汽车车身材料的现状及其发展趋势

汽车车身材料的现状及其发展趋势

摘要：汽车车身是汽车整体结构中重要的组成部分，材料一般以钢板、碳纤维、铝、强化塑料等为主。针对于不同用途的汽车车身而言构成材料也具有一定的差异性，同时也带来了不同的属性。本文对汽车车身材料的现状进行了分析并对其发展趋势进行了展望，提出了相关观点，供以参考。

关键词：汽车车身;材料;发展趋势

引言

一直以来汽车加工都处于制造业的前沿领域，这也使得汽车加工承载了很多新型技术。作为汽车最为主要的构件之一车身质量的把握对于汽车的整体质量而言无疑是重要的，在汽车技术不断发展的过程中汽车也朝着多功能化方向迈进，另外人们对汽车的安全性要求也越来越高，这也使得汽车车身材料也越来越受到关注。如今承载式车身已经是目前汽车行业的主流，其最显著特点便是底盘与车厢的一体化，这也让车身材料得到了更大的发展空间。

1.汽车车身材料现状分析

1.1金属材料

金属材料是汽车车身构成当中最常见的材料，最为普遍的即为黑色金属，也就是钢材料。在承载式车身前提下其主要加工工艺为冲压成型，在加工过程中采取挤压的方式让平整化钢板成型。在这个过程中若材料强度高则会对其可塑性带来较大的影响;而低强度材料尽管易于加工，但是易出现变形的情况，换句话说材料强度与可塑性两者间事实上存在着明显的矛盾，然而随着UISAB项目（UltraLightSteelAutoBody）的出现给钢材料带来了新的契机[1]，加速了新型高强度钢的研发。新型高强度钢主要包括以下类型：

（1）烘烤硬化钢。这种钢既具有强度又具有较高的可成形性，通过加工过程中的加工硬化和烤漆过程中的时效现象，使得材料的屈服强度提升、抗凹性能提高。烘烤硬化钢广泛应用于汽车外板上，如车门外板、发动机盖外板和行李箱外板等。

（2）相变诱发塑性钢（TRIP钢）。相变诱发塑性钢是由钢组织中逐步进行的马氏体相变过程导致的塑性升高的超高强度钢，这种钢是已有的断裂韧性最好的超高强韧钢。主要用于车身框架，其高强度特性允许碰撞过程中能够吸收大量能量。

（3）马氏体相位钢。马氏体相位钢是通过高温奥氏体组织快速淬火转变为板条马氏体组织，可通过热轧、冷轧来实现，马氏体钢具有较高的抗拉强度，其最高强度可达1600MPa，需进行回火处理以改善其塑性，使其在如此高的强度

下，仍具有足够的成形性能，是目前商业化高强度钢板中强度级别最高的钢种。通常只能用滚压成形生产或冲压形状简单的零件，主要用于成形要求不高的车门防撞杆等零件以代替管状零件，降低制造成本。

（4）硼钢。硼在钢中的作用主要是提高钢的淬透性，其次可提高耐热钢的高温强度、蠕变强度，改善高速钢的硬性和刀具的切削能力。最佳含硼量约0.0010%，在最佳奥氏体化温度下，硼的淬透性效果最大。硼钢质地较轻并且具有较为理想的强度以及高成型度，主要用于A、B柱。

除了上述黑色金属以外，有色金属材料目前在车身加工中的应用范围越来越大且占有比例也越来越大，在欧美发达国家镁、铝合金已经逐渐占据了主导地位。镁、铝合金技术的发展给汽车轻量化提供了良好的条件，铝合金技术主要包括了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着一定的特殊性并不能直接用于热处理。Al-Mg-Zn-Cu系材料具有良好的成型性，主要应用于形状复杂的车身部位[2]。Al-Cu-Mg材料则需要经过涂装烘干工序提升强度，主要用于高强度以及刚度的车身部位。相对于镁合金，铝合金的密度更小并且具有更为理想的耐热性以及耐腐蚀性。目前应用最为广泛的即为ZK60变形镁合金，该镁合金具有良好的性能且适应性较强。

1.2非金属材料

应用于车身加工的非金属材料主要又包括以下几种：

（1）碳纤维材料。碳纤维材料在高档车上使用较多特别是应用于赛车当中。碳纤维材料在成型加工时会转化为纺织成片状，然后对其进行固化，固化材料一般是有机胶，得到的成品韧性以及强度均较为理想甚至超过了钢材，但是整体质量仅仅为钢材的25%。当然碳纤维材料也有着一定的局限性，这主要是由于碳纤维的延展性并不理想，一旦遭受极限冲击时将会立即碎裂，另外在碳纤维与其他材料连接时也存在着一定的缺陷制约了其使用。

（2）塑料。塑料的基体主要是以合成树脂为主，通过加入某些添加剂从而得到具有特性的高分子材料。在特定温度下以及特定压力条件下便可以对其进行成型塑造。塑料材料经过表面处理后具备了良好的腐蚀性能且密度较轻，具有较好的适用性[3]。

（3）复合材料。复合材料是由不同性质的材料组合所得到，其性能较各组分单独存在时更优。符合材料无论是在强度上还是密度上都具有显著的优势，并且具有良好的吸能性，这也让其具备了良好的抗冲击能力。

2.汽车车身材料发展趋势概述

汽车车身材料发展的过程中，主要材料依然以钢材为主，但是材料性能以及占据比例都得到了显著的提升，较以往而言发生了一定的变化。以下为钢质车身

材料比例发展趋势表：

表1钢质车身材料比例发展趋势表

材料

20世纪

当前

变化趋势

低碳钢

70%

30%

降低

高强度钢

20%

50%

升高

超高强度钢

10%

20%

升高

结合上表可以看出汽车车身的刚度以及强度呈现了明显的上升趋势，同时在可塑性以及耐腐蚀性包括点焊特性上都有了很大的提升空间。在可塑性与韧性提升的前提下让增塑剂、回火处理等技术也变得越来越成熟，在材料中添加微量金属元素可对材料的性能进行进一步完善。未来汽车车身材料将朝着轻量化、节能化以及高标准化发展，同时在工艺水平上也将得到提升，通过对材料结构优化可以让汽车性能得到深度完善。

3.结语

在加工技术水平以及材料技术水平不断提升的过程中为汽车车身材料提供了很大的发展空间，也使得汽车车身材料变得更为全面化并朝着多元化方向发展。未来轻量化、节能化以及高标准化将是汽车车身材料的主流发展方向，在汽车车身材料质量不断提升的过程中，汽车行业也将达到新的高度。

参考文献：

[1]张斌.汽车轻量化与材料[J].现代零部件，2009（10）

[2]王广勇，王刚.高强度钢在汽车轻量化中的应用[J].汽车工艺与材料，2011（01）

[3]顾纪超，李光耀，干年妃.基于混合元模型的准最优策略在汽车轻量化中的应用[J].中国机械工程，2011（16）