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1、车身新材料种类以及当前应用状况随着汽车技术的发展，汽车的功能日益完善，汽车的结构越来越复杂，传统的汽车通常由几 千个零件组成，现代高级轿车由几万个零部件组成。为满足汽车节能、环保、安全、舒适的要求 实现轻量化、高强度、高性能的目标，构成汽车的材料也发生了巨大的变化。通常按照材料的成分，将汽车材料分为金属材料和非金属材料两大类。随着汽车技术的发展， 未来汽车材料除金属材料、非金属材料外，复合材料和纳米材料也将获得广泛应用。 一车身新材料的种类I I新1.高强度钢板 从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的50，故只适用于形状 简单、延伸深度不大的零件。现在的高强度钢板是在低碳
2、钢内加入适当的微量元素，经各种处理 轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的23倍，深拉延性能极好，可轧制成 很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车公 司与宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对 减重和改进车身性能起到了良好的作用。表1美国轿钿料轉成的变化材料腋成19刘年kg/车苗死年,Leg洋 12000钢726、刘U630铸铁227.136,113.136.07铝5491.95塑料91.1091北1494132.23”34美国轿车材料构成要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板
3、、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢等，车身设计师可 根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板， 也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高1525； 良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐 蚀性，比普通冷轧钢板提高 20；具有良好的点焊性能；烘烤硬化冷轧钢板：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高。这种简称为 BH 钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之一；冷轧双向钢板：具有连续屈服、
4、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，经烤 漆后强度可进一步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的 承力零部件，如车门加强板、保险杠等；超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢（C0.00%）中加入适量钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提高钢板的强度。实现了深冲性与高强度的结合，特别适用于一些形状复 杂而强度要求高的冲压零件。材料所用车身部位昔磷高弓漲冷轧 钢板主要用于轿车外板.车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用； 1于载货汽车驾驶室的冲压件 煥烤複花冷貳钢 板（BH钢板）1车身外板轻量化设计首选材料之一1冷轧双向钢板曬甬于琢决慶乘亘桑泰需便高前车邸主
5、曩甬手囊亲疝*理1 i能好的承力零部件，如车门卽强杭 保险杠等零件趙低碳高强鬲瑕钢板|适用于一些形状复杂而强度要求高的冲压零件i姪量花SB主套用專杀亦机竄行韓盖、车坯匱縊蓉詬祚泡沫铝詆滾劫机罩、疔李箱盖等一滓ii、前諱鼠褸蠡芳商矗萼|蜂窝荚芯复苔板车身外板、军门、车热 捉脸社 座椅框架等i复合材料俑芋杀奇机竄iw. in.華面i尊浣鼠ill: 1捋板等，甚至出现了全复合材料的卡车驾驶窒和轿车车勇:汽车材料应用部件轻量化迭层钢板：迭层钢板是在两层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为 0.20.3mm，塑料层的厚度占总厚度的25%65%。与具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有 57。隔热
6、防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。2.铝合金与汽车钢板相比，铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成 形、可回收再生等优点，技术成熟。德国大众公司的新型奥迪A2型轿车，由于采用了全铝车身 骨架和外板结构，使其总质量减少了 135kg，比传统钢材料车身减轻了 43%，使平均油耗降至每 百公里3升的水平。全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数 量从50个减至29个，车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%，还比同 类车型的钢制车身车重减少 50%。由于所有的铝合金都可以回收再生利用，深受环保人士的
7、欢迎。根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将不同厚度的铝板或者用铝板与钢板 复合成型，再在表面涂覆防腐蚀材料使其结构轻量化且具有良好的耐腐蚀性。铝合金已成为仅次于钢材的汽车用金属材料，能够为汽车提供各种铝合金铸件、冲压结构件 和拉制的铝型材。铝合金主要用于制造发动机缸体、活塞、进气支管、气缸盖、变速器壳体、轿 车的骨架、车身、座椅支架、车轮等部件。3.镁合金和钛合金镁的密度为1.8g/cm3,仅为钢材密度的35%，铝材密度的66%。此外它的比强度、比刚度高, 阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛 的应用。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉
8、、白云石、滑石中提取，特别是海水的盐分中含3.7% 的镁。近年来镁合金在世界范围内的增长率高达20%。铸造镁合金的车门由成型铝材制成的门框和耐碰撞的镁合金骨架、内板组成。另一种镁合金 制成的车门，它由内外车门板和中间蜂窝状加强筋构成，每扇门的净质量比传统的钢制车门轻 10kg，且刚度极高。随着压铸技术的进步，已可以制造出形状复杂的薄壁镁合金车身零件，如前、 后挡板、仪表盘、方向盘等。钛的比重为4.6g/cm3，仅是铁的1/2,但强度和硬度超过了钢，且不易生锈。用钛合金铸造的 汽车发动机部件更轻、更坚固和更耐腐蚀，钛合金车身可以承受更大的作用力。4. 泡沫合金板泡沫合金板由粉末合金制成，其特点是
9、密度小，仅为0.40.7g / cm3，弹性好，当受力压缩变 形后，可凭自身的弹性恢复原料形状。泡沫合金板种类繁多，除了泡沫铝合金板外，还有泡沫锌 合金、泡沫锡合金、泡沫钢等，可根据不同的需要进行选择。由于泡沫合金板的特殊性能，特别 是出众的低密度、良好的隔热吸振性能，深受汽车制造商的青睐。目前，用泡沫铝合金制成的零 部件有发动机罩、行李箱盖等。5. 蜂窝夹芯复合板蜂窝夹芯复合板是两层薄面板中间夹一层厚而极轻的蜂窝组成。根据夹芯材料的不同，可分 为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、玻璃纤维增强树脂蜂窝、铝蜂窝等；面板可以采用玻璃钢、塑料、铝板 和钢板等材料。由于蜂窝夹芯复合板具有轻质、比强度和比刚度高、抗振
10、、隔热、隔音和阻燃等 特点，故在汽车车身上获得较多应用，如车身外板、车门、车架、保险杠、座椅框架等。英国发 明了一种以聚丙烯作芯，钢板为面板的薄夹层板用以替代钢制车身外板，使零件质量减轻了 50%60%，且易于冲压成型。6. 工程塑料与通用塑料相比，工程塑料具有优良的机械性能、电性能、耐化学性、耐热性、耐磨性、尺 寸稳定性等特点，且比要取代的金属材料轻、成型时能耗少。二十世纪七十年代起，以软质聚氯 乙烯、聚氨酯为主的泡沫类、衬垫类、缓冲材料等塑料在汽车工业中被广泛采用。福特公司开发 的LTD试验车，塑料化后的车身取得了轻量化方面的明显成果（见表2）。表2 IHLTD試验车的轻量佃媒零件钢制零件
11、工程塑料零件重重逓轻k吕囘台%车身加993.11655车架123903327车门70.627.742.9和保险杠;55.820.1刖围43.513.330.270车轮4222.719.3北发动机罩22.2 14.2 诒4行李繪盖19 6其它托架寒座 椅骨架）32.416.2咲合计S1 箋2?7321.52福特LTD试验车的轻量化效果中国工程塑料工业普遍存在工艺落后、设备陈旧、规模小、品种少、质量不稳定的状况，而 且价格高，缺乏市场竞争力。工程塑料在汽车上的应用仅相当于国外上世纪八十年代的水平。如上海桑塔纳轿车塑料用量仅为2.86kg/辆,红旗CA7228型轿车为2.4kg/辆,而日本轿车平均为
12、14kg/ 辆，宝马则更高，为35.64kg/辆。但这种局面将很快被打破，由上海普利特复合材料有限公司投 资新建、国内最大的汽车用高性能ABS工程塑料生产基地日前在上海建成投产。此项目引进了世 界先进的工程塑料生成线和试验检测仪器等设备，形成了年产15,000吨高性能ABS工程塑料的 能力。工程塑料用于汽车可实现轻量化和节能，且可回收和循环利用。目前六大类的塑料：PP、PUR、 PVC、ABS、PA和PE在汽车上得到广泛的应用，通常用于制造车身覆盖件、车门门褴、车身内 外装饰件和水箱面罩、保险杠和车轮护罩等。7. 高强度纤维复合材料复合材料是一种多相材料，是由有机高分子、无机非金属和金属等原材
13、料复合而成。目前玻 璃纤维增强树脂复合材料和碳纤维增强树脂复合材料在汽车上已经获得成功的应用。玻璃纤维增强树脂复合材料耐腐蚀、绝缘性好，特别是有良好的可塑性，对模具要求较低， 对制造车身大型覆盖件的模具加工工艺较简易，生产周期短，成本较低。在轿车和客车上，采用 玻璃纤维增强树脂复合材料制造的轿车车身覆盖件、客车前后围覆盖件和货车驾驶室等零部件。高强度纤维复合材料，特别是碳纤维复合材料（CFRP），因其质量小，而且具有高强度、高 刚性，有良好的耐蠕变与耐腐蚀性，因而是很有前途的汽车用轻量化材料。碳纤维复合材料在汽 车上的应用，美国开展的最好。二十世纪八十年代后期，复合材料车身外覆件得到大量的应用
14、和推广，如发动机罩、翼子板、 车门、车顶板、导流罩、车厢后挡板等，甚至出现了全复合材料的卡车驾驶室和轿车车身。据统 计，在欧美等国汽车复合材料的用量约占本国复合材料总产量的 33左右，并继续呈增长态势， 复合材料作为汽车车身的外覆件来说，无论从设计还是生产制造、应用都已成熟，并已从车身外 覆件的使用向汽车的内饰件和结构件方向发展。图2为法国SORA公司为雷诺汽车公司开发的全 复合材料轿车车身和重型卡车驾驶室。上海通用柳州汽车公司和东风公司计划推出全复合材料车 身的家庭用小轿车。8. 陶瓷材料由于陶瓷本身具有的特殊力学性能以及对热、电、光等的物理性能，陶瓷材料特别是特种陶 瓷在汽车上的应用日益受
15、到人们的重视。我国已成功研制钛酸铝陶瓷-铝合金复合排气管、氮化硅 陶瓷柴油机涡轮增压转子和球轴承等汽车部件。汽车的构造材料可反映人类所应用材料的技术水平。目前，6类主要材料如钢、铁、塑料、 铝、橡胶、玻璃共占轿车质量的90%，其余10%为其他多种材料，包括有色金属（铜、铅、锌、 锡等），车中装备的液体（燃油、润滑剂、其他油品和水基液等），油漆、纤维制品。如富康轿 车用料为钢55%，铸铁12%，塑料12%，铝6%，橡胶3%。常见汽车材料的构成如下图所示。9揖车的材辭构直地耦寧阳.啟煎3X 側生铁气誌悴.堆帚机予件naw吟停机塑M許科tw旳轮.前怖，盼悔3：轴坷烙牢悔内坤件、安亍带扯功医紬祇瓦， 姦业*裳曲件 也坊机写ft.%佯零件虬”电冶金Iff it用阳 毗总属和卿 mn轮盼.齐种帘和1 砂检用品国克林裘囲川.站镌用 凿料注準沦”车险沿，
