美國：以材料進步為驅動
美(mei)國汽(qi)車輕(qing)量(liang)化路線，以材(cai)料進步為驅(qu)動(dong)，綜合衡(heng)量(liang)材(cai)料成本(ben)、性能、可回收性及用量(liang)。
表1 美國汽車輕量化路線
2010-2025 年高(gao)強度鋼拉伸強度 1500～2000MPa，密(mi)度下降(jiang) 5%，模量增加(jia) 10%；鋁(lv)合金機械性(xing)能提升(sheng) 40%，成本(ben)降(jiang)低(di) 25%，高(gao)性(xing)能鋁(lv)循環利用 50%；鎂合金成本(ben)下降(jiang)至(zhi)與鋁(lv)相(xiang)當(dang)，可(ke)用性(xing)提升(sheng) 2 倍，消(xiao)除異(yi)種材料電(dian)化學腐蝕(shi)；鈦合金、鎳(nie)合金成本(ben)降(jiang)低(di) 50%，成本(ben)是不銹鋼 2 倍；碳(tan)纖維占車重 5%，單價 5 美元/磅，剛度提升(sheng) 30%，25%可(ke)再(zai)生，碳(tan)足跡(ji)降(jiang) 25%。
2025-2050 年高強度鋼(gang)拉伸強度 2500～3000MPa，密度下(xia)降 10%，模量(liang)增(zeng)加 20%；鋁(lv)合(he)金(jin)機械性(xing)能提升 200%，成本降低 40%，高性(xing)能鋁(lv)循環利用(yong) 100%；鎂合(he)金(jin)成本與(yu)鋼(gang)相(xiang)當，可用(yong)性(xing)提升 4倍，采取通(tong)用(yong)的一步(bu)式預處理；鈦合(he)金(jin)、鎳合(he)金(jin)成本降低至鋁(lv)合(he)金(jin)水平(ping)，成本是不銹鋼(gang) 1.5 倍；碳纖維占車重 15%～25%，單價 2.5 美元/磅，剛度與(yu)鋁(lv)材(cai)相(xiang)當，50%可再生，碳足跡降 75%。
歐洲：瞄準多材料應用技術
歐洲汽(qi)車(che)輕(qing)量(liang)化路線(xian)，以先進的鋼鐵(tie)材(cai)料、輕(qing)金屬鎂鋁、碳纖維強化復合材(cai)料三類先進輕(qing)量(liang)化材(cai)料應用為出發點，目標瞄(miao)準多(duo)材(cai)料應用技(ji)術。
表2 歐洲汽車(che)輕量化路線
歐(ou)洲(zhou)汽車(che)(che)輕量化(hua)的(de)發(fa)展路(lu)徑以(yi)創新為驅動，圍繞先進的(de)材(cai)(cai)料技術(shu)，新的(de)模塊化(hua)構(gou)造(zao)，先進的(de)功能集成(cheng)，可負擔(dan)性和成(cheng)本效應(ying)性，多材(cai)(cai)料連接，多材(cai)(cai)料模擬(ni)，多材(cai)(cai)料再循環。材(cai)(cai)料的(de)開發(fa)與(yu)(yu)應(ying)用(yong)(yong)過(guo)程包括(kuo)：設(she)計概(gai)念，應(ying)用(yong)(yong)材(cai)(cai)料技術(shu)，建模與(yu)(yu)模擬(ni)，材(cai)(cai)料加工技術(shu)，零(ling)件生產，可制(zhi)造(zao)性和成(cheng)本分析(xi)，試驗和驗證，LC 分析(xi)與(yu)(yu) EL 評價。歐(ou)洲(zhou)的(de)汽車(che)(che)輕量化(hua)路(lu)線充分結合材(cai)(cai)料特性與(yu)(yu)成(cheng)本、制(zhi)造(zao)工藝和結構(gou)設(she)計，多層次多角度(du)協調實現輕量化(hua)的(de)目標。
日本：材料和工藝實用化
日本汽(qi)車(che)輕(qing)(qing)量化(hua)路線(xian)，以材(cai)料和工藝的(de)基礎(chu)研(yan)究突破為實用化(hua)出(chu)發點，材(cai)料進步驅動輕(qing)(qing)量化(hua)。
鋼鐵以高剛度鋼鐵材(cai)料、納米纖維(wei)材(cai)料為基礎性(xing)研究，以蜂窩(wo)結構材(cai)料為根源(yuan)研究，以高延展性(xing)高強度鋼、各向異(yi)性(xing)控制(zhi)、高沖壓(ya)成(cheng)形性(xing)鋼板進行(xing)突破性(xing)研究，開發出(chu)高強度高韌性(xing)非調質鋼。
鋁(lv)(lv)以高(gao)強度高(gao)延展性鋁(lv)(lv)合金為(wei)基礎性研究，以鋁(lv)(lv)合金的剛(gang)強性化為(wei)根源研究，以多孔鋁(lv)(lv)復(fu)合結構材料、線束(shu)的鋁(lv)(lv)制化進行突(tu)破性研究，實(shi)現沖壓成(cheng)形(xing)技術(shu)改良、擠出異型材利(li)用。
鎂以高(gao)強度冷軋成型板材(cai)(cai)合(he)金設計技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、高(gao)性能(neng)型材(cai)(cai)的(de)高(gao)速擠(ji)出技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)為(wei)基礎性研(yan)究(jiu)(jiu)，以鑄(zhu)造材(cai)(cai)料(liao)(liao)組織微細化技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)為(wei)根(gen)源研(yan)究(jiu)(jiu)，以大(da)型材(cai)(cai)高(gao)性能(neng)表面處(chu)理進行突破性研(yan)究(jiu)(jiu)，實現(xian)鑄(zhu)造材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)生產性創(chuang)新技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)。
復合材料以透明 DLC 技術、SP 處理納米粒子和(he)成績書為(wei)基礎(chu)性(xing)研究(jiu)，實現 SP處理納米粒子表面改進(jin)技術。
加工技(ji)(ji)術(shu)(shu)以(yi)伺服沖(chong)壓機利用(yong)技(ji)(ji)術(shu)(shu)、板鍛件為基(ji)(ji)礎(chu)性研究(jiu)，以(yi)凈成形(xing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)、智能(neng)熱沖(chong)壓為根(gen)源研究(jiu)，以(yi) CFRP 成形(xing)、鎂冷(leng)沖(chong)壓成型技(ji)(ji)術(shu)(shu)進(jin)行突破性研究(jiu)，開發出中空材料的(de)成形(xing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)、高(gao)強度(du)鋼(gang)的(de)成形(xing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)。連接(jie)不同材料技(ji)(ji)術(shu)(shu)經(jing)過基(ji)(ji)礎(chu)性和根(gen)源突破性研究(jiu)，確立了金(jin)屬/高(gao)分子/C-FRP 三維形(xing)狀連接(jie)體(ti)創新(xin)技(ji)(ji)術(shu)(shu)。
2010 年(nian)以(yi)來，日系(xi)整(zheng)車(che)(che)廠商也相繼(ji)提出(chu)輕(qing)量化(hua)目(mu)(mu)標，本田對主要(yao)車(che)(che)型(xing)(xing)設定減(jian)重(zhong)目(mu)(mu)標，三菱各(ge)車(che)(che)型(xing)(xing)平均減(jian)重(zhong) 10%，馬自(zi)達連續兩個 5 年(nian)實現投放車(che)(che)型(xing)(xing)減(jian)重(zhong) 100kg，尼桑 2015 年(nian)后車(che)(che)型(xing)(xing)減(jian)重(zhong) 15%，豐田 2015年(nian)全(quan)部車(che)(che)型(xing)(xing)平均減(jian)重(zhong) 5%～10%。預(yu)計自(zi) 2010 開始， 2015 年(nian)、2020 年(nian)、2030 年(nian)分別實現輕(qing)量化(hua)比率 1/4、1/3、1/2。
中國：材料-設計-工藝協同發展
國內汽(qi)車輕(qing)量化的(de)出發點始于高(gao)強度鋼(gang)、鋁、復(fu)合材料(liao)等(deng)新(xin)材料(liao)的(de)應用與(yu)開發，通過材料(liao)、設(she)計、工(gong)藝三(san)個方面共(gong)同作用實現減重三(san)步走的(de)目標。
表4 中國汽車輕量化(hua)路(lu)線
根(gen)據(ju)中國(guo)汽車工程學會(hui)發(fa)布的《節能(neng)與新能(neng)源汽車技術路線圖》，中國(guo)汽車輕量(liang)化自 2015 年到(dao) 2020 年實現減(jian)重 18%，適量(liang)應(ying)用鋁(lv)、鎂(mei)合(he)金(jin)及(ji)碳纖維增(zeng)強復合(he)材(cai)料，根(gen)據(ju)材(cai)料特性和(he)性能(neng)要(yao)求進行(xing)優化設計(ji)，工藝以冷成(cheng)形為主，熱(re)成(cheng)形、輥壓成(cheng)形、激光拼焊(han)為輔。
到(dao) 2025 年實現減重(zhong) 30%，擴大鋁、鎂合(he)金與碳纖維(wei)增強復合(he)材料在車身(shen)上的(de)應用(yong)，采用(yong)結(jie)構(gou)-材料-性(xing)(xing)能一體化(hua)輕量(liang)化(hua)多目標(biao)協同(tong)優化(hua)設計(ji)，工藝以(yi)熱成(cheng)形、溫成(cheng)形、內高(gao)壓成(cheng)形為主，擠壓成(cheng)形、彎曲成(cheng)形及熱固性(xing)(xing)纖維(wei)材料成(cheng)形為輔。
