Laut einem kürzlich veröffentlichten Forschungsbericht wird erwartet, dass der weltweite Markt für leichte Materialien in der Automobilindustrie von 2023 bis 2029 eine jährliche Wachstumsrate von 7,3 % verzeichnen wird. Bis 2029 soll er über 1331,41 Milliarden US-Dollar erreichen, verglichen mit 74,79 Milliarden US-Dollar im Jahr 2022. Leichtbaumaterialien spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Kraftstoffeffizienz, der Leistungsfähigkeit und der Reduzierung von Emissionen in der Automobilindustrie. Es wird erwartet, dass leichtere und effizientere Materialien und Komponenten die Branche in den kommenden Jahren revolutionieren werden.

Durch die Erkundung verschiedener Arten von leichten Materialien, die in der Automobilbranche verwendet werden, und ihrer Anwendungen können wir ihre bedeutenden Beiträge zur Gewichtsreduktion und zur Gesamteffizienz von Fahrzeugen erkennen.

1. Hochfester Stahl

Hochfester Stahl wird durch Zugabe einer kleinen Menge Legierungselemente zu gewöhnlichem Kohlenstoffstahl hergestellt. Je höher die Festigkeit des Stahls, desto besser ist der Gewichtsreduzierungseffekt. Obwohl die Produktionskosten dieses Stahls denen von gewöhnlichem Kohlenstoffstahl ähnlich sind, erhöht die Verstärkungswirkung der Legierungselemente seine Zugfestigkeit im Vergleich zu normalem Stahl erheblich. Derzeit wird hochfester Stahl hauptsächlich in Automobilsicherheitskomponenten, Fahrgestellen und Karosseriestrukturen verwendet.

2. Aluminiumlegierung

Aluminium ist der Hauptkonkurrent von Stahl bei der Automobilkarosserieanwendung. Der Hauptvorteil von Aluminiumlegierungen gegenüber Stahl liegt in ihrer überlegenen Strangpressformbarkeit, die eine Gewichtsreduzierung von etwa 50% ermöglicht, wenn Aluminiumlegierungskarosserieteile durch Stahlteile ersetzt werden. Derzeit demonstrieren zahlreiche Automobilhersteller das potenzielle Anwendungspotenzial von Aluminiumlegierungen bei der Automobilleichtbauweise durch die Entwicklung von Aluminium-intensiven Konzeptfahrzeugen. In der Automobilindustrie werden etwa 80% der Aluminiumlegierungen für Druckgusskomponenten verwendet, hauptsächlich in Bereichen wie Motoren, Rädern und anderen Teilen.

3. Magnesiumlegierung

Magnesium ist leichter als Aluminium, mit einer Dichte von nur 2/3 von Aluminium. Magnesiumlegierungsmaterialien, die in Automobilen verwendet werden, sind hauptsächlich Gussmagnesiumlegierungen, die über 90% des in Automobilen verwendeten Magnesiums ausmachen. Obwohl der Anteil von Magnesiumlegierungen an den aktuellen Automaterialien weniger als 1% beträgt, wird die Anwendung von Magnesiumlegierungen von den wichtigsten Automobilherstellern weltweit aufgrund der Leichtbauanstrengungen beachtet. Nehmen wir die Vereinigten Staaten als Beispiel, die Menge an Magnesiumlegierung, die in einigen Fahrzeugmodellen verwendet wird, reicht von 5,8 bis 26,3 kg pro Fahrzeug. In Europa ist die Menge an verwendeter Magnesiumlegierung nach Nordamerika am zweithöchsten, wobei einige Fahrzeugmodelle 9,3 bis 20,3 kg Magnesiumlegierung pro Fahrzeug verwenden.

4. Kohlefaser

Kohlefaser ist ein faseriges Verbundmaterial mit einem Kohlenstoffgehalt von über 90%. Es besitzt die inhärenten Eigenschaften von Kohlenstoffmaterialien und zeigt gleichzeitig die Weichheit und Verarbeitbarkeit von Textilfasern. Es ist eine neue Generation von Verstärkungsfaser. Es hat eine höhere Festigkeit als Stahl und eine geringere Dichte als Titan, was es in elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften hervorragend macht. Kohlefaserverstärkte Verbundwerkstoffe haben ausreichende Festigkeit und Steifigkeit, was sie zu den leichtesten Materialien für die Herstellung von Hauptstrukturkomponenten von Automobilen wie Karosserien und Fahrgestellen macht. Es wird geschätzt, dass die Anwendung von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen das Gewicht von Automobilkarosserien und -fahrgestellen um 40% bis 60% reduzieren kann.

5. Modifizierte Kunststoffe

Durch Methoden wie Füllung, Mischung und Verstärkung zur Verbesserung der Flammwidrigkeit, Festigkeit, Schlagfestigkeit, Zähigkeit und anderer Eigenschaften, basierend auf allgemeinen Kunststoffen und technischen Kunststoffen, haben wir modifizierte Kunststoffe erhalten. Derzeit werden sie hauptsächlich in Außenverkleidungsteilen, Innenverkleidungsteilen sowie funktionalen und strukturellen Komponenten in der Automobilindustrie verwendet. Die Hauptarten von Kunststoffen sind in der folgenden Abbildung dargestellt:

In Bezug auf die Gewichtsreduzierung zeigen die derzeit für den Automobilleichtbau verwendeten Materialien einen zunehmenden Trend in der Effektivität: hochfester Stahl, Aluminiumlegierung, Magnesiumlegierung und Kohlefaser. Aus Kostensicht zeigen diese Materialien jedoch einen zunehmenden Trend in Bezug auf die Kosten: hochfester Stahl, Aluminiumlegierung, Magnesiumlegierung und Kohlefaser. Der Vergleich verschiedener Leichtbaumaterialien für Automobilanwendungen.

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