輕量化這一概念最先起源於賽車運動，它的優勢其實不難理解，重量輕了，可以帶來更好的操控性，發動機輸出的動力能夠產生更高的加速度。
基本介紹
- 中文名：輕量化
- 外文名：light weight
- 目的：降低汽車整備質量
- 類別：汽車生產技術
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介紹
輕量化這一概念最先起源於賽車運動，它的優勢其實不難理解，重量輕了，可以帶來更好的操控性，發動機輸出的動力能夠產生更高的加速度。由於車輛輕，起步時加速性能更好。
隨著“節能環保”越來越成為了廣泛關注的話題，輕量化也廣泛套用到普通汽車領域，在提高操控性的同時還能有出色的節油表現。汽車的油耗主要取決於發動機的排量和汽車的總質量，在保持汽車整體品質、性能和造價不變甚至最佳化的前提下，降低汽車自身重量可以提高輸出功率、降低噪聲、提升操控性、可靠性，提高車速、降低油耗、減少廢氣排放量、提升安全性。有研究數字顯示，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；若滾動阻力減少10%，燃油效率可提高3%；若車橋、變速器等裝置的傳動效率提高10%，燃油效率可提高7%。汽車車身約占汽車總質量的30%，空載情況下，約70%的油耗用在車身質量上。因此，車身變輕對於整車的燃油經濟性、車輛控制穩定性、碰撞安全性都大有裨益。
主要指導思想：在確保穩定提升性能的基礎上，節能化設計各總成零部件，持續最佳化車型譜。
汽車的輕量化，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，儘可能地降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。實驗證明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%；汽車整備質量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%。當前，由於環保和節能的需要，汽車的輕量化已經成為世界汽車發展的潮流。
途徑
①汽車主流規格車型持續最佳化，規格主參數尺寸保留的前提下，提升整車結構強度，降低耗材用量；
③採用計算機進行結構設計。如採用有限元分析、局部加強設計等；
④採用承載式車身，減薄車身板料厚度等。
其中，當前的主要汽車輕量化措施主要是採用輕質材料。
舉措
鋼鐵材料在與有色合金和高分子材料的競爭中繼續發揮其價格便宜、工藝成熟的優勢，通過高強度化和有效的強化措施可充分發揮其強度潛力，以致迄今為止仍然是在汽車生產上使用最多的材料。
轎車自重的25%在車身，車身材料的輕量化舉足輕重。20世紀90年代，世界範圍內的35家主要鋼鐵企業合作完成了“超輕鋼質汽車車身”（ULSAB－Ultra Light Steel Auto Body）課題。該課題的研究成果表明，車身鋼板的90%使用現已大量生產的高強度鋼板（包括高強度、超高強度和夾層減重鋼板），可以在不增加成本的前提下實現車身降重25%（以4門轎車為參照），且靜態扭轉剛度提高80%，靜態彎曲剛度提高52%，第一車身結構模量提高58%，滿足全部碰撞法規要求。當然，這還是一個研究的成果，高強度鋼板在車身上的實際套用還未達到如此高的水平。在普通的IF鋼板的基礎上相繼開發了高強度IF鋼板和烘烤硬化IF鋼板，在保持高成型性的同時提高了強度和抗凹陷性，為車身鋼板的減薄和實現輕量化創造了條件。
加入Ti、Nb和V等元素的析出強化鋼板拉伸強度在500~750MPa，可用於車輪和其它底盤零件。
近來開發的多相鋼有相當大的套用潛力。其中鐵素體－貝氏體鋼強度級別為500MPa，雙相（DP）鋼和相變誘發塑性（TRIP）鋼強度級別為600~800MPa,復相（CP）鋼強度級別在1000MPa或更高。這些鋼的成型性能也很好。日本日產汽車公司進行了590MPa級高強度鋼板在車身上的套用研究，他們選用TRIP鋼和DP鋼裸板以及DP鋼鍍鋅板並運用有限元分析技術解決了衝壓開裂和回彈問題，最佳化了焊接工藝參數，通過實車檢測，剛度和碰撞性能滿足要求，比採用440MPa級鋼板時降重10kg。
雷射拼焊毛坯（Tailored Blank）是新近開發並套用的鋼板輕量化技術。在前述ULSAB車身有18個零件採用了此技術。
結構鋼
鋼鐵材料的用量雖逐年減少，但高強度鋼的用量卻有相當大的增加。高強度結構鋼使零件設計得更緊湊和小型化，有助於汽車的輕量化。
(1) 彈簧
懸架彈簧輕量化的最有效方法是提高彈簧的設計許用應力。但是為了實現這種高應力下的輕量化，材料的高強度化是不可少的。在傳統的Si-Mn彈簧鋼的基礎上通過降低C並添加Ni、Cr、Mo和V等合金元素，開發出強度和韌性都很高的鋼種，設計許用應力可達1270MPa，這種彈簧鋼的套用可實現40%的輕量化。在傳統的Cr-V系彈簧鋼中添加Nb可提高鋼的抗延遲斷裂性能，結合改進的奧氏體軋製成型，可使鋼的拉伸強度達到1800MPa的水平。
氣門彈簧用的Si-Cr鋼中添加V，通過晶粒細化確保韌性，由增C提高強度。這樣改進後，彈簧的高周疲勞強度約提高8%，可實現15%的輕量化。通過有限元分析，螺旋彈簧內、外側應力均勻分布的檸檬形斷面彈簧鋼絲得以開發，使彈簧實現7%的輕量化。
(2) 齒輪
汽車發動機有高功率化的趨勢，而傳動器有緊湊小型化的傾向。這勢必加大傳動齒輪的負荷，從而對齒輪鋼的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度的要求也相應提高。
提高鋼中Ni、Cr、Mo等合金元素的含量可以提高齒輪鋼的淬透性和強度，但單純靠合金元素來強化齒輪鋼會使鋼的切削性能變壞、熱處理工藝複雜，原材料成本和生產成本都會大幅度提高。齒輪滲碳時，為了防止或減少異常層的出現，降低鋼中的Si和P含量，Mo量增加到0.35%~0.45%，並採用經改良的碳氮共滲工藝。改進的鋼種可使齒輪實物的衝擊壽命提高3~5倍，若在上述降低表面異常層鋼種加上強力噴丸，可使齒輪疲勞極限提高20%~30%。
齒輪鋼中的非金屬夾雜物是疲勞裂紋的起點，會降低強力噴丸的強化效果，為此開發了高純淨度齒輪鋼。例如對SCM420HZ鋼，將氧濃度降到9ppm以下、磷濃度降到90ppm以下時，與前述降低表面異常層的低Si高Mo鋼相比，齒輪齒根彎曲疲勞壽命提高10%~17%，接觸疲勞壽命提高25%。
原理
輕量化這一概念最先起源於賽車運動，它的優勢其實不難理解，重量輕了，可以帶來更好的操控性，發動機輸出的動力能夠產生更高的加速度。由於車輛輕，起步時加速性能更好。
