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摩擦动态:一文看懂汽车材料趋势|钢材仍为主轻质材料难反转?2017.08.09
一文看懂汽车材料趋势|钢材仍为主轻质材料难反转?
 

  当汽车油耗压力步步紧逼,当续航里程短板亟待补齐,能够缓解这两大压力的轻量化已逐渐成为新车的重要标签,而比起结构上的优化或是制造工艺提升,车企及零部件企业的侧重点似乎更多地放在轻质材料的开发及应用方面,例如铝合金、镁合金、碳纤维等复合材料的采用。并且从目前来看,随着轻量化概念的持续升温,传统材料未来将面临大范围的更新及替换,而轻质材料之间也将掀起新一番的激烈竞争。

  ■2025年前后,汽车材料仍会以钢材为主

  据相关统计,近几年生产的一辆普通轿车,其主要材料的重量构成比大致为:钢铁65%-70%、有色金属10%-15%、非金属材料20%左右。而不可否认,在轻量化趋势的影响下,各种新型材料,如轻金属材料、复合材料等将越来越多的应用于现代汽车,并且难以避免地将挤压一些传统汽车材料的占比。

  在近日举办的第二届汽车新材料新工艺发展趋势论坛上,一汽高工田洪福再次分享了《节能与新能源汽车技术路线图》有关轻量化材料的发展目标。其中提到,到2030年,高强钢应用比例大幅增加,单车用铝量超过350 kg,单车用镁合金达到45kg,碳纤维使用量占车重5%。另外,尽管其中并没有明确工程塑料及复合材料的用量,但在技术路径中则指出会大力推进其在汽车上的应用。

  钢材一直是最主要的汽车材料,即使在轻量化要求加大的今天,这一格局也仍未发生变化。田洪福更是明确指出,在2025年,钢材在汽车中的应用比例仍然会达到在50%以上。当然,这里的钢材更多指的是高强度钢,它是在普通钢材的基础上进一步提升性能,能够达到减重以及提高碰撞安全性的效果,在汽车底盘横梁加强板、悬架支架、发动机支架等等部件广泛应用。尽管其成本相比普通钢材有所增加,但是相较于其它轻质材料而言仍较有优势,是行业未来五年甚至更长时间内的发展重点。

  ■轻质材料增长加快,但仍有局限

  铝合金的用量将仅次于钢材,这一材料除了应用于一些结构件、冲压件,还可用于车厢、车身等。相关数据显示,2014年我国汽车单车平均用铝量大约为92kg,欧美单车用铝量达到150kg。而根据相关机构测算,铝合金在汽车中的使用空间最高可达540kg,可使汽车减重40%。由此看来,铝合金在汽车中的应用还有很大空间,当然,这还仰赖于其成本方面的突破。

  镁合金是常用金属结构材料最轻的一种,其密度约为铝的2/3,钢的1/4,同时具备比强度高、比弹性模量大等优点,在汽车中的应用同样在上升,目前在汽车轮毂、进气歧管、离合器、传动外壳、齿轮箱等方面应用较多。不过,由于成本及相关技术方面的原因,目前汽车镁合金用量还不大。相关数据显示,我国汽车平均用镁量约为3kg,北美的汽车平均用镁量也不到10 kg,但是根据美国汽车材料协会预计,随着镁合金技术的成熟和轻量化需求增加,到2020年,北美生产的汽车镁合金用量将达到160kg。

  作为兼具轻量化、安全性、舒适度和可靠性等优异性能的轻量化材料,碳纤维材料前景极被看好,但是在当前阶段显然还面临诸多挑战,其中最关键在于成本太高。据了解,同样是1公斤材料,钢材需0.8-1美金,铝材需2.4-2.6美金,而碳纤维则高达20-30美金,几乎是钢材的20倍。相关资料显示,目前业内采用了改性沥青、木质素制备、聚烯烃制备、高强PANCF原丝、节能加工能源等方面技术来降低碳纤维生产成本。但是从整个行业水平来看,要实现大规模的应用则还有很长的路要走。

  ■讲成本更要讲安全,汽车轻量化不宜操之过急

  根据去年发布的《节能与新能源汽车技术路线图》所提出的轻量化技术的发展思路,主要分三个阶段实现汽车的逐年减重。第一阶段为2016年-2020年,实现整车比2015年减重10%。第二阶段为2021年-2025年,实现整车比2015年减重20%。第三阶段为2026年-2030年,实现整车比2015年减重35%。

  田洪福表示,按照目前轻量化的发展情况及趋势,以上目标可以说是有依据的,是可以实现的。当然也正如北汽高工钟广亮在此次会议期间接受盖世汽车记者采访时所说,这些目标的实现也并非没有压力。也就是说,这是需要车企下功夫去做的。

  的确,业界一直期待汽车轻量化有突飞猛进的发展,但这似乎并不容易。首先是成本问题,多数轻质材料都面临这一因素的制约。钟广亮也表示,相对于技术方面的突破,轻量化所带来的成本压力更大。而在成本之外,还有一个问题同样不容忽视,那就是汽车安全,尽管经历很长的时间让业界明了汽车重量与汽车安全性并不成正比,但是汽车轻量化新型材料的出现对于测试等环节的确提出了新的要求。

  清华大学苏州汽车研究院技术经理吴海龙表示,现在汽车材料比如高强钢、铝合金、镁合金、塑料复材等材料相比传统车身应用显著增多,这些不同的材料如何应用在车上面需要我们对材料有很好的理解,最终把恰当的材料应用在合适的位置。

  他指出,这些新的材料出现不同的力学特性,比如在碰撞载荷作用下大变形,各向异性和断裂失效与传统材料不一样,还有材料的强度、失效特性等各个方面也需要去进行测试。并且也只有把他们的特性研究清楚,才能够对这个材料应用到什么部位做一个参考和依据。

  不过可喜的是,材料轻量化虽缺乏“大”突破,但“小”进展不断,例如佛吉亚的座椅轻量化方案、泛亚的隔热隔音材料以及索尔维的Technyl高性能材料等等。而不可否认,这些小进展正是汽车轻量化目标实现的关键。

| 来源:盖世汽车 解全敏
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