浅谈汽车车身材料及应用

邢台职业技术学院

毕业论文

题目：常用汽车车身材料种类及材料

专业：

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

日期：

常用汽车车身材料种类及材料

摘要：随着汽车保有量的不断增长，汽车已成为我们身边不可缺少的交通工具，那么面对越来越高的油价，我们无法把有限的石油再次利用，有资料表明，在2010年前，汽车数量突破10亿大关。在1990-2020年期间，估计汽车数量将从7亿增加到14亿辆,到2013年石油的储备总量的1/2将被耗尽,如何减少石油的损耗?那么车身材料的轻量化无疑是一个重大的突破口。本文详细地论述了车身材料，车身材料应用现状以及车身材料应用的发展趋势。

关键词：钢板,铝合金,镁合金，工程塑料，高强纤维度复合材料

1.汽车车身材料的种类

1.1钢板

车身结构中有两种类型的钢板：热轧钢板和冷轧钢板。热轧钢板是在 800℃以上的高温下轧制的，它的厚度一般在 1.6～8 mm之间，用于制造汽车上比较厚的零部件，例如车身和横梁；车架、车辆车身内部钢板、底盘零件、底盘大梁等。冷轧钢板是由热轧钢板经过酸洗后冷轧变薄，并经过退火处理得到的（因为滚轧的关系，内部结构变硬，故而实施退火处理使它软化）。他的厚度精度高，厚度为0.4～1.4mm。表面质量好，并且具有良好的可压缩性。

当今的汽车主要使用高强度钢板，从前的高强度钢板，延伸强度虽高于低碳钢板，但延伸率只是后者的50％，所以只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。现在的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的2～3倍，延伸性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车公司与宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。其品种主要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢和超低碳高强度冷轧钢板等。

①含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于车门、顶盖和行李箱盖，也可以用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高15%～25%。良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，延伸率和应变硬化指数下降甚微,具有良好的耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20%；具有良好的焊点性能。

②烘烤硬化冷轧钢板：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度的以提高。这种简称BH钢板的烘烤硬化钢板，即薄又有足够的强度，是车身外板轻量化的首选材料之一。

③冷轧双相钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，如经烤漆后其强度可进一步提高。适用于形状复杂且要求强度高的

车身零件。主要用于拉伸性能好的成立零部件，如车门加强版，保险杠等。

④超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢（c≤0.005%）中加入适量的钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷来提高钢板的强度。实现了深冲性与高强度的结合，特别适用于一些复杂而强度要求高的冲压零件。

⑤高强度低合金钢板：又称回磷钢板，是通过在低碳钢中加入磷来提高钢的强度。它具有和低碳钢相类似的加工特性，为汽车的外部面板和车身提供了更高的抗拉强度。它的强度主要取决于添加的化学元素。可用来制造前后梁、车门槛板、保险杠面杆、保险杠加强筋、车门立柱等。

⑥高抗拉强度钢板：又称Si－Mn固溶体淬火钢板，这种钢增加了硅、锰和碳的含量，使抗拉强度得到提高。日本生产的汽车上装有高抗拉强度钢制成的车身构件，常规的加热和焊接方法不会降低这种钢的强度，它的屈服强度可达 350 MPa，抗拉强度可超过 450 MPa。在汽车受到碰撞而产生变形时，它的应力将增加，超过屈服强度。如果对受到碰撞的部位加热，促它恢复原来的变形，可减小因碰撞而产生的应力，因此强度又恢复到了原来的水平。如果碰撞所产生的应力超过了材料的抗拉强度，钢材将会破裂。

1.2铝合金

铝合金在车身上的应用主要分三个阶段：“四门两盖”阶段，这是比较昂贵的权宜之计，对车身承载没有太大的影响；“壳式支撑结构”车身阶段，这是第一阶段中的一个提升，带有了加强筋结构从而可以替代高强度钢板；“空间框架结构”车身阶段，这才是真正意义上实现了全铝车身设计的制造。与汽车钢板相比，铝合金具有密度小、强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。如表1是铝合金在车身上的应用。根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将不同厚度的铝板或者用铝板与钢板复合成型，再在表面涂覆防腐蚀材料使其结构轻量化且具有良好的耐腐蚀性。

表1 铝合金在车身上的应用

1.3镁合金

镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35％，铝材密度的66％。此外它的强度、钢度高，导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的盐分中含 3.7%的镁。近年来镁合金在世界范围内的增长率高达20％。

铸造镁合金的车门是由成型铝材制成的门框和耐碰撞的镁合金骨架、内板组成。另一种镁合金制成的车门，它由内外车门板和中间蜂窝状加强筋构成，每扇门的净质量比传统的钢制车门轻10kg，且钢度极高。随着压铸技术的进步，已可以制造出形状复杂的薄壁镁合金车身零件，如前、后挡板、仪表盘、方向盘等。

1.4泡沫合金板

泡沫合金板由粉末合金制成，其特点是密度小，仅为0.4～0.7g／cm3，弹性好，当受力压缩变形后，可凭自身的弹性恢复原料形状。泡沫合金板种类繁多，除了泡沫铝合金板外，还有泡沫锌合金、泡沫锡合金、泡沫钢等，可根据不同的需要进行选择。由于泡沫合金板的特殊性能，特别是出众的低密度、良好的隔热吸振性能，深受汽车制造商的青睐。目前，用泡沫铝合金制成的零部件有发动机罩、行李箱盖等。

1.5蜂窝夹芯复合板

蜂窝夹芯复合板是两层薄面板中间夹一层厚而极轻的蜂窝组成。根据夹芯材料的不同，可分为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、玻璃纤维增强树脂蜂窝、铝蜂窝等；面板可以采用玻璃钢、塑料、铝板和钢板等材料。由于蜂窝夹芯复合板具有轻质、强度高、钢度高、抗振、隔热、隔音和阻燃等特点，故在汽车车身上获得较多应用，如车身外板、车门、车架、保险杠、座椅框架等。英国发明了一种以聚丙烯作芯，钢板为面板的薄夹层板用以替代钢制车身外板，使零件质量减轻了50%～60%，且易于冲压成型。

1.6工程塑料

与通用塑料相比，工程塑料具有优良的机械性能、电性能、耐化学性、耐热性、耐磨性、尺寸稳定性等特点，且比要取代的金属材料轻、成型时能耗少。二十世纪七十年代起，以软质聚氯乙烯、聚氨酯为主的泡沫类、衬垫类、缓冲材料等塑料在汽车工业中被广泛采用。福特公司开发的LTD试验车，塑料化后的车身取得了轻量化方面的明显成果。

中国工程塑料工业普遍存在工艺落后、设备陈旧、规模小、品种少、质量不稳定的状况，而且价格高，缺乏市场竞争力。工程塑料在汽车上的应用仅相当于国外上世纪八十年代的水平。如上海桑塔纳轿车塑料用量仅为2.86kg/辆，红旗CA7228型轿车为2.4kg/辆，而日本轿车平均为14kg/辆，宝马则更高，为35.64kg/