第一章 概述

    为了降低油耗和减少排放，人们希望未来的汽车重量更轻。20世纪90年代中期之前，低碳钢是汽车车身和底盘的主要材料。为了改善碰撞安全性，许多汽车前端的结构材料逐渐变成了高强度钢，甚至有些使用了先进高强度钢。为了明显减轻重量，未来的汽车将使用多种材料，例如先进高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维增强聚合材料。这些材料不是强度高就是密度低，或者二者兼而有之，因此可以用来设计轻量化部件。许多现代汽车已经越来越多地采用这些材料，但是大规模使用替代材料仍然有许多技术和非技术问题需要讨论。技术问题关系到使用的混合材料不同的力学性能和设计特性，包括安全性和可靠性、连接和组装、表面连接、循环利用、环境影响和使用寿命周期。成本是汽车工业界必须考虑的问题，这不仅包括材料成本，还包括制造成本和组装成本以及产品设计和开发成本。许多轻质材料比钢贵得多，并且加工需要的模具和刀具也与加工钢的不同，因此采用本章讨论的某些材料的主要障碍是其昂贵的价格，这些材料中轻量化潜力最好的材料是碳纤维增强聚合材料。这些材料在美国能源部发起的“新一代汽车合作伙伴（PNGV）计划”概念车上进行示范，通过大量使用铝和（或）碳纤维增强聚合材料而使重量减轻20%～30%，但价格较贵（Anon,2001）。使用这些材料的另一个障碍是缺乏设计和制造经验，汽车制造厂有将低碳钢用于车身和底盘方面的长期的设计和制造经验，但它们非常缺乏使用这些新材料的经验。这可能需要很长时间才能建立起人们使用这些材料替代低碳钢的信心。材料选择理念的明显改变，需要汽车制造厂的设计理念、制造战略和商业计划的改变。