【文章內容簡介】 到空氣阻力、輪胎阻力、加速阻力和爬坡阻力等, 其中后面三項均與車身本身的重量成正比, 這直接影響轎車的油耗,因此,降低燃油消耗、減少向大氣排出CO2和有害氣體及顆粒已成為汽車界主要的研究課題。減小汽車自身質量是汽車降低燃油消耗及減少排放的最有效措施之一。尤其是當前全球能源缺少的危機之下,輕量化技術對于未來轎車發(fā)展有著巨大的意義。實現(xiàn)輕質車身,最主要就是大量應用使車身輕量化的材料,同時進行車身輕量化的結構設計等。目前,車身輕量化的主要途徑有2條: 效果比較明顯的是用輕型材料(如鎂、鋁、塑料盒復合材料等)替代車身骨架及內、外壁板原有的鋼材,目前已制造出部分產品；另一種有效的方法是通過優(yōu)化車身結構實現(xiàn)輕量化,其代表性成果為ULSAB(Ultra Light Steel Auto Body)項目112。現(xiàn)代汽車車身除滿足強度和使用壽命的要求外,還應該滿足基本性能、外觀、安全、價格、環(huán)保、節(jié)能等方面的需要。在九十年代以前,以轎車為例,其整車質量中,鋼鐵占有80%,鋁占3%,樹脂占4%。由于能源價格不斷上升,作為輕量化材料的高強度鋼板、表面處理鋼板用量逐年上升, 有色金屬材料的用量也在不斷增加, 其中, 鋁合金材料的應用明顯增加, 非金屬材料也逐步增加。本文主要就車身輕量化材料的發(fā)展做研究[1213]。 國內汽車用材料發(fā)展狀況分析我國汽車材料是伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。尤其是在七五至九五期間,我國通過合資的方式引進了國外先進的汽車產品技術, 縮短了與發(fā)達國家之間的差距。在引進技術的帶動下, 九五期間轎車新材料技術開發(fā)被列入國家科技攻關計劃,同時在國家863高技術計劃新材料領域的支持下,先后開發(fā)出了一批轎車國產化急需的金屬材料和非金屬材料,促進了國產汽車材料的技術進步。但是,同國外相比,我國汽車工業(yè)整體技術水平還比較落后,汽車材料領域的差距更大。主要表現(xiàn)為；企業(yè)開發(fā)能力不足,缺乏創(chuàng)新、競爭能力；技術與管理水平落后,生產規(guī)模小,勞動生產率低,產品質量差；產品結構不合理,技術含量低,低檔產品過剩, 高端產品依靠進口；汽車行業(yè)采用的材料系列與品種繁雜、數(shù)量少, 使汽車專用材料的產量難以達到經(jīng)濟規(guī)模；汽車材料基礎技術研究薄弱,缺少材料評價技術與體系,材料技術標準混亂,基礎數(shù)據(jù)貧乏。從總體上看,國內汽車材料領域的現(xiàn)狀還不能滿足我國汽車工業(yè)的發(fā)展需要。國內汽車工業(yè)的迅速發(fā)展以及加入WTO,使我國汽車材料領域面臨著前所未有的機遇與挑戰(zhàn)。不僅汽車材料的需求量持續(xù)增長(預計從現(xiàn)在起到2020年,年均增長率可達20%以上),而且對材料的品質提出了更高的要求,這為我國汽車材料領域的發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的條件[14]。3 汽車車身用新材料概述[1516]從前的高強度鋼板，拉延強度雖高于低碳鋼板，但延伸率只有后者的50％，故只適用于形狀簡單、延伸深度不大的零件?，F(xiàn)在的高強度鋼板是在低碳鋼內加入適當?shù)奈⒘吭兀?jīng)各種處理軋制而成，其抗拉強度高達420N/mm2，是普通低碳鋼板的2~3倍，深拉延性能極好，可軋制成很薄的鋼板，是車身輕量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中國奇瑞汽車公司與寶鋼合作，2001年在試制樣車上使用的高強度鋼用量為262kg，占車身鋼板用量的46%，對減重和改進車身性能起到了良好的作用。美國轎車材料構成要有含磷冷軋鋼板、烘烤硬化冷軋鋼板、冷軋雙相鋼板和高強度1F冷軋鋼等，車身設計師可根據(jù)板制零件受力情況和形狀復雜程度來選擇鋼板品種。含磷高強度冷軋鋼板：含磷高強度冷軋鋼板主要用于轎車外板、車門、頂蓋和行李箱蓋升板，也可用于載貨汽車駕駛室的沖壓件。主要特點為：具有較高強度，比普通冷軋鋼板高15％~25％；良好的強度和塑性平衡，即隨著強度的增加，伸長率和應變硬化指數(shù)下降甚微；具有良好的耐腐蝕性，比普通冷軋鋼板提高20％；具有良好的點焊性能；烘烤硬化冷軋鋼板：經(jīng)過沖壓、拉延變形及烤漆高溫時效處理，屈服強度得以提高。這種簡稱為BH鋼板的烘烤硬化鋼板既薄又有足夠的強度，是車身外板輕量化設計首選材料之一；冷軋雙向鋼板：具有連續(xù)屈服、屈強比低和加工硬化高、兼?zhèn)涓邚姸燃案咚苄缘奶攸c，經(jīng)烤漆后強度可進一步提高。適用于形狀復雜且要求強度高的車身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如車門加強板、保險杠等；超低碳高強度冷軋鋼板：在超低碳鋼（C≤％）中加入適量鈦或鈮，以保證鋼板的深沖性能，再添加適量的磷以提高鋼板的強度。實現(xiàn)了深沖性與高強度的結合，特別適用于一些形狀復雜而強度要求高的沖壓零件。圖2汽車材料應用部件輕量化迭層鋼板：迭層鋼板是在兩層超薄鋼板之間壓入塑料的復合材料，~，塑料層的厚度占總厚度的25％~65％。與具有同樣剛度的單層鋼板相比，質量只有57％。隔熱防振性能良好，主要用于發(fā)動機罩、行李箱蓋、車身底板等部件如圖2。 鋁合金與汽車鋼板相比，鋁合金具有密度小（）、比強度高、耐銹蝕、熱穩(wěn)定性好、易成形、可回收再生等優(yōu)點，技術成熟。德國大眾公司的新型奧迪A2型轎車，由于采用了全鋁車身骨架和外板結構，使其總質量減少了135kg，比傳統(tǒng)鋼材料車身減輕了43％，使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奧迪A8通過使用性能更好的大型鋁鑄件和液壓成型部件，車身零件數(shù)量從50個減至29個，車身框架完全閉合。這種結構不僅使車身的扭轉剛度提高了60%，還比同類車型的鋼制車身車重減少50%。由于所有的鋁合金都可以回收再生利用，深受環(huán)保人士的歡迎。根據(jù)車身結構設計的需要，采用激光束壓合成型工藝，將不同厚度的鋁板或者用鋁板與鋼板復合成型，再在表面涂覆防腐蝕材料使其結構輕量化且具有良好的耐腐蝕性。鋁合金已成為僅次于鋼材的汽車用金屬材料，能夠為汽車提供各種鋁合金鑄件、沖壓結構件和拉制的鋁型材。鋁合金主要用于制造發(fā)動機缸體、活塞、進氣支管、氣缸蓋、變速器殼體、轎車的骨架、車身、座椅支架、車輪等部件。 鎂合金和鈦合金，僅為鋼材密度的35％，鋁材密度的66％。此外它的比強度、比剛度高，阻尼性、導熱性好，電磁屏蔽能力強，尺寸穩(wěn)定性好，因此在航空工業(yè)和汽車工業(yè)中得到了廣泛的應用。鎂的儲藏量十分豐富，鎂可從石棉、白云石、滑石中提取，%的鎂。近年來鎂合金在世界范圍內的增長率高達20％。鑄造鎂合金的車門由成型鋁材制成的門框和耐碰撞的鎂合金骨架、內板組成。另一種鎂合金制成的車門，它由內外車門板和中間蜂窩狀加強筋構成，每扇門的凈質量比傳統(tǒng)的鋼制車門輕10kg，且剛度極高。隨著壓鑄技術的進步，已可以制造出形狀復雜的薄壁鎂合金車身零件，如前、后擋板、儀表盤、方向盤等。，僅是鐵的1/2，但強度和硬度超過了鋼，且不易生銹。用鈦合金鑄造的汽車發(fā)動機部件更輕、更堅固和更耐腐蝕，鈦合金車身可以承受更大的作用力。泡沫合金板由粉末合金制成，其特點是密度小，~／cm3，彈性好，當受力壓縮變形后，可憑自身的彈性恢復原料形狀。泡沫合金板種類繁多，除了泡沫鋁合金板外，還有泡沫鋅合金、泡沫錫合金、泡沫鋼等，可根據(jù)不同的需要進行選擇。由于泡沫合金板的特殊性能，特別是出眾的低密度、良好的隔熱吸振性能，深受汽車制造商的青睞。目前，用泡沫鋁合金制成的零部件有發(fā)動機罩、行李箱蓋等。蜂窩夾芯復合板是兩層薄面板中間夾一層厚而極輕的蜂窩組成。根