▊ 美國：以材料進步為驅(qū)動

 

美國汽車輕量化路線，以材料進步為驅(qū)動，綜合衡量材料成本、性能、可回收性及用量。

 

    2010-2025 年，高強度鋼拉伸強度1500～2000MPa，密度下降5%，模量增加 10%；鋁合金機械性能提升40%，成本降低25%，高性能鋁循環(huán)利用50%；鎂合金成本下降至與鋁相當，可用性提升2倍，消除異種材料電化學腐蝕；鈦合金、鎳合金成本降低50%，成本是不銹鋼2倍；碳纖維占車重5%，單價5美元/磅，剛度提升30%，25%可再生，碳足跡下降25%。

 

    2025-2050 年，高強度鋼拉伸強度 2500～3000MPa，密度下降 10%，模量增加 20%；鋁合金機械性能提升200%，成本降低40%，高性能鋁循環(huán)利用100%；鎂合金成本與鋼相當，可用性提升4倍，采取通用的一步式預處理；鈦合金、鎳合金成本降低至鋁合金水平，成本是不銹鋼1.5 倍；碳纖維占車重15%～25%，單價2.5 美元/磅，剛度與鋁材相當，50%可再生，碳足跡下降75%。

 

    美國的輕量化路線以材料降本與性能優(yōu)化貫穿其中，美國汽車零部件制造的特點是綜合考慮不同材料的性價比在汽車的不同部位得到應用。

 

 

    歐洲汽車輕量化路線，以先進的鋼鐵材料、輕金屬鎂鋁、碳纖維復合材料三類先進輕量化材料應用為出發(fā)點，目標瞄準多材料應用技術(shù)。

 

    歐洲汽車輕量化的發(fā)展路徑以創(chuàng)新為驅(qū)動，圍繞先進的材料技術(shù)、新的模塊化構(gòu)造、先進的功能集成、可負擔性和成本效益、多材料連接、多材料模擬、多材料再循環(huán)進行。材料的開發(fā)與應用過程包括：設計概念、應用材料技術(shù)、建模與模擬、材料加工技術(shù)、零件生產(chǎn)、可制造性和成本分析、試驗和驗證，以及LC 分析與 EL 評價。

 

    歐洲的汽車輕量化路線充分結(jié)合材料特性與成本、制造工藝和結(jié)構(gòu)設計，多層次多角度協(xié)調(diào)實現(xiàn)輕量化的目標。

 

 

    日本汽車輕量化路線，以材料和工藝的基礎(chǔ)研究突破為實用化出發(fā)點，材料進步驅(qū)動輕量化。

 

    鋼鐵以高剛度鋼鐵材料、納米纖維材料為基礎(chǔ)性研究，以蜂窩結(jié)構(gòu)材料為根源研究，以高延展性高強鋼、各向異性控制、高沖壓成型鋼板進行突破性研究，開發(fā)出高強高韌非調(diào)質(zhì)鋼。

 

    鋁以高強度高延展性鋁合金為基礎(chǔ)研究，以鋁合金的剛強化為根源研究，以多孔鋁復合結(jié)構(gòu)材料、線束鋁制化進行突破性研究，實現(xiàn)沖壓成型技術(shù)改良、擠出異型材利用。

 

    鎂以高強度冷軋成型板材合金設計技術(shù)、高性能型材高速擠出技術(shù)為基礎(chǔ)性研究，以鑄造材料組織微細化技術(shù)為根源研究，以大型型材高性能表面處理進行突破性研究，實現(xiàn)鑄造材料的規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新。

 

    加工技術(shù)以伺服沖壓機利用技術(shù)、板鍛件為基礎(chǔ)性研究，以凈成型技術(shù)、智能熱沖壓為基礎(chǔ)研究，以CFRP成型、鎂冷沖壓成型技術(shù)進行突破性研究，開發(fā)出中空材料的成型技術(shù)、高強度鋼的成型技術(shù)。不同材料的連接技術(shù)經(jīng)過基礎(chǔ)性和突破性研究，確立了金屬/高分子/CFRP 三維結(jié)構(gòu)連接體創(chuàng)新技術(shù)。

 

    2010年以來，日系整車廠商也相繼提出輕量化目標，本田對主要車型設定減重目標，三菱各車型平均減重10%，馬自達連續(xù)兩個5年實現(xiàn)投放車型減重 100kg，尼桑2015年后車型減重15%，豐田2015年全部車型平均減重5%～10%。以2010為基礎(chǔ)，2015年、2020 年、2030年分別實現(xiàn)輕量化比率 1/4、1/3、1/2。

 

 

    國內(nèi)汽車輕量化的出發(fā)點始于高強度鋼、鋁、復合材料等新材料的應用與開發(fā)，通過材料、設計、工藝三個方面共同作用實現(xiàn)減重三步走的目標。

 

    根據(jù)中國汽車工程學會發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，中國汽車輕量化自 2015 年到 2020 年實現(xiàn)減重 18%，適量應用鋁、鎂合金及碳纖維復合材料，根據(jù)材料特性和性能要求進行優(yōu)化設計，工藝以冷成型為主，熱成型、輥壓成型、激光拼焊為輔。

 

    到2025 年實現(xiàn)減重30%，擴大鋁、鎂合金與碳纖維復合材料在車身上的應用，采用結(jié)構(gòu)-材料-性能一體化輕量化多目標協(xié)同優(yōu)化設計，工藝以熱成型、溫成型、內(nèi)高壓成型為主，擠壓成型、彎曲成型及熱固性纖維材料成型為輔。

 

    到 2030 年以纖維復合材料為主、輕合金和高強度鋼為輔，結(jié)合制造工藝和成本控制要求進行集成化設計，以熱塑性纖維增強復合材料成型及擠壓成型、彎曲成型為主，溫成型、熱成型為輔。