汽車車身材料的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

韋玉明

摘要：汽車車身是汽車整體結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，材料一般以鋼板、碳纖維、鋁、強化塑料等為主。針對于不同用途的汽車車身而言構(gòu)成材料也具有一定的差異性，同時也帶來了不同的屬性。本文對汽車車身材料的現(xiàn)狀進行了分析并對其發(fā)展趨勢進行了展望，提出了相關(guān)觀點，供以參考。

關(guān)鍵詞：汽車車身;材料;發(fā)展趨勢

引言

一直以來汽車加工都處于制造業(yè)的前沿領(lǐng)域，這也使得汽車加工承載了很多新型技術(shù)。作為汽車最為主要的構(gòu)件之一車身質(zhì)量的把握對于汽車的整體質(zhì)量而言無疑是重要的，在汽車技術(shù)不斷發(fā)展的過程中汽車也朝著多功能化方向邁進，另外人們對汽車的安全性要求也越來越高，這也使得汽車車身材料也越來越受到關(guān)注。如今承載式車身已經(jīng)是目前汽車行業(yè)的主流，其最顯著特點便是底盤與車廂的一體化，這也讓車身材料得到了更大的發(fā)展空間。

1.汽車車身材料現(xiàn)狀分析

1.1金屬材料

金屬材料是汽車車身構(gòu)成當(dāng)中最常見的材料，最為普遍的即為黑色金屬，也就是鋼材料。在承載式車身前提下其主要加工工藝為沖壓成型，在加工過程中采取擠壓的方式讓平整化鋼板成型。在這個過程中若材料強度高則會對其可塑性帶來較大的影響;而低強度材料盡管易于加工，但是易出現(xiàn)變形的情況，換句話說材料強度與可塑性兩者間事實上存在著明顯的矛盾，然而隨著UISAB項目（Ultra?Light?Steel?Auto?Body）的出現(xiàn)給鋼材料帶來了新的契機[1]，加速了新型高強度鋼的研發(fā)。新型高強度鋼主要包括以下類型：

（1）烘烤硬化鋼。這種鋼既具有強度又具有較高的可成形性，通過加工過程中的加工硬化和烤漆過程中的時效現(xiàn)象，使得材料的屈服強度提升、抗凹性能提高。烘烤硬化鋼廣泛應(yīng)用于汽車外板上，如車門外板、發(fā)動機蓋外板和行李箱外板等。

（2）相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP鋼）。相變誘發(fā)塑性鋼是由鋼組織中逐步進行的馬氏體相變過程導(dǎo)致的塑性升高的超高強度鋼，這種鋼是已有的斷裂韌性最好的超高強韌鋼。主要用于車身框架，其高強度特性允許碰撞過程中能夠吸收大量能量。

（3）馬氏體相位鋼。馬氏體相位鋼是通過高溫奧氏體組織快速淬火轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l馬氏體組織，可通過熱軋、冷軋來實現(xiàn)，馬氏體鋼具有較高的抗拉強度，其最高強度可達1600MPa，需進行回火處理以改善其塑性，使其在如此高的強度下，仍具有足夠的成形性能，是目前商業(yè)化高強度鋼板中強度級別最高的鋼種。通常只能用滾壓成形生產(chǎn)或沖壓形狀簡單的零件，主要用于成形要求不高的車門防撞桿等零件以代替管狀零件，降低制造成本。

（4）硼鋼。硼在鋼中的作用主要是提高鋼的淬透性，其次可提高耐熱鋼的高溫強度、蠕變強度，改善高速鋼的硬性和刀具的切削能力。最佳含硼量約0.0010%?，在最佳奧氏體化溫度下，硼的淬透性效果最大。硼鋼質(zhì)地較輕并且具有較為理想的強度以及高成型度，主要用于A、B柱。

除了上述黑色金屬以外，有色金屬材料目前在車身加工中的應(yīng)用范圍越來越大且占有比例也越來越大，在歐美發(fā)達國家鎂、鋁合金已經(jīng)逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位。鎂、鋁合金技術(shù)的發(fā)展給汽車輕量化提供了良好的條件，鋁合金技術(shù)主要包括了Al-Cu-Mg系、Al?-Mg-Si系、Al-Mg-Zn-Cu系以及Al-?Mg系，其中Al-Cu-Mg系以及Al-Mg-Zn-Cu系材料在加工上存在著一定的特殊性并不能直接用于熱處理。Al-Mg-Zn-Cu系材料具有良好的成型性，主要應(yīng)用于形狀復(fù)雜的車身部位[2]。Al-Cu-Mg材料則需要經(jīng)過涂裝烘干工序提升強度，主要用于高強度以及剛度的車身部位。相對于鎂合金，鋁合金的密度更小并且具有更為理想的耐熱性以及耐腐蝕性。目前應(yīng)用最為廣泛的即為ZK60?變形鎂合金，該鎂合金具有良好的性能且適應(yīng)性較強。

1.2非金屬材料

應(yīng)用于車身加工的非金屬材料主要又包括以下幾種：

（1）碳纖維材料。碳纖維材料在高檔車上使用較多特別是應(yīng)用于賽車當(dāng)中。碳纖維材料在成型加工時會轉(zhuǎn)化為紡織成片狀，然后對其進行固化，固化材料一般是有機膠，得到的成品韌性以及強度均較為理想甚至超過了鋼材，但是整體質(zhì)量僅僅為鋼材的25%。當(dāng)然碳纖維材料也有著一定的局限性，這主要是由于碳纖維的延展性并不理想，一旦遭受極限沖擊時將會立即碎裂，另外在碳纖維與其他材料連接時也存在著一定的缺陷制約了其使用。

（2）塑料。塑料的基體主要是以合成樹脂為主，通過加入某些添加劑從而得到具有特性的高分子材料。在特定溫度下以及特定壓力條件下便可以對其進行成型塑造。塑料材料經(jīng)過表面處理后具備了良好的腐蝕性能且密度較輕，具有較好的適用性[3]。

（3）復(fù)合材料。復(fù)合材料是由不同性質(zhì)的材料組合所得到，其性能較各組分單獨存在時更優(yōu)。符合材料無論是在強度上還是密度上都具有顯著的優(yōu)勢，并且具有良好的吸能性，這也讓其具備了良好的抗沖擊能力。

2.汽車車身材料發(fā)展趨勢概述

汽車車身材料發(fā)展的過程中，主要材料依然以鋼材為主，但是材料性能以及占據(jù)比例都得到了顯著的提升，較以往而言發(fā)生了一定的變化。以下為鋼質(zhì)車身材料比例發(fā)展趨勢表：

表1?鋼質(zhì)車身材料比例發(fā)展趨勢表

材料

20世紀

當(dāng)前

變化趨勢

低碳鋼

70%

30%

降低

高強度鋼

20%

50%

升高

超高強度鋼

10%

20%

升高

結(jié)合上表可以看出汽車車身的剛度以及強度呈現(xiàn)了明顯的上升趨勢，同時在可塑性以及耐腐蝕性包括點焊特性上都有了很大的提升空間。在可塑性與韌性提升的前提下讓增塑劑、回火處理等技術(shù)也變得越來越成熟，在材料中添加微量金屬元素可對材料的性能進行進一步完善。未來汽車車身材料將朝著輕量化、節(jié)能化以及高標準化發(fā)展，同時在工藝水平上也將得到提升，通過對材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以讓汽車性能得到深度完善。

3.結(jié)語

在加工技術(shù)水平以及材料技術(shù)水平不斷提升的過程中為汽車車身材料提供了很大的發(fā)展空間，也使得汽車車身材料變得更為全面化并朝著多元化方向發(fā)展。未來輕量化、節(jié)能化以及高標準化將是汽車車身材料的主流發(fā)展方向，在汽車車身材料質(zhì)量不斷提升的過程中，汽車行業(yè)也將達到新的高度。

參考文獻：

[1]張斌.汽車輕量化與材料[J].現(xiàn)代零部件，2009（10）

[2]王廣勇，王剛.高強度鋼在汽車輕量化中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料，2011（01）

[3]顧紀超，李光耀，干年妃.基于混合元模型的準最優(yōu)策略在汽車輕量化中的應(yīng)用[J].中國機械工程，2011（16）