长期以来,汽车车身材料以钢为主。近年来随着汽车轻量化的推进,铝镁合金、塑料等轻质材料由于降重效果显著,在汽车上的用量不断增加,与汽车用钢形成了激烈的竞争。奥迪A8轻量化全铝车身的出现,让铝合金一度被视为车身用材的主流方向,但随着新一代奥迪A8车身由全铝改为钢铝混合,车身铝合金占比由93.1%降低到58%,钢在车身上的应用出现反弹。现阶段,轻量化材料应用已成为实现汽车轻量化的有效途径。材料技术的发展为汽车的轻量化开发和生产创造了有利条件,每年一次的欧洲车身会议(ECB)展示的车身先进材料及先进工艺技术已成为行业发展的风向.
虽然钢的轻量化效果不如铝、镁、塑料等轻质材料,但依然是车身用材的主要选择,钢的优势如下:
a.机械性能范围广。钢的抗拉强度覆盖270~2 000 MPa,能够为车身各部位不同性能的设计要求提供合理的选材方案。
b.成本低。汽车用钢的成本要远低于铝镁合金和碳纤维,而且钢的加工成本更低(原材料成本几乎占到整个零件成本的70%以上),因此,应用高强度钢无疑是成本最优的轻量化材料解决方案。图2所示为不同轻量化材料方案降重比例与成本增加的关系。
c.维修容易。钢相比于铝合金具有更优良的塑韧性,在发生碰撞后,大多数情况下可通过钣金工艺来修复,成本较低。
d.生命周期排放低。文献研究结果表明,铝镁合金、碳纤维等轻质材料在全生命周期的CO2等效排放远高于钢,仅在材料生产环节的排放就为钢的5~20倍。提高高强度钢的应用比例有助于减少CO2排放。
车身用材的变化,说明了轻量化材料的应用不再以单独追求减重为目标,反映了车身轻量化设计在性能、质量、成本之间平衡的考虑。车身轻量化用材呈现出多材料混合使用的趋势,高强度钢的应用依然是车身用材的主要选择。
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