由于最近没有什么好的灵感，懈怠了不少，推文更新也逐渐停滞了，不过今天刷到的一则关于镁合金的视频给了我一些启发，因此决定在此发表一下自己的拙见。汽车行业中做过轻量化的都知道，轻量化包括以下三个大类——设计轻量化、材料轻量化、工艺轻量化。设计轻量化很好理解：优秀的结构都出自优秀的设计师之手，当然我们这里的设计不是特指产品工程师，而是密切协作的产品工程师、CAE工程师、CAD工程师的组合。材料轻量化的实施途径目前有两种：一种是通过提升钢材的性能来减少钢材的使用量来达到轻量化的目的；另一种是应用一些区别于传统钢材的低密度高强度的材料来替代传统钢材从而达到轻量化的目的。提升钢材性能这一方式也很好理解：传统高强度钢的屈服强度普遍大于600MPa，抗拉强度在980MPa以上，延伸率在20%~28%。通过冶炼工艺的创新再配合特殊的热处理，当前最先进的GPa钢是可以将钢材的屈服做到1.8GPa以上，抗拉做到2.2GPa以上，延伸率控制在11%左右。钢材强度上去了，在结构等强度的前提下自然可以用更少的材料来满足我们的强度性能需求。某些厂家的宣传至此基本结束，可以说当前国内车企中85%以上的工程师都会被这个宣传迷得死去活来，肯定会觉得应用了此种牌号的高强度钢一定会让我们的汽车更强更轻更省油省电。就连汽车行业的工程师都抗不住这些宣传之辞更别说普通大众了。敲黑板——屈服抗拉延伸率这些参数一定要放到一起看，任何厂家只宣传其中部分亮眼参数的同时对其他参数闭口不谈都是有问题的。单从上文列举的数据上就可以看出，表征材料强度的屈服、抗拉是提升了一个量级，但是表征材料韧性的延伸率也是直接腰斩了。要强度必然牺牲韧性，同理，要韧性必然强度上是差强人意的。世上哪里有那么多能满足既要又要还要这种需求的材料。如果有，那也一定很贵，在消费级民品上是很难批量应用的。然而，结构设计需要考虑的可不止强度，还有刚度、稳定性、耐久性等。同强度和韧性这一对冤家一样，在同种材料的情况下刚度和重量也是一对冤家。稳定性就更不必说了，它除了轻量化，是既要高强度又要高刚度还要少缺陷，是个真正贪婪的家伙。还有耐久性等等这里就不详细展开来聊了。为了解决同种材料刚度和重量的矛盾问题，聪明的工程师们就想到了用异种材料来实现轻量化的目的。比刚度是用材料的弹性模量E/材料的密度ρ，用来表示单位质量材料抵抗弹性变形的能力。比强度是用材料的抗拉强度σb/材料的密度ρ，用来表示单位质量材料的承载能力。钢材的弹性模量通常在200GPa左右,密度在7.85g/cm3左右,抗拉强度根据不同的牌号散布较大不太好列举，可见于300MPa~2200MPa。铝合金的弹性模量通常在70GPa左右,密度在2.7g/cm3左右,抗拉强度同样散布较大,可见于200MPa左右~600MPa左右。
镁合金的弹性模量通常在45GPa左右,密度在1.7g/cm3左右,抗拉强度见于200MPa左右~300MPa左右。通过以上数据和相关计算公式可以很简单计算出镁合金的比刚度约为26.5，铝合金的比刚度约为25.9，钢材的比刚度约为25.5。由此可得出一个结论——在比刚度和比强度这个纬度，镁合金、铝合金完胜。基于这个结论，当前不少厂家在大规模推开铝合金在汽车结构件上的应用后又开始推进镁合金在汽车结构件上的应用，努力发展技术是一件好事，但是要考虑考虑这几种材料在性能上的差异，不要在铝合金都还没整明白的情况下盲目跟风去上镁合金，今天有人拿镁合金做零件支架，明天就有人敢拿镁合金做汽车车身和悬架，争抢着在这浮躁的行业中去吃第一只螃蟹。关于轻质合金一句话总结就是：这些合金铸件非常大的毛病在于韧性低、抗冲击性能差、抗疲劳性能差、内部缺陷多、性能一致性差。可以说除了轻，其他方面一无是处！从成本角度来说，钢材的冶炼工艺成熟稳定，性能优异，价格相对上文所述的其他两种材料而言竞争力巨大。铝合金、镁合金的成本高于钢材成本。碳纤维就更不用说了，贵得离谱，根本没办法在民用汽车上大范围使用。工艺方面的轻量化其实就包含了材料性能的提升，以及成型技术，比较有代表性的就是B柱的变截面成型工艺、不同厚度板件的拼焊工艺、异种材料的连接工艺等等，没有介绍到位的地方，工艺大佬们可以评论区补充。文末给出我的个人见解：钢材除了不能让车企拿出去吹牛之外，是仍然是当前民用汽车产业中最优秀的工程材料，没有之一。
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