铝合金车身的材料特性

(一) 铝的化学性能和物理性能

纯铝的化学活泼性强，与空气接触时，会在表面形成一层致密的Al2O3薄膜，这层氧化膜可防止硝酸及醋酸的腐蚀，但在碱类和含氯离子的盐类溶液中，这层氧化膜迅速被破坏，从而引起强烈的腐蚀。

图6－1 铝合金车身

(二) 铝及铝合金的分类

纯铝的强度低，但导电性好，一般应用在家庭用品和电器中。在铝中加入硅、 铜、 镁、锰、 锌等合金元素可以获得不同性能的合金。根据铝合金的化学成分和制造工艺，可分为延展铝和铸造铝。在延展铝中又可分为不能热处理强化和可热处理强化的铝合金。非热处理强化铝合金通过加工硬化、 固溶强化来提高力学性能，主要有铝锰合金和铝镁合金等。它们的特点是强度中等、 塑性及耐蚀性好，焊接性能也好。热处理强化铝合金包括硬铝、 超硬铝、锻铝，经固溶、 淬火、 时效等工艺提高力学性能，经热处理后抗拉强度显著提高，但往往焊接性能变差，特别是熔化焊时产生焊接热裂纹的倾向性加大，焊接接头的力学性能下降严重。

铝合金的分类及特性如表6－1所示。

表6－1 铝合金的分类及特性

(三) 铝合金在车身中的应用

当车身制造中全部使用铝时，依照它们在车身中的功能要求，可分为铸造件、 冲压件和压铸件。

铝铸件被制造成能够承载大载荷的部件，明显减小了质量，同时还具有较高的强度。这些板件具有复杂的几何形状，通常采用真空压铸的方式，使它具有高强度。它还具有较高的延展性，良好的焊接性能，较高的塑性，以保证在碰撞时有很高的安全性。

这些铸件的铝合金的类型是5000或6000系列铝合金，其中的主要合金元素是镁，硅可被加入6000系列，或加入铜或镁。

这些挤压件主要用在碰撞变形吸能区域，其作用是在碰撞变形中吸收碰撞能量，如图6－2所示。

图6－2 铝合金件碰撞吸振图例

铝合金中主要合金元素是硅，还有少量的镁，主要含硅镁合金的通常属于4000~6000系列铝合金，这些部件一般应用在碰撞吸能区域，除了能够承载正常的载荷外，主要在碰撞中吸收能量，一般制造横梁、 保险杠加强梁等。

冲压件有较高的强度，能够加强车身的强度和刚性，使车身在剧烈的碰撞中保持结构的完整性。

像宝马5系列的前围前罩板，是用5000系列铝镁合金制造的，如图6－3所示。

图6－3 宝马5系列的前围前罩板

板件必须具有较高的质量和表面强度，它们通常采用5000系列铝合金，多用来制造外部板件，合金中主要有铝、 镁和硅，或者铝和镁。

(四) 铝合金在车身制造中的优点

在新型的车身中铝合金有许多优点和特性，虽然这些特性不一定是好的方面，但其性能超过传统的钢铁车身。其优点不仅在于能够减小车身质量，更重要的是减少燃油消耗，改善车辆的操纵性。

另外一个铝车身优于其他钢铁车身的原因是它的环保性能，前面已经提到可以减少燃油的消耗，也可以减少在生产过程中污染物的排放，因为99％的铝可以被循环利用，这在一定程度上能够补偿从铝矿石冶炼铝产生的成本较高的消耗。

铝的在车身中的比例大约是钢铁的1/3，在车身制造中铝的应用可以使车辆减小20％~30％质量，可以减少10％的燃油消耗，这意味着每百公里节省05L燃油。

铝合金循环利用率高，可以补偿冶炼的高能源消耗，由于可以重复利用，再循环的成本很低。

铝是一种惰性材料，这种说法也许不准确，但铝金属暴露在空气中很快在表面形成一层致密的氧化物，这层氧化物是Al2O3，使金属铝和空气隔绝开来，保护氧气的进一步腐蚀。正是这种可以迅速形成铝氧化物以抵抗外部氧化腐蚀的性能，使它成为一种防腐性能优良的材料。

铝金属外层的氧化铝有以下特点:

当铝金属暴露在空气中时，会直接与空气中的氧发生反应形成一层薄的致密的氧化铝薄膜，阻隔了进一步的氧化，使铝具有较好的被动防护性。这层氧化物的熔点高达2050℃，在焊接操作时需要去除这层氧化物，如果不去除这层氧化物，焊缝会存在气孔和杂质等缺陷。

铝具有良好的刚性，一定厚度的板材应用在车身上，可以制造整车和部分板件。

铝材的一致性要比钢材好，它能够很好地加工成型，通过冲压或挤压，消耗比较低的能量花费。

铝材具有较高的能量吸收性能，使其成为一种制造车身变形区的理想材料，以提高车身的被动安全性。

铝具有对紫外线的不透光性，对水和气体的不渗透性，没有气味且无毒，是一种无污染的材料，同时还是一种可循环的环保材料。