汽車車身材料應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

【摘要】近年來，人們對汽車車身要求開始提高，車身的輕量化、車主需求的多樣化、材料工藝的復雜化、配件性能的高標準化、低碳減排節(jié)能化以及材料的供求問題，都致使汽車車身材料發(fā)展的形勢變得越來越復雜。本文就車身材料的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行展望，著重闡述了現(xiàn)代車身材料的發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】金屬材料；復合材料；汽車車身

1.汽車車身材料的應用現(xiàn)狀

在當今的汽車制造中，車身材料的使用廣泛采用金屬材料，這類材料具有較好的實用性、工藝性和經濟性。

1.1 黑色金屬

在大多數(shù)汽車中，黑色金屬約占汽車車身材料的90%以上，而其他材料不足10%。黑色金屬即鐵碳合金，根據(jù)常見金屬材料在車身上的應用場合不同，鐵碳合金可分為普通低碳鋼板和特殊鋼板。

（1）普通低碳鋼板

目前，汽車車身生產中，特別是沖壓生產中，使用得最多的是普通低碳鋼板。該鋼板的厚度大致為0.2～3.0mm，其中0.6～2.0mm是現(xiàn)在白車身鋼板優(yōu)選的厚度。低碳鋼板具有很好的塑性加工性能，其強度和剛度也能完全滿足汽車車身的強度和剛度要求，同時能滿足車身拼焊的焊接要求。

（2）特殊鋼板

冷軋鋼板。表面質量好，多用于車身沖壓件冷軋鋼板的厚度在0.15～3.2mm之間，汽車車身多采用0.6～0.8mm的薄鋼板。這種薄板的尺寸精度非常高，表面光滑具有良好的力學性能、加工性能、成形性能和焊接性能。主要用于車身側圍板、頂蓋、發(fā)動機罩、翼子板、行李箱蓋、車門板和儀表板等覆蓋件。

高強度鋼板。拉伸強度在350MPa以上。具有較高的屈服點，降低板厚不會對沖壓件的質量造成太大影響，因而可以減少外表面的厚度，達到減少質量的目的。一般用于需高強度、高的抗碰撞吸收能且成形要求也較嚴格的汽車零件。

表面處理鋼板?？梢苑乐垢g提高車身材料的抗高溫抗氧化能力。表面處理鋼板常見的有鍍鋅鋼板、鍍鋁鋼板、鍍鉛錫合金鋼板和復層鋼板。

高強度拼焊鋼板。在沖壓前按車型設計將不同厚度和不同性能的鋼板裁剪后拼焊起來的一種鋼板。隨著成形工藝的發(fā)展，超輕超薄高強度鋼板的應用正在向汽車附件（如車門、發(fā)動機罩、尾箱蓋板等）延伸。高強度鋼車身骨架結構，在保證車身強度和剛度的同時，可以實現(xiàn)減輕重量的目的。

1.2 有色金屬

有色合金在汽車上應用的快速增長是汽車材料發(fā)展的大趨勢。

（1）鋁合金

鋁在地殼中的含量約占8.13%，在金屬元素中是最豐富的。鋁具有良好的機械性能、耐腐蝕性、導熱性、加工性及回收性，其密度只有鋼鐵的1/3，因此在汽車車身輕量化中的作用非常明顯。

2000系鋁合金具有優(yōu)良的鍛造性、良好的焊接性能和高的強度。5000系鋁合金中的Mg固溶于鋁中，形成固溶強化效應，使得該系合金具有接近普通低碳鋼板的強度，并且成形性較好，可以用于內板等復雜形狀的部位。6000系鋁合金塑性好、強度高，具有優(yōu)良的耐蝕性，綜合性能好，可以用作汽車車身內板和外板。

（2）鎂合金

除了高強度鋼和鋁合金外，鎂合金在車身上也得到一定程度的應用。

鎂具有加工性好、良好的抗凹性、良好的減振性等優(yōu)點，鎂合金密度大約為1.89/cm3，是鋁合金的2/3，具有極大的輕量化應用潛力。用于車身組件的變形鎂合金主要有Mg-Al-Zn系合金和Mg-Zn-Zr系合金兩大類。

目前汽車工業(yè)鎂合金用量最多的國家和地區(qū)主要包括北美、歐洲、日本和韓國，這些鎂合金主要用來制造離合器殼體、轉向柱架、制動器踏板支架、轉向盤骨架及進氣歧管等。盡管鎂合金具有諸多優(yōu)點，但是目前全球每輛汽車鎂合金的平均用量約3kg，技術以及成本問題是當前制約鎂合金大量使用的關鍵因素。

1.3 工程塑料和復合材料

工程塑料和復合材料是另一類重要的汽車輕質材料。與通用塑料相比，工程塑料具有優(yōu)良的機械性能、耐化學性、耐熱性、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性等特點，比被取代的金屬材料輕且成型時能耗少。

紡織復合材料由紡織結構物和基體材料組成，將紡織技術和現(xiàn)代復合材料的成型技術相結合，有效地克服了傳統(tǒng)復合材料的取向性和力學性能的不均勻性以及損傷容限低等缺點，比強度和比模量高，抗疲勞性能好，在汽車工業(yè)中的應用越來越廣泛。柔性紡織復合材料主要用于車身內、外裝飾及車用管材、帶材，剛性紡織復合材料可以制作車身部件。

2.汽車車身材料的發(fā)展變化

隨著車身材料的發(fā)展，車身的材料雖然仍以鋼材為主，但材料的性能和比例都發(fā)生了改變，安全性、經濟性和實用性得到了提高。

汽車車身材料主要在性能、材料選擇、質量上發(fā)生了巨大的變化。

2.1 性能的變化

（1）剛度、強度提高

現(xiàn)代車身高強度鋼、超高強度鋼、薄鋼板廣泛應用于轎車外板、車門、頂蓋和行李廂蓋等部位，車身的強度、塑性、耐腐蝕性和點焊等性能得到很大提高。

（2）塑性、韌性增加

車身材料的塑性和韌性非常重要，現(xiàn)代車身材料通常使用增塑劑、回火處理等方式來提高塑性和韌性。同時也會增加Si、Mn、S、Sn等微合金元素在金屬材料中的應用，來改善金屬的性能。

（3）防腐蝕

鋼鐵材料具有優(yōu)秀的強度、剛度、硬度以及加工性，但是鋼材的最大的問題就是耐腐蝕性差。對于鋼制車身來說，材料生銹會吸附更多水氣而加快其腐蝕，影響到車身整體強度，因此，防腐蝕尤為重要。

2.2 材料的變化

（1）碳纖維材料

碳纖維是一種纖維絲狀的材料，在制作成型時需要像織布一樣紡織成片狀，用有機膠浸潤成形并固化，制作過程類似于玻璃鋼，具有較好的韌性和抗拉強度，且重量只有鋼的1/4。

（2）塑料件材料

塑料是以合成樹脂為基體，并加入某些添加劑制成的高分子材料。它在一定溫度、一定壓力下可以塑造成各種形狀的部件。塑料件材料密度小，耐腐性能好，在車身上應用較為廣泛，目前在內飾件、外裝件、結構件等部件中的用量明顯增加。

（3）高分子材料

除了以上的材料外，高分子汽車材料、塑料、復合材料、可降解材料也是未來車身材料的發(fā)展方向。高分子汽車材料有很多以往傳統(tǒng)材料沒有的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在重量輕、有良好的外觀裝飾效果、有多種實際應用功能、有良好的理化性能、容易加工成型、節(jié)約能源，可持續(xù)利用等各方面。

2.3 質量的變化

（1）鋁合金

鋁因為具有安全可靠、節(jié)能環(huán)保、質輕、耐磨、耐腐蝕、彈性好、比剛度和比強度高、抗沖擊性能優(yōu)、加工成型性好和再生性高等特點，成為輕型化汽車的首選材料。

（2）鎂合金

鎂合金密度更小，強度大，吸能性好，主要可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金。其質量較輕，是鋼的1/5，比強度是鋁合金的1.8倍，切削性好，易加工。

（3）復合材料

復合材料的開發(fā)是以改善性能、改善加工性、降低成本為目的的，其在未來車身輕量化發(fā)展中的地位和作用會越來越明顯。隨著車身輕金屬、復合材料等車身材料技術的發(fā)展，相信未來車身會日漸趨于輕量化、節(jié)能化、高標準化，汽車業(yè)將達到一個嶄新的高度。

3.結論

在汽車車身材料中，目前鋼板仍是其應用的主流；汽車車身輕量化及安全的要求，使車身材料正在發(fā)生變化。由單一的使用普通低碳鋼板，現(xiàn)已逐步轉化為應用高強度鋼板、涂層鋼板、拼焊鋼板等特殊鋼板。鋁、鎂合金在汽車車身中的應用逐年增加，特別是在歐美地區(qū)，鋁、鎂合金在車身材料的構成中將占主導地位。新型車身材料如塑料、復合材料在車身上的應用。車身材料向更輕質、易成型、低成本、高穩(wěn)定性發(fā)展，是車身材料發(fā)展的趨勢。

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作者簡介：任海民（1973—），男，陜西蒲城人，大學本科，研究方向：公路管理及公路養(yǎng)護。