汽車車身材料的現狀及其發展趨勢

韋玉明

摘要：汽車車身是汽車整體結構中重要的組成部分，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狀進行了分析并對其發展趨勢進行了展望，提出了相關觀點，供以參考。

關鍵詞：汽車車身;材料;發展趨勢

引言

一直以來汽車加工都處于制造業的前沿領域，這也使得汽車加工承載了很多新型技術。作為汽車最為主要的構件之一車身質量的把握對于汽車的整體質量而言無疑是重要的，在汽車技術不斷發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注。如今承載式車身已經是目前汽車行業的主流，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展空間。

1.汽車車身材料現狀分析

1.1金屬材料

金屬材料是汽車車身構成當中最常見的材料，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）的出現給鋼材料帶來了新的契機[1]，加速了新型高強度鋼的研發。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。烘烤硬化鋼廣泛應用于汽車外板上，如車門外板、發動機蓋外板和行李箱外板等。

（2）相變誘發塑性鋼（TRIP鋼）。相變誘發塑性鋼是由鋼組織中逐步進行的馬氏體相變過程導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變為板條馬氏體組織，可通過熱軋、冷軋來實現，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用范圍越來越大且占有比例也越來越大，在歐美發達國家鎂、鋁合金已經逐漸占據了主導地位。鎂、鋁合金技術的發展給汽車輕量化提供了良好的條件，鋁合金技術主要包括了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，主要應用于形狀復雜的車身部位[2]。Al-Cu-Mg材料則需要經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性較強。

1.2非金屬材料

應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用于賽車當中。碳纖維材料在成型加工時會轉化為紡織成片狀，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，但是整體質量僅僅為鋼材的25%。當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）復合材料。復合材料是由不同性質的材料組合所得到，其性能較各組分單獨存在時更優。符合材料無論是在強度上還是密度上都具有顯著的優勢，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.汽車車身材料發展趨勢概述

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

表1?鋼質車身材料比例發展趨勢表

材料

20世紀

當前

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

結合上表可以看出汽車車身的剛度以及強度呈現了明顯的上升趨勢，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、節能化以及高標準化發展，同時在工藝水平上也將得到提升，通過對材料結構優化可以讓汽車性能得到深度完善。

3.結語

在加工技術水平以及材料技術水平不斷提升的過程中為汽車車身材料提供了很大的發展空間，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展。未來輕量化、節能化以及高標準化將是汽車車身材料的主流發展方向，在汽車車身材料質量不斷提升的過程中，汽車行業也將達到新的高度。

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策略在汽車輕量化中的應用[J].中國機械工程，2011（16）