從金屬材料到碳纖維，汽車輕量化到底是什么？

　　如果你關注了近年的汽車發布會，就不難發現，哪怕車身減重只有20公斤，各個車企也會爭相發布此類數據。汽車輕量化的越來越成為汽車發展的趨勢，就像是個美女也要秀一波在健身房減脂塑性的照片。
      
　　實際上，汽車輕量化可以有效的實現節能減排的目的，數據表明，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%。
　　實現汽車輕量化主要從材料、結構、工藝三個方面入手，而采用新型材料是汽車輕量化直接有效的方法。因此，汽車的輕量化已經成為汽車發展的潮流，了解汽車輕量化材料還是很有必要的。
      
　　常見的輕量化材料分為金屬和非金屬兩大陣營。金屬材料主要包括高強鋼、鋁合金、鎂合金等；非金屬材料包括工程塑料和復合材料等。提高汽車輕量化程度是各大廠家一直以來的目標，所以也就有了鋁制和碳纖維的材料更多的運用到整體車身中。
      
　　這些新材料在實際應用時會遇到多種多樣的問題，比如替換材料后汽車的安全性、舒適性、動力性、操控性、經濟性往往都會有所改變，需要重新審視。
　　其中安全性涉及到駕車和乘車人的生命安全，所以尤為重要，而汽車碰撞安全要求也在逐年提高，有限元仿真的方法是碰撞安全設計的重要手段，但如何才能準確的利用有限元仿真預測碰撞過程中的力學性能呢？答案是準確的材料力學性能表征。
　　鋁合金材料
　　鋁合金材料優點很多，它的密度是鋼的1/3，比吸能是鋼的2倍，延伸性好、耐腐蝕易回收，且其鑄造性能良好，可加工成不同形狀，是目前為熱門的輕量化材料之一。目前很多車型如奧迪A8、捷豹XFL、特斯拉等均已采用全鋁車身。
      
　　碳纖維材料
　　碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。
　　碳纖維是一種力學性能優異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為 23000~43000Mpa也高于鋼。
      
　　但碳纖維材料也只是沿纖維軸方向表現出很高的強度，其耐沖擊性卻較差，容易損傷，所以在制造成為結構組件時往往利用其耐拉質輕的優勢而避免去做承受側面沖擊的部分。
　　目前，民用車中使用碳纖維材料結構并不多，多是集中在一些跑車上，并且多數跑車都沿用了F1賽車傳統的布置方式，碳纖維單體殼作為承載結構和連接件而存在。但這終歸只是富人的玩具，具有碳纖維單體殼結構的汽車往往價格十分昂貴，比如說邁凱倫570S Coupe、法拉利-LaFerrari等都是采用這種結構。
      
　　很多人都對這種新材料的使用持懷疑態度，不僅是因為造價高，而且工藝難度大、維修成本高以及使用壽命不高等，說到底就是造價成本問題。
　　不同于傳統的編織成型工藝、拉擠工藝、纖維纏繞成型工藝等等，現在出現了很多新式的成型方法，比如說就有某些公司采用了熱塑性碳纖維工藝，可以將發動機蓋一次整體成型，并大大提高了產品的強度和精度，解決了汽車碳纖維制件批量化的問題，綜合成本相對會于鎂鋁合金還降低30%左右。
　　總的來說，鋁合金材料可能會先取代傳統的鋼材成為汽車輕量化的主要材料，但是由于焊接等一系列技術難題需要攻克，普通車企還不能把此類材料成熟的應用到汽車生產中。
　　另一方面，碳纖維單體殼作為一種質量輕、強度大、安全性高的車身結構，被廣泛應用于性能車中。雖然現在還無法在民用車中普及，但在解決了原材料問題之后，相信距離其技術下放的時刻已經不遠了。
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