汽车材料的发展趋势

车身材料主要是低碳金属薄钢板，一般厚度为0．6～2．0mm。随着现代车身技术的发展，车身材料要求既有相当的强度，也要求质量轻。

2．10．1 薄钢板发展趋势

（1）化学成分

为保证冲压和焊接性能，含碳量要控制在0．05％～0．15％，含硅量要控制在0．37％以下，低碳钢板具有良好的塑性。

由于采用先进的脱硫、脱气、炉外精炼、真空处理等工艺技术，薄钢板的化学成分稳定性有所提高，钢中的有害元素含量明显下降，这对提高薄钢板的成形性能起到了很大的作用。对低碳薄钢板而言，有的钢厂已经能根据零件的用途、形状的复杂程度来调整同一牌号钢种的化学成分，以保证零件成形的合格率。

（2）力学性能

板料的力学性能发展趋势是屈服强度不断降低及强度变动范围窄，这样的屈服强度可保证材料具有良好的冲压性能。统计表明，采用屈服强度122～120MPa钢板生产的废品率为0．3％，而采用屈服强度130～165MPa钢板生产的废品率为5％。

（3）表面质量

在冲压过程中，材料表面缺陷部位可能因应力集中而破裂。随着汽车用户对车身外观质量、油漆效果的要求越来越严，对涂漆质量有较大影响的钢板表面粗糙度也引起高度重视。粗糙度指标已列入钢板生产标准进行控制。经验表明，当载货汽车的表面粗糙度Ra≤1．3μm时涂漆效果较好。

目前中高档轿车白车身一般使用镀锌板，但是钢厂生产的汽车钢板在轧制过程中的表面粗糙度和清洁度将直接影响镀锌的锌层附着力。

钢板的板厚精度控制也将影响现代化汽车生产线的工作准确性，由于现代化的汽车生产线是用机器人点焊，板厚误差大，会增加焊接电阻、导致虚焊，影响点焊质量。因此，现代化的汽车制造对钢板的要求是十分严格的，如对宽1．5m、长3000m、厚0．8mm的钢板，厚度公差不能超出20μm。

（4）防腐性能

为提高车身使用寿命，车身材料不但要有足够的强度，还要有一定的防腐性能，金属材料的防锈具有极大的经济价值。试验表明，镀层钢板具有良好的防锈蚀性能、成形性和涂漆性以及优良的装饰性。镀层钢板主要有镀锌钢板、镀铝钢板、有机涂层板和复合涂层板等。1972年美国汽车行业开始大量采用镀锌钢板。镀锌钢板的镀锌层厚度为7．5～10μm。双面镀锌板制作的车身，使用寿命可达12年。

（5）不同性能钢板拼焊

拼焊钢板是将不同厚度和不同性能的钢板剪裁后拼焊起来的一种钢板。使用拼焊钢板可以在汽车外表部位使用涂镀层钢板，便于更好地发挥其耐蚀性，在承力或易磨损部位则使用较厚的高强度钢板。汽车构件上采用“拼焊”的部件常有侧面框架、车门内板、车身底板、侧面横挡、挡风玻璃窗框、中立柱、挡泥板、纵梁等。

拼焊钢板的应用，简化了生产工艺，降低了模具和焊装夹具的制造成本，改善了零件性能的稳定性。

2．10．2 采用轻量化材料

减轻汽车自重是节约能源和提高燃料经济性的最根本途径之一，据统计，汽车每减轻质量10％，油耗可降低6％～8％。因此，塑料，铝、镁合金，金属泡沫材料等轻量化材料在汽车车身上的应用具有重要意义。

（1）塑料

塑料是一种高分子材料，用它代替各种昂贵的有色金属和合金材料，不但可以提高汽车造型的美观度与设计的灵活性，还可以降低汽车的能耗。此外，塑料有抗腐蚀、耐磨、隔热、消声、减震等优点。近年来，塑料在汽车上的应用越来越多，目前已由内外装饰件向车身覆盖件和结构件方面发展。近年来塑料在轿车上的使用量占车身质量的10％～30％。

尼龙具有耐热性和良好的力学性能，其用量越来越大，最适于机罩下部件和内饰件、外部部件，如手动刹车杆、踏板和镜架以及机罩下的摇臂罩、空气吸入系统、冷电路系统。

聚丙烯可以回收再利用，因此汽车工业对聚丙烯的市场需求持续增长。据报道，现在每辆汽车可以用100kg含有聚丙烯的塑料替代200～300kg其他材料，相应地在1万千米的平均寿命里程中可以减少燃料消耗750L。与钢材相比，使用含有聚丙烯的材料，可使汽车保险杠轻10．2kg、发动机罩轻2．2kg、燃料箱轻5kg。如图2．31所示为蓝鸟周边塑料保险杠，如图2．32所示为宝马M3塑料翼子板减轻1．5kg。

图2．31 蓝鸟周边塑料保险杠

图2．32 宝马M3塑料翼子板减轻1．5kg

（2）铝、镁合金

车身材料使用铝合金，可以大大降低车重，每使用1kg的铝，可降低汽车质量2．25kg。研究表明，一般汽车每减轻1kg的质量，1L汽油可使汽车多行驶0．1km。这对油耗、性能以及操控性等具有重要的意义。铝合金具有高强度和吸能性好的优点，配合合理的结构设计，可以获得非常高强度的车身。铝由于表面易氧化形成致密而稳定的Al2O3氧化膜，因此耐蚀性好。

用泡沫铝材制造的汽车零件质量只有原钢件质量的1／2，其刚度却为钢件的10倍。其保温绝热性能比铝高95％；对频率大于800Hz的噪声有很强的消声能力。有实验表明，两辆各自总质量为2000kg、行驶速度为20km／h的轿车相碰撞。只需3块15cm×15cm×10cm的泡沫铝材就能将碰撞能量吸收掉。

镁的相对密度只有1．7，是铝的2／3、钢的1／4，使用镁合金可降低更多质量。如果每辆汽车能使用70kg镁，CO2的年排放量就能减少30％以上。镁合金强度高于铝合金和钢，刚度接近铝合金和钢，能够承受一定的负荷；有良好的铸造性和尺寸稳定性，易加工，废品率低，从而降低生产成本；有良好的阻尼系数，减震量大于铝合金和铸铁，用于壳体可以降低噪声，用于座椅、轮圈可以减少震动，提高汽车的安全性和舒适性。