保性以及经济性等要求的提高，汽车安装空调、安全气囊、隔热隔音装置、废气净化装置、卫星导航系统等越来越普及，这无形中增加了汽车的质量、耗油量和耗材量，也导致了大量能源的消耗、汽车尾气排放的增加等。而汽车轻量化技术对汽车工业的可持续发展具有重要意义，不仅关系到车辆的节能减排、安全、成本等诸多方面，同时也对世界能源、自然资源和环境具有深刻的影响，它已成为汽车设计和汽车材料应用技术发展的主导方向。但目前汽车轻量化技术还处于不完全成熟的阶段，很多难关有待我们去攻克，很多方面值得我们去不断探索研究。
主要参考文献
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第三篇：先进高强钢和汽车轻量化
汽车轻量化项目主要包括超轻车身(U L SA B)、超轻覆盖件(U L SA C)、超轻悬挂件(UL S AS)和在此基础上的超轻概念车项目(ULS AB-AVC), 均是以使用钢铁为基础.除了利用先进高强度钢板外 , 还大量采用了激光拼焊、激光焊接、液压成型和计算机模拟等技术来进行汽车的设计和制造。
AHSS 钢主要包括双相钢(D P)、相变诱发塑性钢(TRI P)复相钢(CP)和马氏体钢(M)等 ,这类钢是通过相变组织强化来达到高强度的 , 强度范围 500 ～1500 MPa。具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的疲劳强度、高的成型性和低的平面各向异性等优点 D P钢
DP 钢板的商业化开发已近30，年包括热轧、冷轧、电镀和热镀锌产品。主要组织是铁素体和马氏体 , 其中马氏体的含量在 5 %～ 20 %, 随着马氏体含量的增加 , 强度线性增加 , 强度范围为 500～ 1 200 MPa。除了AHSS 钢的共性特点外 , 双相钢还具有低的屈强比、高的加工硬化指数、高的烘烤硬化性能、没有屈服延伸和室温时效等特点。DP 钢一般用于需高强度、高的抗碰撞吸收能且成形要求 也较严格的汽车零件 , 如车轮、保险杠、悬挂系统及其加强件等.热轧 D P 钢的生产是通过控制冷却来得到铁素体和马氏体的组织的 , 冷轧和热镀锌 DP 钢是通过铁素体和奥氏体两相区退火和随后的快速冷却来得到铁素体和马氏体组织的。D P 钢的主要成分是 C和Mn , 根据生产工艺的不同可适当添加Cr、Mo 等元素使C曲线右移 , 避免冷却时析出珠光体和贝氏体等组织。
复相钢
复相（Complex Phase: CP）钢是指两相在数量和尺寸上有相同的数量级，其组织特点是
细小的铁素体和高比例的硬质相如贝氏体、马氏体，含有铌、钛等元素。复相钢基本上是在Mn-Cr-Si合金成分体系的基础上，通过马氏体、贝氏体以及Ti、Nb和V等微合金元素的晶粒细化效应和析出强化的复合作用，结合适当的卷取工艺而生产的，抗拉强度能够达到800~1000MPa。具有很高的能量吸收能力和扩孔性能，广泛应用于汽车车身中车门的防撞杆、保险杠与B立柱等提高汽车安全性能的部件。贝氏体钢
贝氏体（Bainite: B）钢的微观组织为贝氏体，通过控制冷却速度或者空冷可以得到贝氏体组织。贝氏体钢的化学成分主要由碳和微量铬、硼、钼、镍等合金元素组成，含碳量低于 0.05%。贝氏体钢的韧性好、强度高（530~1500MPa），并且随着贝氏体转变温度的降低，贝氏体钢的强度增加，贝氏体钢的成形能力和焊接性均很好，在航空航天、船舶与石油化工。马氏体钢
马氏体钢的微观组织为少量的铁素体和/或贝氏体均匀的分布在板条状的马氏体基体上。通过在连续退火线或者出料辊道上的快速冷却作用，使奥氏体向马氏体完全转变从而得到马氏体钢。向马氏体中加入碳元素能提高马氏体的淬硬性，起到强化的作用；为提高马氏体钢的淬透性可以加入不同比例的 Mn、Mo、B、V、Ni、Si、Cr 等合金元素。马氏体钢是先进高强钢中抗拉强度最高的钢种，最高能达到 1700MPa。
相变诱发塑性钢
相变诱发塑性（TRIP）钢是为了满足汽车工业对高强度、高塑性钢板的要求而开发研制的，微观组织主要为铁素体、贝氏体和残余奥氏体（体积分数一般为 10%~20%）。在冷成形过程中，残余奥氏体向硬的马氏体发生转变（形变诱导相变）的同时发生塑性变形。这种硬化使得组织变形难以在局部集中并使应变分散，导致了整个组织中的塑性变形分布比较均匀，这种现象称为相变诱发塑性。TRIP 钢具有强度高、延展性好、易冲压成形和能量吸收率高等特点，可以大幅度地减轻车身自重，降低油耗，同时能够抵御发生碰撞时的塑性变形，显著提高汽车的安全性能，在汽车制造领域有着巨大的优势。
TRIP 钢分为热轧型 TRIP 钢和热处理型冷轧 TRIP 钢。热轧型 TRIP 钢是通过控轧控冷获得大量的残余奥氏体组织。热处理型冷轧 TRIP 钢是在冷轧后采用临界加热，然后在下贝氏体转变温度范围内等温淬火。快速加热至临界温度，形成铁素体-奥氏体混合组织。与双相钢的热处理工艺最大的区别在于，为了在最终的组织中保留奥氏体，需要引入贝氏体等温淬火保持阶段（或缓冷）。通过碳在未转变的奥氏体中的富集使马氏体转变温度降至低于零度，但仅通过铁素体形成时产生的碳富集是不够的，因此，贝氏体形成时会造成更多的
碳富集。通过添加硅或铝，不仅能起到固溶强化作用，而且还能阻止在贝氏体形成过程中碳化物析出。孪生诱导塑性钢
孪生诱导塑性(TWIP)钢是第二代先进高强钢的典型钢种，又称FeMn钢、高锰钢或现代轻质钢，成分特点是锰和铝含量较高，具有高强度、高加工硬化速率和优异的延展性（总延伸率可高达70%）。主要有Fe-Mn-C钢、Fe-Mn-C-Al钢及Fe-Mn-C-Al-Si钢。研究结果表明FeMn-TWIP钢加工硬化速率n值高且均匀，可承受局部应变峰值并具有良好的应变分布（抗颈缩），同时成形性能好，具有较好的能量吸收性能。由于这类钢的处理工艺复杂、合金元素含量较高，虽然具有高强度和高韧性等良好的综合性能，但目前为止还没有商业化，在汽车工业上的应用还很有限。
相同成分DP钢和TRIP钢部分力学性能的比较
对同一种钢板进行不同热处理分别制成具有相同铁素体含量的双相钢(DP钢)和相变诱发塑性变形钢(TRIP钢)，并对其部分力学性能进行对比。比较发现，铁素体基体上不同的第二相使得材料力学性能产生巨大差异：马氏体使DP钢具有很高的抗拉强度，残余奥氏体则赋予TRIP钢优良的伸长率；DP钢拥有更加优良的加工硬化能力，TRIP钢则具有较为理想的烘烤硬化能力。试验表明，考察DP钢和TRIP钢的烘烤硬化能力时，除柯氏气团外，内应力的消除也应该考虑其中。两种材料的组织有相似之处：F为基体，其上分布着较硬的第二相，不同之处在于第二相的种类和数量。
单轴拉伸试验，得到的负荷-应变曲线如图。TRIP钢具有明显的屈服平台，而DP钢则呈现连续屈服的特点。对两种材料的主要性能参数进行比较，结果见表
DP钢淬火过程中，临界区保温形成的奥氏体转变成比容较大M，使周围的F受到压迫，在其内部生成大量位错，成为低应力下可激活的位错源因此其屈服强度(σ0.2)低于TRIP钢。但是由于组织中存在40%M，其抗拉强度(σb)明显高于以B为主要第二相的TRIP钢。虽然σb 不及DP钢，但TRIP钢的δ是DP钢的2.3倍，达到37%，TRIP钢优良的伸长率与形变过程中Ar转变为M有关，可从以下几点解释(1)拉伸变形时在最大变形部位首先诱发马氏体相变, 使局部强度提高, 难以继续变形, 变形向未发生马氏体相变的其他部位转移, 推迟了颈缩的形成。(2)拉伸变形时局部应力集中因马氏体相变而松驰, 推迟了裂纹的产生。(3)Ar与α呈共格关系, 高能界面不利于裂纹的扩展。
可看出，在相同应变下DP钢的WH值远远高于TRIP钢的，这与两种材料的组织密切相关，可从以下几点解释：
(1)作为基体上的第二相,DP钢中的M和TRIP钢中的B起阻碍位错运动的作用。M硬度远远高于B硬度, 因此其对位错具有更强的阻碍作用, 导致加工硬化很高。由于M和B含量很高, 因此这是导致两种材料加工硬化值性能差异的最主要原因。
(2)变形过程中，TRIP钢中的Ar逐渐转变为M 释放了集中的内应力，降低了对位错阻碍作用，导致WH值下降。
(3)虽然TRIP钢中由A相转变得来的M会在继续变形时对位错起到较为强烈的阻碍作用，但是由于其含量很低 因此对WH的贡献也较低。
在较低应变范围内(0%～2%)，DP钢的加工硬化值很高(410MPa)，而在较高应变范围内(>2%)给予相同应变，WH值增量显著降低。
原因：塑性变形之初，运动位错滑移到晶界处, 受到马氏体的阻碍停止运动, 强烈的阻碍作用使得必须产生新的位错或开动相邻晶粒中的滑移系才能保证塑变继续进行, 因此加工硬化值很高。随着变形的进行, 大量位错在马氏体颗粒前塞积, 塞积的位错会对新产生的位错形成一定阻碍作用,而这一作用显著低于M的阻碍作用, 因此由其导致的WH增量明显降低。
高强钢的烘烤硬化能力
成型后的汽车覆盖件在喷漆以后通常会置于170℃保温一段时间，称为烘漆。烘漆后钢板屈服强度提高的现象称之为烘烤硬化(BakeHardening)。烘烤硬化的机理是在烘烤过程中, 位错应力场中的碳(氮)原子受到热激活向位错偏聚, 形成柯氏气团,从而对位错起到钉扎作
用,使其再次受载时需要更大的力才能摆脱气团或拖曳气团一起运动，宏观上表现为屈服强度的提高。与固溶碳(氮)原子数目和位错密度密切相关。
Trip随着预变形量的增加,BH值先上升后下降。因为塑变初期, 随着变形增加, 材料中位错密度增加，烘烤后被钉扎的位错数目增加, 因此BH值上升；但是由于材料中固溶碳原子有限, 当变形超过一定值后,形成的柯氏气团的饱和度下降，导致BH值降低。对于DP钢的BH随预变形量增加而下降(10%预应变试样的BH值为-380MPa)。DP钢的烘烤硬化能力差与其组织中存在一定含量M有关: 变形过程中,M强烈阻碍位错的同时产生很大的内应力，内应力对阻碍位错运动也起到很大作用, 而烘烤会使内应力部分释放，因此导致流变应力下降。
钢在奥氏体状态下加工变形以后再进行淬火,但为使钢在奥氏体状态 下变形而不发生相变或析出第二相,钢中奥氏体应具有良好的热稳定性及机械稳定性这就需要在钢中加入较多的合金元素如C r、N i 等实际也就提高了钢的价格。较高的锰含量有利于保持奥氏体的稳定性,而奥氏体的稳定性正是保持相变塑性的最重要因素。很高的硅量可有效提高碳在渗碳体中的活度,抑制冷却过程及过时效中贝氏体转变期间渗碳体的析出使得奥氏体中碳含量 的降低和随之而引起的稳定性降低。钢中大量的硅易与退火炉气氛中的氧反应,生成二氧化硅附着于钢板表面而使热镀锌难以进行。固溶的磷本身具有提高奥氏体稳定性的作用磷还可提高碳在渗碳体中的活度系数，抑制渗碳体的析出和奥氏体中碳含量的降低，结构钢中磷的晶界偏聚可引发钢的冷脆倾向。
Trip钢的屈服强度和抗拉强度均随应变率提高而呈指数形式增大。均匀延伸率随应变率的提高总的趋势是逐渐减小。因为残余奥氏体在 拉伸过程中会应变诱发向马氏体转变，一方面有利于材料强度的提 高，另一方面松弛了塑性变形引起的应力集中，延缓了微裂纹的形成，从而提高塑性。高应变率变形的绝热温升提高了残余奥氏体的稳定性。
铁素体基体析出强化型高强热轧双相钢（14年参考文献）
传统双相钢以组织强化为主要强化方式，通过组织强化虽然可提高强度降低屈强比，但由于软相铁素体与硬相马氏体的强度差较大，两相塑性应变不相容性加大，导致均匀变形能力降低不利于汽车零部件的成形，一定程度上限制了双相钢的应用。因此，提高铁素体相的强度，可减小铁素体和马氏体的塑性应变不相容性，抑制在两相界面萌生的微裂纹和空洞聚集，即推迟颈缩发生，提高均匀真应变。
高强钢主要通过添加微合金元素Nb、V、Ti，在铁素体中析出细小的微合金碳氮化物，即析出强化的方式提高强度。相对Nb、V而言，Ti具有资源丰富、成本低廉等优点，是一种极具发展潜力的微合金元素。不少研究者已对Ti的析出强化机理进行了研究，并开发出780 MPa级别的高强钢。
铁素体基体析出强化型热轧双相钢的工艺过程原理：在析出强化型热轧双相钢成分设计时，主要是在传统热轧双相钢的成分基础上添加一定量的Ti，同时还应调整Mn、Si、Cr等元素的含量，使得铁素体相变的鼻尖温度与TiC析出的鼻尖温度相匹配。
由图可知，钢板热轧后快速冷却至铁素体相变鼻尖温度附近，然后在缓冷或保温阶段，奥氏体相变为铁素体，同时TiC在铁素体相变过程中相间析出或过饱和析出，最后再快冷至Ms以下温度，未转变奥氏体转变为马氏体，最终获得存在纳米级TiC析出相的铁索体基体+弥散分布的马氏体的热轧双相钢。
通过向双相钢添加铌元素能起到弥散强化的作用，一方面铌元素能够促进马氏体的均匀分布和铁素体的细化，另一方面利用析出强化使马氏体的体积分数降低，从而使马氏体和铁素体之间由于强度差异而导致的应力集中程度降低，提高了双相钢的综合力学性能。
现代冷轧双相钢的生产采用连续退火工艺。先将冷轧钢板加热到铁素体奥氏体两相区所在的某个温度，在加热过程中发生冷塑性变形的组织会经历回复与再结晶过程。在保温过程中，钢板中的铁素体产生不完全奥氏体化。在初始的缓冷过程中，少量的奥氏体重新转化为铁素体，同时合金元素大量的向残余奥氏体中扩散，提高了奥氏体的稳定性。然后在急冷过程中使残余奥氏体转化为马氏体组织，从而产生铁素体与马氏体的双相组织。
一般来说，急冷后还需进行等温过时效，一是可以对淬硬的马氏体岛进行低温回火以改善其内部畸变，二是可以可以改善铁素体内元素的固溶状态。
第四篇：用铝合金材料实现汽车轻量化
用铝合金材料实现汽车轻量化
2011-7-6 15:55| 发布者: admin| 查看: 90| 评论: 0|原作者: admin|来自: 中国汽车材料网
杜明义（东北轻合金有限责任公司，黑龙江哈尔滨150060）
摘要：介绍了铝合金在汽车上应用的实例，分析了汽车轻量化的发展趋势，揭示了铝合金材料在汽车上良好的应用前景与应用空间。
关键词：汽车；铝合金；轻量化
节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车技术发展的趋势，尤其是节能和环保更是关系到人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃油消耗、减少向大气排出CO2和有害气体及颗粒已成为汽车界主要的研究课题。减少汽车自身质量（汽车轻量化）是汽车降低燃油消耗及减少排放的最有效措施之一。汽车轻量化的途径有两种：一是优化汽车框架结构；另一个是在车身制造上采用轻质材料。而目前常用的轻质材料为铝合金。
目前，世界交通运输业用铝为铝产量的26%，而我国仅为5.7%。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，对交通工具的需求越来越多，因此，铝合金材料在我国交通运输业上的发展空间还很大。
现代轿车发动机活塞几乎都用铸铝合金，这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性，减轻曲轴配重，提高效率，并需要材料有良好的导热性，较小的热膨胀系数，以及在350℃左右有较好的力学性能，而铸铝合金能符合这些要求。同时由于活塞、连杆采用了铸铝合金件，减轻了质量，从而减少发动机的振动，降低了噪声，使发动机的油耗下降，这也符合汽车的发展趋势。
汽车车身约占汽车总质量的30%，对汽车本身来说，约70%的油耗是用在车身质量上的，所以汽车车身铝化对提高整车燃料经济性至关重要。奥迪汽车公司最早于1980年在Audi80和Audi100上采用了铝合金车门，然后不断扩大应用。1994年奥迪公司斥资800万欧元建立的铝材中心（1994年～2002年），两年前被更名为“奥迪铝材及轻量化设计中心”。1994年开发第一代Audi A8全铝空间框架结构（ASF），ASF车身超过了现代轿车钢板车身的强度和安全水平。但汽车自身质量减轻了大约40%。随后于1999年诞生的Audi A2，成为首批采用该技术的批量生产轿车。2002年，奥迪铝材及轻量化设计中心又实现了第二代Audi A8的诞生。
在此期间，美国铝业公司开发了全新的汽车生产技术。如今，铝制车身制造的自动化操作程度已达80%，赶上了传统钢制车身生产的自动化水平。奥迪公司与美国铝业公司一直保持着良好的合作关系，双方合作的目标是共同开发一款全新的可以批量生产的全铝车身汽车。
美国铝业公司为全球汽车制造商提供品种繁多、性能优异的汽车部件和总成，包括车身覆盖件的铝板、压铸轮毂、配电系统、底盘和悬架部件，以及保险杆、发动机支架、传动轴、车顶系统等总成；包括Audi A8的第二代ASF框架结构、宝马5和7系列的铝制悬架、日产Altima的发动机罩和轮毂、法拉利612 － Scaglietti的全铝车体结构，以及捷豹XJ采用的真空压铸技术。美铝公司的产品和解决方案使这些车型向着更轻量化、更技术化的方向发展。
目前，制约铝合金在汽车上大量应用的主要原因之一是其价格比钢材的高，为了促进铝合金在汽车上的大量应用，必须降低材料成本。除开发低成本的铝合金和先进的铝合金成形工艺外，回收再生技术可进一步降低铝合金的生产成本。扩大铝合金应用的另一个研究方向是开发新的各种连接技术，今后发展的多材料结构轿车要求连接两种不同类型的材料（如铸铁一铝、钢一铝、铝一镁等），对这些连接技术以及对材料和零件防腐蚀的表面处理技术，是今后扩大铝合金在汽车上应用的重要课题。
汽车广泛应用的铝制轮毂是铝合金在汽车上应用的一个例子，铝合金轮毂的优点是：
（l）省油。平均每个铝合金轮毂比相同尺寸钢轮毂轻2 kg，一台轿车用5个便节省l0kg质量。根据日本试验，5座位轿车质量每减轻l kg，－年约节省20L汽油，而美国汽车工程师学会发表的研究报告指出，铝合金轮毂价格虽然比一般钢轮毂的高，但每辆汽车行走2万km，所节省的燃料费便足够抵回其增加的成本。
（2）增加发动机寿命。根据发动机负荷与功率曲线图，当负荷增大至某一程度后，其功率反呈降低趋势，此边际表示此时每一单位负荷发动机将特别耗油。发动机负荷减轻．自然减少故障，延长寿命。
（3）散热好。铝合金的传导系数为钢的3倍，散热效果好，长途高速行驶时也能使轮胎保持在适当的温度，使刹车鼓及轮胎不易老化，增加寿命，降低爆胎的机会。
（4）真圆度好。真圆度精度高达0.05mm，运转平衡性能好，有利于消除一般车身超长时方向盘抖动现象。
（5）坚固耐用。铝合金轮毂之耐冲击力、抗张力及耐热能力较钢轮的好。
（6）美观。一般钢轮毂因生产工艺所限，形式单调呆板。铝合金轮毂则有各式各样的设计，加上光泽、颜色效果好，从而提高了汽车的价值与美观。
综上所述，铝合金在汽车行业上的应用前景是很好的，但是碳纤维增强复合材料以其优异的性能逐渐在航空工业上得到应用，因此铝合金材料在很多工业部门的应用也将受到其他新型材料严峻的挑战，必须不断开发新的铝合金品种，新的加工工艺，更加提高材料的性能，迎接新的挑战。
第五篇：新能源汽车发展现状及趋势总结（范文）
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新能源汽车发展现状及趋势
新能源汽车是全世界正在进行研究的热点项目，世界汽车大国如中国、日本、美国、德国等都投入了大量的人力、财力进行相关的研究和推广。在当今社会，汽车已经和每个人的生活息息相关，也是国内外科技实力竞争的一个关键点。发展新能源汽车是解决全球能源和环境系统严峻问题的必由之路，是汽车行业技术和产业革新的必然趋势。
发展新能源汽车对解决能源和环境系统问题以及提高国家的综合能力具有非常重要的意义。一方面解决能源短缺、环境污染、气候变暖等全球汽车行业面对的共同问题。近年来，我国汽车产业发展迅速，国内汽车保有量呈递增趋势。预计2015年的汽车保有量将达到1.5亿辆，2020年中国的汽车保有量更是将达到2亿辆以上。传统汽车在行驶过程中会产生大量的有害气体，排放的污染物有碳氢化合物、氮氢化合物、一氧化碳、二氧化硫等，对人类健康也有很大的影响。此外，传统汽车主要采用燃油发动机，排放大量的温室气体，影响全球的气候变化。现有的车用内燃机的动力技术的改进处于一种渐进式的状态，进展缓慢，已经不能应对环境、能源系统的挑战，汽车行业亟待一场革命性的技术变革。
另一方面，汽车产业对一个国家的经济发展起到了巨大的作用，带动钢铁、机械加工、电子等多个行业的发展，容易形成产业集群，是提升一个国家国际竞争实力的重要因素。相对于欧美国家，我国的汽车工业起步较晚，一直采取以市场换技术的方式推动汽车行业的发展，没有形成原始创新的技术，没有形成自己的关键技术。新能源汽车方面，世界各国处于同一起跑线上，我们国家只有大力发展新能源汽车，才能在汽车工业上实现“弯道超车”，才能有机会与西方发达国家在汽车工业上一较高下。1 新能源汽车的定义及种类
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根据我国《汽车产业发展政策》的有关规定，国家发展和改革委员会制定了《新能源汽车生产准入管理规则》（后文简称《规则》），提出了新能源汽车的新概念。实用非常规车用燃料来作为动力源的汽车便是新能源汽车，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，汽车拥有先进的理论和技术，结构也较为新颖。《规则》还指出：新能源汽车包括纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、混合动力电动汽车（HEV）、燃料电池电动汽车（FCEV）、其他新能源（如超级电容器、飞轮等高效储能器）汽车等。新能源汽车出现以来，动力形式主要有混合动力、纯电动、燃料电池三种。这也是当前世界各国主要的研究方向。
混合动力汽车在汽车上配置了两种动力系统，一般是在传统燃料的动力系统基础上再匹配发电机、电动机等以电能为动力的系统。在混合动力汽车中，电能的来源主要有三种方式，一是采用外部充电，即通过充电桩直接给汽车中的蓄电池充电。二是采用能量回收装置，在车辆运行过程中将制动时、下坡时、怠速时的能量回收，转换为电能存储在蓄电池中。三是采用前述两种方式的组合，既可以直接给蓄电池充电，也配有能量回收装置。
纯电动汽车，从字面就可以看出，该类汽车采用电能为唯一的动力来源，无需内燃机或其它动力装置。纯电动汽车只有电能一种动力来源，在行驶过程中没有尾气排放，也不会形成二次污染，是一种“干净”的汽车。纯电动汽车由于受续航里程、充电桩的数量及位置的影响，目前主要在短途使用人群中推广使用。
燃料电池汽车的工作原理是，其燃料是氢，氢会在燃料电池中和氧气发生氧化还原反应，从而产生电能来给电动机工作提供支持，通过电动机带动机械传动机构，从而驱动电动汽车。在燃料电池汽车中，氧气和氢气直接参与化学反应，并且化学反应时，不会产生污染物，其也是一种“干净”的汽车。和纯粹使用电力的骑车相比，燃料电池汽
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车优势明显，比如低温冷启动性能出色、持续行驶里程较长、能够快速补充能量等，但产品成本高且基础设施稀缺。2 国内外新能源汽车发展的状况
国外在新能源汽车的研究方面比我们国家起步要早得多，在美国和日本已经有很多汽车厂推出了新能源车型并上市销售。如日本为了解决能源安全问题，欧洲和美国为了解决温室效应和石油依赖的问题，从国家和地区的层面都推出了鼓励新能源汽车发展和推广的政策，寻找替代能源，如：欧盟持续加强清洁柴油车技术，推动燃料电池的研发。①金融危机之后，世界各国均把新能源汽车的研究方向聚焦在纯电动汽车上。
2010年以来，欧美日等汽车工业强国的新能源汽车如雨后春笋般上市销售。如本田飞度EV、宝马MINI E、宝马i100Coupe、宝马（PHEV）以及全球闻名的特斯拉电动车，在全球刮起了新能源汽车的旋风。这些新能源汽车的特点主要是车型与传统汽车相似、续航里程相比早期的电动车有了很大的改善、普遍使用快速充电技术、最高车速增加到100公里/小时以上。
从2001年开始，国家通过“863”项目投入很大的资金主要做电动汽车研发，形成了纯电动、油电混合动力、燃料电池三条技术路线，简称“三纵”； 建立了以动力蓄电池、驱动电机、动力总成控制系统三种共性技术，简称“三横”，形成了“三纵三横”的开发布局。②2012年3月，科技部公布《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》，进行了纯电驱动技术战略的确定，重视技术转型，重视整车继承技术、关键零部件技术以及公共平台技术的深化省级和完善。国务院也进行了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》的发布，制定了新的战略取向，重视以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业的转型，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化。我国已
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经有多家汽车厂开始电动车的生产和销售，如江淮、奇瑞、新大洋、北汽新能源、一汽新能源、长安、郑州日产等均有新能源汽车上市销售。3 新能源汽车的核心技术及发展趋势
发展新能源汽车需要掌握电池技术、电机驱动及控制技术、能源管理系统以及整车技术等核心技术。
电池技术包括电池形式、电池生产的过程控制、外围设备和使用方法等。日本企业在电池领域的技术实力较强，如丰田汽车公司获得了四百多项专利。③目前世界各国都在研究电池的新技术，重点解决电池容量和快速充电的问题，石墨烯电池是一个新的研究方向。在中国，中航锂电、比亚迪、五龙汽车等公司在已经掌握了电池技术实现了电池的批量生产。
整车控制器（VCU）、电机控制器（MCU）和电池管理系统（BMS）是最重要的核心技术，对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。
VCU是新能源汽车的大脑，它通过对来自油门、刹车踏板、档位等位置的信息进行分析，判断驾驶员的意图。VCU还检测车辆的速度、文图、电量、电压等信息，并根据车辆各项参数向车身的动力系统、电池系统等发送控制指令，指挥车辆行驶。
MCU是新能源汽车特有的核心功率电子单元，是电动机的大脑。它在接收到VCU的车辆行驶控制指令后，及时控制电动机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。
BMS是新能源汽车的三大核心技术之一，它是新能源汽车电池系统正常工作、提高电池寿命并保证新能源汽车安全的关键技术。由于BMS的存在，当新能源汽车大电池出现早期损坏、过热、过载等情况时，及时保护电池并向司乘人员报警。
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随着能源危机和环境系统不断增长的压力，新能源汽车未来的发展方向主要是寻找新的替代能源和动力系统的革命。一是研究甲醇、生物乙醇、氢燃料、可燃气体等替代传统的燃油技术，已经有部分技术在国内外得到了推广应用。二是采用电能作为新的动力来源，主要是运用混合动力驱动、纯电驱动和燃料电池技术解决日益严重的能源紧缺和污染问题。4 结论
从解决能源紧缺和环境污染的角度来看，以纯净能源尤其是纯电动汽车和燃料电池的汽车将成为新能源汽车未来的发展方向。我国汽车工业的发展应该以纯电动汽车的产业化为重点，着力解决整车控制、电机控制和电池管理系统的关键技术，积极推进电动汽车的产业化，实现“弯道超车”，提高我国的竞争实力。
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