钢铁在混合动力汽车和重型卡车中的轻量化潜力，你知道多少？

钢铁于混合动力汽车里的轻量化潜力，钢铁在重型卡车中的轻量化潜力，存有轻型锻造计划的运用 。

有关于钢铁，在混合动力汽车里存在其轻量化潜力，在重型卡车中也有其轻量化潜力，针对此有轻型锻造计划并加以使用。

倘若依据具体的、具备代表性的车辆来开展论证，那么便更易于进行可行的轻量化设计潜力的谈论。“轻型锻造计划”研究项目显示，于混合动力汽车以及重型卡车的子系统里有着轻型设计的潜力。当中驱动轴、减震器、轮架以及连杆的重量减轻了23％至35％。

锻造和轻量化

当有人想到锻造一事时，轻量化可并非是一个立即就浮现于脑际当中的词汇。然而呢，锻造技术被验证下来是一种具备经济有效性的办法，能够于汽车应用里达成轻量化设计上面的进展，借此达到适合大批量生产这般情况。要凭借利用锻造技术予以提供的 potentials能力。于现今的“轻型锻造计划”究工程项目里面展示出了在双桥（ splitaxle，分段来驱动桥这厢）那样的混合动力汽车（HybridElectric Vehicle，HEV）以及重型卡车子系统中能够将轻量化设计工作实现其潜力的情况。

项目和评估车辆

图1呈现出项目详细信息，以及技术车辆数据，研究项目之处，共给出了733个混合动力汽车轻量化设计构思，再有，给出了251个卡车轻量化构思。

图1

轻量化设计潜力概述

作为研究的一部分，考虑了混合动力汽车中总重量为816千克的零部件，这大约相当于参考汽车的51％，分析了来自混合动力汽车的动力总成、底盘和电子设备的3600多个comCOVER组件，总共开发了733种轻量化设计思想，然后根据上述标准对这些想法进行权衡和分类，这样就可以根据轻量化设计的成本效益比来评估相关的设计想法，如图2所示。

总的来说，该研究确定了混合动力汽车具有93千克的轻量化设计潜力，这一潜力相当于所分析部件质量大约的11% ，然后，依据潜在的重量节省以及实施努力，这些想法能够被分类为速效方案、平衡的和较难实施的三类，具体是取决于潜在的重量减轻以及实施工作的 。

图2

商用车，对于商用车动力总成来讲，在设计基准测试之时，总共分析了460个组件，其总重量是909kg，在这个总重量里，290千克源自传动装置，然而619千克来自传动轴以及后轴，基于技术可能性，开发了250多个轻型设计想法，最终的轻量化设计潜力总共达到124千克，大概是所分析组件质量的14％，这些想法能够归类为借助材料、设计或者生产概念达成的轻量化设计，不过，这些概念并非是完全独立的，有时候它们是相互依赖的

图3

采用材料创新的轻量化设计

现代高强度钢能为减轻单个零件重量做贡献，进而减轻车辆总重量，此贡献重要且具成本效益。倡议的钢铁制造商与锻造公司提议用约20种不同高强度实现轻量化、更精简零部件设计。这些钢成分广泛，金相组织有范围，性能也有范围。建议了一些沉淀硬化铁素体 - 珠光体（此为弥散硬化钢，简称为DHS），还有调质（即Q + T）高强度钢，另外在锻件冷却后具备贝氏体组织的钢，在图4的材料谱中显示了这些材料的锻造温度，同时显示出了它们的强度与延展性。

图4

Saarstahl建议连杆使用高强度弥散硬化钢比如38MnVS6和46MnVS6，Sidenor建议曲轴使用高强度弥散硬化钢比如38MnVS6和46MnVS6，Georgsmarien-hütte建议轮架使用高强度弥散硬化钢比如38MnVS6和46MnVS6，它们通过锻造热的冷却控制达到机械性能无需额外的热处理工艺，在某些情况下这种弥散硬化钢的强度可能超过传统的调质钢的强度比如42CrMo4。

图5

有时，高强度贝氏体钢会通过对锻造热进行受控冷却来获取更高强度，与此同时对延展性加以改善。图4展示了几种贝氏体钢。在图5中提出了几种用于具体应用的贝氏体。图5里的百分比表明了与轻量化设计方案相较，系列零件的重量增加了多少。

铁姆肯钢公司展示了钢，该钢具有较高强度的冲击性能也就是夏比能量值，在如此高的强度下钢的清洁度有着至关重要的作用，铁姆肯钢铁公司称为此在生产过程中使用了其超洁净铀技术。

弹簧钢能达成最高抗拉强度，像55Cr3 ，Saarstahl所建议的热机械轧制的54SiCrV6 ，还有60SiCrV7 ，亦或是ArcelorMittal展示的SolamM2050 S - Cor ，其强度能够达到2050MPa 。这种钢可减轻诸如横杆或者弹簧这类车辆部件的重量 。

重量减轻是通过使用高强度钢实现的，这不仅在锻件的情形下是可行的，使用能承受更高载荷的锻钢还可替代铸件，所以德国DeutscheEdelstahlwerke建议用不锈钢、耐磨、高碳浓缩以及氮合金钢去代替重35.5千克的铸造卡车制动盘，在此应用里，Sidenor在使用耐磨的锰合金钢1.3401（X120Mn12）时发现了轻量化的设计潜力。

在图5里，左上方位置，介绍了差速器输入轴在那些被分析的混合动力上的应用，还有其轻量化设计潜力，该空心轴当前是由一种叫SCr420H的CrMn渗碳钢制成的，重量是1182g，Georgsmarienhütte和Hirschvogel合作开发了一种微合金化贝氏体钢，叫16MnCrV7-7（1.8195），作为此类CrMn渗碳钢的高强度替代品。这种用于差速器输入轴的高强度钢，能进行表面硬化处理，可在渗碳温度高达1050°C时保持稳定的细晶粒结构，其特征还有更高的淬透性值，能实现优化的薄壁设计，有望减轻307g的重量。

在该计划里头开展的分析明确显示，就行之于管件而言，像在减震器里头组装起来的管件，能够达成颇为可观的重量减轻，所以呢，本特勒提议使用屈服强度处于500 - 600兆帕档次的高强度铁素体 - 贝氏体多相钢FB590切换掉由屈服强度起码为235MPa的E235+CR钢制作而成的管件。如此一来，外管的壁厚能够从2.8毫米缩减至2.0毫米，进而达成250g的相应轻量化减重，也就是减少250g的重量（图5左下） 。

安赛乐米塔尔建议采用铁素体 - 珍珠岩钢，或其贝氏体钢SolamB1100当作铸造材料的轻质替代品，比如用于转向节。通过在零件上开展的有限元模拟，能够估算出所减轻的重量。借助使用贝氏体锻钢，可实现4100克重量的铸件替代原先5060克的铸件。实现这种替换只需经由锻造热控制冷却，而非进行昂贵的热处理工艺。

建议使用钢铁制造商Sidenor的Micro1100钢（44MnSiVS6）减轻图5（右上方）所示转向节重量，通过直接从锻造热中冷却该钢生成铁素体 -珠光体晶粒组织，其抗张强度为1100MPa，此钢铁制造商Sidenor认为这种轻量化设计潜力约为20％。

ArcelorMittal提出了连杆的轻型设计建议，DeutscheEdelstahlwerke也提出了连杆的轻型设计建议，Georgsmarienhütte同样提出了连杆的轻型设计建议，NipponSteel提出了连杆的轻型设计建议，Issan提出了连杆的轻型设计建议，Saarstahl提出了连杆的轻型设计建议，SchmiedetechnikPletten-berg提出了连杆的轻型设计建议，Schuler提出了连杆的轻型设计建议，TimkenSteel提出了连杆的轻型设计建议。根据Mahle的分析，通过使用用于锻造连杆的高强度钢36/46MnVS6Mod，铁姆肯钢公司估算出了高达35％的轻量化设计潜力；右图。在此基础上，仅有考虑同心轴时，Georgsmarienhütte，SchmiedetechnikPlettenberg预测，使用高强度弥散硬化钢46MnVS5或贝氏体钢16MnCrV7-7将产生10％至15％的轻量化设计潜力。

传动系统中的轻量化设计：材料是关键因素

能够评估材料优化针对变速器轻量化设计潜力的有效性，其所借助的方式是改变承重的值，图6展示后轴变速箱的计算情况，各种材料的输入值被依次排列出来，铁姆肯钢公司运用超洁净渗碳钢这样算来好像增加20％，依据这些则计算有可能减轻的重量以及减少的装配空间来，通过这种办法在轻量化设计储备通过增加承载能力（良好相互结合情况）进行开发，所以为了在变速器的轻量化设计方面获得进展，钢材绝对存有值得研究改进之处 。

图6

结论

在汽车工业里，钢铁堪称最重要的材料，而且也是其里面具先进质性的物件。虽这样讲可是能看得出，对于钢材性能以及成本效率这块，像是借助锻造热的受控式冷处理这种方式，存在着进一步提升的需求。在此概述的范例，以此相当令人信服的形式证实了此部分情况和道理。并且，促使流程链当中的所有合作伙伴，比方说起初的钢铁生产厂、负责锻造的专门公司一直延展到生产成品组件类的制造商，把他们都吸引加入旨在达成联合开发工作当中开展优化进步举措，此事是越来越彰显出不可或缺的重大意义 。