美、歐、日、中汽車輕量化技術(shù)路線分析

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。

表1 美國汽車輕量化路線

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(dāng)，可用性提升2倍，消除異種材料電化學(xué)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(dāng)，可用性提升4倍，采取通用的一步式預(yù)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(dāng)，50%可再生，碳足跡降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(yīng)用。

歐洲：瞄準(zhǔn)多材料應(yīng)用技術(shù)

歐洲汽車輕量化路線，以先進的鋼鐵材料、輕金屬鎂鋁、碳纖維強化復(fù)合材料三類先進輕量化材料應(yīng)用為出發(fā)點，目標(biāo)瞄準(zhǔn)多材料應(yīng)用技術(shù)。

表2 歐洲汽車輕量化路線

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(fù)擔(dān)性和成本效應(yīng)性，多材料連接，多材料模擬，多材料再循環(huán)。材料的開發(fā)與應(yīng)用過程包括：設(shè)計概念，應(yīng)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，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(shè)計，多層次多角度協(xié)調(diào)實現(xiàn)輕量化的目標(biāo)。

日本：材料和工藝實用化

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。

表3 日本汽車輕量化路線

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，以高延展性高強度鋼、各向異性控制、高沖壓成形性鋼板進行突破性研究，開發(fā)出高強度高韌性非調(diào)質(zhì)鋼。

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

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

復(fù)合材料以透明DLC技術(shù)、SP處理納米粒子和成績書為基礎(chǔ)性研究，實現(xiàn)SP處理納米粒子表面改進技術(shù)。

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，以凈成形技術(shù)、智能熱沖壓為根源研究，以CFRP成形、鎂冷沖壓成型技術(shù)進行突破性研究，開發(fā)出中空材料的成形技術(shù)、高強度鋼的成形技術(shù)。連接不同材料技術(shù)經(jīng)過基礎(chǔ)性和根源突破性研究，確立了金屬/高分子/C-FRP三維形狀連接體創(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(biāo)，本田對主要車型設(shè)定減重目標(biāo)，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%。預(yù)計自2010開始， 2015年、2020年、2030年分別實現(xiàn)輕量化比率1/4、1/3、1/2。

中國：材料-設(shè)計-工藝協(xié)同發(fā)展

表4 中國汽車輕量化路線

根據(jù)中國汽車工程學(xué)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(yīng)用鋁、鎂合金及碳纖維增強復(fù)合材料，根據(jù)材料特性和性能要求進行優(yōu)化設(shè)計，工藝以冷成形為主，熱成形、輥壓成形、激光拼焊為輔。

到2025年實現(xiàn)減重30%，擴大鋁、鎂合金與碳纖維增強復(fù)合材料在車身上的應(yīng)用，采用結(jié)構(gòu)-材料-性能一體化輕量化多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化設(shè)計，工藝以熱成形、溫成形、內(nèi)高壓成形為主，擠壓成形、彎曲成形及熱固性纖維材料成形為輔。

到2030年以纖維復(fù)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(shè)計，以熱塑性纖維材料成形及擠壓成形、彎曲成形為主，溫成形、熱成形為輔。在政策的驅(qū)動，對輕量化的迫切需求下，鋁合金壓鑄市場容量有望擴大，有較強材料制備、設(shè)計能力并且掌握先進工藝的鋁合金壓鑄企業(yè)發(fā)展?jié)摿Υ蟆?