美國：以材料進(jìn)步為驅(qū)動(dòng)
美國汽車輕量化路線，以材料進(jìn)步為驅(qū)動(dòng)，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(qiáng)度鋼拉伸強(qiáng)度 1500～2000MPa，密度下降 5%，模量增加 10%；鋁合金機(jī)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(jià) 5 美元/磅，剛度提升 30%，25%可再生，碳足跡降 25%。
2025-2050 年高強(qiáng)度鋼拉伸強(qiáng)度 2500～3000MPa，密度下降 10%，模量增加 20%；鋁合金機(jī)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(jià) 2.5 美元/磅，剛度與鋁材相當(dāng)，50%可再生，碳足跡降 75%。
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(jìn)的鋼鐵材料、輕金屬鎂鋁、碳纖維強(qiáng)化復(fù)合材料三類先進(jìn)輕量化材料應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，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(dòng)，圍繞先進(jìn)的材料技術(shù)，新的模塊化構(gòu)造，先進(jìn)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(jì)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(yàn)和驗(yàn)證，LC 分析與 EL 評(píng)價(jià)。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(jì)，多層次多角度協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)輕量化的目標(biāo)。
日本：材料和工藝實(shí)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(shí)用化出發(fā)點(diǎn)，材料進(jìn)步驅(qū)動(dòng)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(qiáng)度鋼、各向異性控制、高沖壓成形性鋼板進(jìn)行突破性研究，開發(fā)出高強(qiáng)度高韌性非調(diào)質(zhì)鋼。
鋁以高強(qiáng)度高延展性鋁合金為基礎(chǔ)性研究，以鋁合金的剛強(qiáng)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(jìn)行突破性研究，實(shí)現(xiàn)沖壓成形技術(shù)改良、擠出異型材利用。
鎂以高強(qiáng)度冷軋成型板材合金設(shè)計(jì)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(jìn)行突破性研究，實(shí)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(shí)現(xiàn) SP處理納米粒子表面改進(jìn)技術(shù)。
加工技術(shù)以伺服沖壓機(jī)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(jìn)行突破性研究，開發(fā)出中空材料的成形技術(shù)、高強(qiáng)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(duì)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(dá)連續(xù)兩個(gè) 5 年實(shí)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(jì)自 2010 開始， 2015 年、2020 年、2030 年分別實(shí)現(xiàn)輕量化比率 1/4、1/3、1/2。
中國：材料-設(shè)計(jì)-工藝協(xié)同發(fā)展
國內(nèi)汽車輕量化的出發(fā)點(diǎn)始于高強(qiáng)度鋼、鋁、復(fù)合材料等新材料的應(yīng)用與開發(fā)，通過材料、設(shè)計(jì)、工藝三個(gè)方面共同作用實(shí)現(xiàn)減重三步走的目標(biāo)。
表4 中國汽車輕量化路線
根據(jù)中國汽車工程學(xué)會(huì)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(shí)現(xiàn)減重 18%，適量應(yīng)用鋁、鎂合金及碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，根據(jù)材料特性和性能要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)減重 30%，擴(kuò)大鋁、鎂合金與碳纖維增強(qiáng)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(jì)，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。
