轻量化汽车车身材料的发展现状开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

研究背景

当今社会的环境问题日益凸显，随着汽车保有量的不断攀升，人们逐渐开始关注低污染、低耗能的汽车。针对汽车本身来说，70%的油耗来源于自身质量的负荷，有研究表明汽车每减小10%的自重就可以提升6%到8%的燃油经济性[1]。和传统汽车材料低碳钢相比，轻量化材料较低碳钢可以减轻15%～60%的质量，如高强钢、铝、镁、玻璃纤维复合材料可分别减轻15%～25%、40%～50%、55%～60%、25%～35%的质量[2]，而每减小100kg质量能减少12.5g/km的二氧化碳排放。因此汽车轻量化是提高汽车燃油经济性并减少排放的有效措施之一，也是未来汽车发展的一种趋势，有助于改善全球温室效应等日益严峻的环境问题。

目前应用在汽车上的主要轻量化材料有高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维、塑料、复合材料等[3]，利用其高强度低密度的特性来实现轻量化[4]。钢材是应用最广泛的金属材料，虽然它属于较重的金属，但经过高强度和超高强度的改性之后，同样具有了更加良好的轻量化潜力[5]。目前汽车车身主要使用的高强度钢主要有：（1）烘烤硬化钢，在汽车制造中主要用于结构件和蒙皮件，这种钢具有屈服极限相对较低，各向异性指数r和加工硬化指数n值较高等优点，因此冷成型能力较为良好，且在后续的涂装烘烤过程中的借助碳时效硬化作用，可进一步提高材料屈服极限至40-60mpa。（2）trip钢（相变诱发塑形钢），主要合金元素是锰和硅，经退火处理之后可具有较高的均匀形变率和抗拉强度。主要用于车身框架等高强度结构件，有助于在发生碰撞时吸收较多能量。（3）部分马氏体时效钢pm钢，其多相结构中除了含有很高比例的马氏体还含有贝氏体，因此具有较高的屈强比和较高的拉伸强度，碰撞时能吸收较高的能量，与传统钢材比，板材厚度较小，可用于车身结构件。铝镁材料因为低密度的特性而具有轻量化潜力，且因为具有极好的可挤压性和耐腐蚀性，可被用于制作板材成型件和结构件[6]。轿车上发动机动力总成、变速箱、散热装置、底盘、车身等均可采用铝材用于降低重量以降低油耗、减少二氧化碳排放，并改善车辆的行驶性能[7]。鉴于这些优势，铝材已经在欧洲进行的大规模研究的高效混合结构中得到全面应用[例如在超轻型汽车super light car项目]，且其低廉的成本和满足需求的大批量生产能力也同时得到验证。另外，铝材因为具有高回收利用率，也有利于节省资源[8-9]。相对于铝合金，镁合金的弹性模量较低，因此具有较高的阻尼特性。同时镁压铸件的疲劳极限虽然较好，但仍低于铝合金的疲劳极限，因此耐磨性和耐腐蚀性较低，故使用时要考虑表面品质和涂层的问题[10]。大多数的塑料密度在0.8—1.4g/cm3,明显低于金属材料，且成型加工成本低，但由于其强度等力学性能较难达到要求，因此后期需要通过采取汽车结构优化设计或在材料中添加增强性纤维等手段使其满足使用标准[11]。目前传统的标准塑料中的pvc材料在汽车制造上已广泛使用，包括像仪表板饰板、中控台、车门把手、顶棚等车内部件。与此同时，部分具有高透明度的工程塑料，由于具有良好的力学性能和热特性，被用于制作车灯的散光玻璃或前挡风玻璃。另外，相对于上述两种塑料，纤维塑料复合材料在保证低重量的同时拥有更好的力学特性[12]，因此可以在汽车上用作车身碰撞吸能器及保险杠横梁等受剪切力影响的结构。陶瓷材料具有极佳的磨损特性以及耐温性和耐热冲击性，因此近年来部分功率较大的或豪华型汽车已经开始使用轻量化陶瓷制作制动盘，但是与金属制动盘相比，其重量优势并不明显，且生产成本仍然较高。

2. 研究的基本内容与方案

研究内容

1. 研究现有的轻量化汽车材料发展情况及种类；

2. 分析各种汽车轻量化材料的特点；

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

参考文献

[1]石秀忠，轻量化材料在汽车领域的应用趋势[j]，辽宁科技学院学报，2009，11:11-12

[2]曾昆，新材料在汽车轻量化中的应用[j]，新材料产业 ,2015,02:5-7