只要3分钟 了解车身材料及发展方向

来源：leyu乐鱼全站官网    发布时间：2024-08-11 22:49:00

　　车身是车辆的整体的结构，除了需要营造乘客的座舱、行车舱，还必须给发动机等机械部分件预留位置。我们从外表看车身，看到表面覆盖件，比如前后保险杠、发动机概、翼子板、车门板等部件。需要说明的是，隐藏在内部的车架犹如房屋的柱梁，才是真正承受各部件重量和外力的核心框架，因此要计算碰撞刚性以及形变吸能。但是，车身表面的覆盖件材料也很重要，对于车辆的整体减重同样意义重大，由于发动机盖、车门、尾箱盖对于舱内空间具有保护作用，大部分依然金属材质，而前后保险杠出于对于行人碰撞安全考虑，以塑料材质为主，另外外覆盖件暴露在各种外界条件下，对于抗腐蚀性、耐用性有更加高的要求。总体看来，车身材料需要在轻量化的基础上，降造成本，提高抗腐蚀性和易成形性等条件，今天我们肤浅地了解下这方面的知识。

　　早期轿车车身沿用马车车身结构，整个车身以木制为主。1912年由爱德华巴特首次制成了有色全金属的车身，1925年文森卓.兰西亚发明了承载式车身，车身由钢板冲压成型的金属结构件和大型覆盖件组成，这种金属结构车身一直沿用至今，得到了逐渐完备和发展。进入21世纪之后，节能减排的呼声慢慢的升高，轻量化车身被推向高潮，铝合金、全铝，碳纤维，钛合金，高分子材料等新型材料成为汽车车壳材料的新贵，走进人们的视野。

　　在现代汽车生产中，使用最多的还是普通低碳钢板。低碳钢板具有非常好的塑性加工性能，强度和刚度也能满足汽车车身的要求，同时能满足车身拼焊的要求，因此在汽车车身上应用很广。为满足汽车制造业追求轻量化的要求，钢铁企业推出高强度汽车钢材系列钢板。这种高强度钢板是在低碳钢板的基础上采用强化方法得到，抗拉强度大幅增强。利用高强度特性，可以在厚度减薄的情况下依然保持车身的机械性能要求，从而减轻了汽车重量。例如BH钢板是在低强度条件下，经过冲压成形之后，进行烤漆加工热处理，以提高其抗拉强度。对比之下，以往强度在440MPa的钢板，采用这种加工技术以后强度可增加到500MPa。原来用厚度1毫米钢板做侧面板，用高强度钢板只需厚度0.8毫米。采取高强度钢板还可以轻松又有效地提高汽车车身的抗冲击性能，防止在行驶中由于路面的砂石飞溅碰撞产生凹痕，延长了汽车的使用寿命。

　　普通低碳钢板最大弊端就是氧化侵蚀严重，于是人们发明出来了电镀锌材料来保护车身氧化。镀锌薄钢板车身从20世纪70年代开始使用在轿车车身。早年人们在试验中发现，将铁和锌放人盐水中，二者无任何导线联结时，铁和锌都会生锈，铁生红锈，锌生“白锈”；若在二者间用导线联结起来，则铁不会生锈而锌生“白锈”，这样锌就保护了铁，此现状叫牺牲阳极保护。工程师将这种原理运用到实际生产中，生产了镀锌钢板。在近代，轿车已经普遍的使用镀锌钢板，采用的镀锌钢板厚度从0.5至3.0毫米，其中车身覆盖件多用0.6至0.8毫米的镀锌钢板。

　　用途实例：帕萨特旅行版车身的外覆盖件采用电镀锌工艺，内覆盖件内部采用热镀锌工艺，可以使车身防锈蚀保质期长达11年。

　　铝合金具备优秀能力的延展性、只有钢材一半的密度和良好的耐腐的能力，成为轻量化结构的首选材料。在很多人的印象中，铝又软又熔点低，这些想法多来自于易拉罐、铝锅等日常铝制品。而实际航空级铝合金的机械性能甚至要超过钢铁，以7075铝合金为例，它的抗拉强度是560MPa，不比前面提到钢材强度低。而同样重量的钢和铝，铝体积更大，可以在不增加重量的前提下增加结构强度。而且目前铝制车身多采用厚壁锻铝梁焊接而成，就结构强度和刚度而言要比冲压薄钢更有优势，且机构整体稳定性更好，在非设计受力方向受力时有更大的冗余度。此外，铝合金在大气环境下几乎不被腐蚀，可以无涂装使用，不过处于美观的考虑，铝制车身依然会涂上不一样的颜色的涂装，奥迪很多车型及捷豹路虎的车型很多采用全铝制车身结构，在保证车身刚性的同时发挥良好的行驶性能。

　　用途实例：奥迪R8轻质量的车身使得其百公里加速仅需3.2秒，最高车速可达到330km/h。

　　和铝相比，镁密度更小，同体积的镁大约比铝轻了1/3的重量，并且镁的抗冲击能力较强，但化学性质比较活性，防止腐烂的性能较差，所以镁制品都以合金的形式存在。目前在汽车制造业中，镁合金只有部分应用，比如变速器与发动机某些部件，方向盘以及我们之前报道过的镁合金轮圈等，镁合金制造车身的前景看似是光明的，但是目前来看还存在着很多困难需要克服。在制造加工方面，制造薄板镁合金包含有96%的镁、3%的铝以及1%的锌，并且需要在约450摄氏度的环境下以一个非常慢的过程冲压成型。这使得制造工艺技术要求和制造成本非常高。相比于铝制板材件，镁合金车身板件的成本要高出3-4倍。另外，由于镁合金板材的特殊性，在修复工艺方面与传统的钢铁板件存在一定差异。

　　用途实例：通用雪佛兰大型SUV车身上大量采用镁合金。其中门板是全镁合金材料，非常大程度上减轻了车身的重量。

　　随着航空技术的发展，飞机的从超音速到巡航速度达到1.5马赫甚至更高，而普通金属材料已经不能够满足这种强度要求了。而由一种纤维材料取而代之，这就是碳纤维材料的来源。由于碳纤维材料制造成本昂贵，最早碳纤维在汽车领域里主要使用在在赛车上，直到现在也只有超跑和一些专业的改装车玩家才会用碳纤维。碳纤维是一种纤维丝状材料，在制作成型时需要像织布一样纺织成片状，用有机胶浸润成形并固化，制作的步骤类似于玻璃钢。碳纤维具有绝佳的韧性和抗拉强度，且重量只有钢的1/4。轻量、高强度特性正是高性能车所需的，目前法拉利、兰博基尼等超跑的车身由碳纤维制成。不过碳纤维缺乏延展性是其缺点，在受到超出极限的冲击时碳纤维结构会如同玻璃一样破碎。而且碳纤维与其它材料的连接也是个问题，使用传统的栓接，连接孔周围很容易产生裂纹。碳纤维材料的制造成本居高不下也是限制其应用的一个方面，即使是在航空领域碳纤维的应用也有很大的限制。

　　用途实例：柯尼塞格CCXR Edition 车身采用全碳纤维材料全手工打造，车辆仅重1180KG，比布加迪轻了快1000KG。

　　钛合金作为汽车材料应用最主要的优点有强度高，密度小，热线胀系数只有铁和铝材料的一半，并且不会被磁化，热导率比较低。因为钛合金的生产效率比较低，所以最开始日本的大同钢铁公司研制成一种新型的钛合金材料，耐磨性和热膨胀系数非常好，只是被做成发动机的进排气门。所以刚开始被使用在汽车上的钛合金，只是作为汽车零件。例如从2009年开始生产的GT-Rspec-Vcong 2010开始使用钛合金消声器。2015年圆石滩车展迎来意大利设计公司ICONA打造的手工超跑Vulcano，有必要注意一下的是，Vulcano是全球第1辆以钛合金材质打造的完全车身钣件的汽车。使得其百公里加速只要2.8秒，极速能够达到354Km/h。虽然钛合金车身只有非常少的应用，但是随着材料加工技术的进步，或许也会逐渐发展成为一支重要力量。

　　新型高分子复合材料的优点非常多，主要体现在重量轻、有良好的外观装扮修饰的效果、有多种实际应用功能、有良好的理化性能、容易加工成型、节约能源，可持续利用等各方面。塑料、复合材料，而且是一种可降自然降解的材料，也是未来车身材料的发展趋势。塑料良好的可塑性和弹性变形利于加工和降低碰撞损失，目前大范围的使用在保险杠翼子板等易损部件，较低造价也令维修和更换十分便利。如日产SUV奇骏用塑料做前翼子板，悍马H2车型的发动机舱盖运用高强度塑料。

　　随着车身材料的发展，车身的材料虽然仍以钢材为主，但材料的性能和比例都发生了改变，安全性、经济性和实用性得到了提高，汽车车身材料主要在性能、材料选择、质量上发生了巨大的变化。

　　现代车身高强度钢、超高强度钢、薄钢板，炭纤维，钛合金，大范围的应用于轿车外板、车门、顶盖和行李厢盖等部位，车身的强度、塑性、抵抗腐蚀能力和点焊等性能得到很大提高。

　　车身材料的塑性和韧性很重要，现代车身材料通常使用增塑剂、普通钢铁采用回火处理等方式来提高塑性和韧性。同时也会增加Si、Mn、S、Sn等微合金元素在金属材料中的应用，改善金属性能。

　　钢铁材料具备优秀的强度、刚度、硬度以及加工性，但是钢材最严重的问题是抵抗腐蚀能力差。对于钢制车身来说，材料生锈会吸附更多水气而加快其腐蚀，影响到车身整体强度，因此，防腐蚀特别的重要。相比新型钢材，铝车身碳纤维车身钛合金车身等等新型材料的优点一下就凸显出来了。

　　科学研究，每降低10%车身重量，就能够大大减少10%废气排放，节省7%燃油消耗。所以各厂家都广泛开展对于新材料车用化的研究。而铝、镁合金在汽车车身中的应用逐年增加，侃弟认为在不久的将来，批量生产的全铝车身将最先出现，特别在欧美地区，铝、镁合金在车身材料的构成中或许将占主导地位。新型车身材料如碳纤维、钛合金，复合材料在车身上的应用，将随着这些材料成形问题的解决而逐步增大比例。车身材料呈现向更轻质、易成型、低成本、高稳定性发展的趋势。虽然这些新型材料由于成本高昂，目前只出现在豪华车和跑车上，相信随科技的发展，生产的基本工艺的改进，最终会普及到更多车型上。