【摘要】近年來(lái)，人們對(duì)汽車車身要求開始提高，車身的輕量化、車主需求的多樣化、材料工藝的復(fù)雜化、配件性能的高標(biāo)準(zhǔn)化、低碳減排節(jié)能化以及材料的供求問(wèn)題，都致使汽車車身材料發(fā)展的形勢(shì)變得越來(lái)越復(fù)雜。本文就車身材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，著重闡述了現(xiàn)代車身材料的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】金屬材料；復(fù)合材料；汽車車身

1.汽車車身材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

在當(dāng)今的汽車制造中，車身材料的使用廣泛采用金屬材料，這類材料具有較好的實(shí)用性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性。

1.1 黑色金屬

在大多數(shù)汽車中，黑色金屬約占汽車車身材料的90%以上，而其他材料不足10%。黑色金屬即鐵碳合金，根據(jù)常見金屬材料在車身上的應(yīng)用場(chǎng)合不同，鐵碳合金可分為普通低碳鋼板和特殊鋼板。

（1）普通低碳鋼板

目前，汽車車身生產(chǎn)中，特別是沖壓生產(chǎn)中，使用得最多的是普通低碳鋼板。該鋼板的厚度大致為0.2～3.0mm，其中0.6～2.0mm是現(xiàn)在白車身鋼板優(yōu)選的厚度。低碳鋼板具有很好的塑性加工性能，其強(qiáng)度和剛度也能完全滿足汽車車身的強(qiáng)度和剛度要求，同時(shí)能滿足車身拼焊的焊接要求。

（2）特殊鋼板

冷軋鋼板。表面質(zhì)量好，多用于車身沖壓件冷軋鋼板的厚度在0.15～3.2mm之間，汽車車身多采用0.6～0.8mm的薄鋼板。這種薄板的尺寸精度非常高，表面光滑具有良好的力學(xué)性能、加工性能、成形性能和焊接性能。主要用于車身側(cè)圍板、頂蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、翼子板、行李箱蓋、車門板和儀表板等覆蓋件。

高強(qiáng)度鋼板。拉伸強(qiáng)度在350MPa以上。具有較高的屈服點(diǎn)，降低板厚不會(huì)對(duì)沖壓件的質(zhì)量造成太大影響，因而可以減少外表面的厚度，達(dá)到減少質(zhì)量的目的。一般用于需高強(qiáng)度、高的抗碰撞吸收能且成形要求也較嚴(yán)格的汽車零件。

表面處理鋼板?？梢苑乐垢g提高車身材料的抗高溫抗氧化能力。表面處理鋼板常見的有鍍鋅鋼板、鍍鋁鋼板、鍍鉛錫合金鋼板和復(fù)層鋼板。

高強(qiáng)度拼焊鋼板。在沖壓前按車型設(shè)計(jì)將不同厚度和不同性能的鋼板裁剪后拼焊起來(lái)的一種鋼板。隨著成形工藝的發(fā)展，超輕超薄高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用正在向汽車附件（如車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、尾箱蓋板等）延伸。高強(qiáng)度鋼車身骨架結(jié)構(gòu)，在保證車身強(qiáng)度和剛度的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)減輕重量的目的。

1.2 有色金屬

有色合金在汽車上應(yīng)用的快速增長(zhǎng)是汽車材料發(fā)展的大趨勢(shì)。

（1）鋁合金

鋁在地殼中的含量約占8.13%，在金屬元素中是最豐富的。鋁具有良好的機(jī)械性能、耐腐蝕性、導(dǎo)熱性、加工性及回收性，其密度只有鋼鐵的1/3，因此在汽車車身輕量化中的作用非常明顯。

2000系鋁合金具有優(yōu)良的鍛造性、良好的焊接性能和高的強(qiáng)度。5000系鋁合金中的Mg固溶于鋁中，形成固溶強(qiáng)化效應(yīng)，使得該系合金具有接近普通低碳鋼板的強(qiáng)度，并且成形性較好，可以用于內(nèi)板等復(fù)雜形狀的部位。6000系鋁合金塑性好、強(qiáng)度高，具有優(yōu)良的耐蝕性，綜合性能好，可以用作汽車車身內(nèi)板和外板。

（2）鎂合金

除了高強(qiáng)度鋼和鋁合金外，鎂合金在車身上也得到一定程度的應(yīng)用。

鎂具有加工性好、良好的抗凹性、良好的減振性等優(yōu)點(diǎn)，鎂合金密度大約為1.89/cm3，是鋁合金的2/3，具有極大的輕量化應(yīng)用潛力。用于車身組件的變形鎂合金主要有Mg-Al-Zn系合金和Mg-Zn-Zr系合金兩大類。

目前汽車工業(yè)鎂合金用量最多的國(guó)家和地區(qū)主要包括北美、歐洲、日本和韓國(guó)，這些鎂合金主要用來(lái)制造離合器殼體、轉(zhuǎn)向柱架、制動(dòng)器踏板支架、轉(zhuǎn)向盤骨架及進(jìn)氣歧管等。盡管鎂合金具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是目前全球每輛汽車鎂合金的平均用量約3kg，技術(shù)以及成本問(wèn)題是當(dāng)前制約鎂合金大量使用的關(guān)鍵因素。

1.3 工程塑料和復(fù)合材料

工程塑料和復(fù)合材料是另一類重要的汽車輕質(zhì)材料。與通用塑料相比，工程塑料具有優(yōu)良的機(jī)械性能、耐化學(xué)性、耐熱性、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性等特點(diǎn)，比被取代的金屬材料輕且成型時(shí)能耗少。

紡織復(fù)合材料由紡織結(jié)構(gòu)物和基體材料組成，將紡織技術(shù)和現(xiàn)代復(fù)合材料的成型技術(shù)相結(jié)合，有效地克服了傳統(tǒng)復(fù)合材料的取向性和力學(xué)性能的不均勻性以及損傷容限低等缺點(diǎn)，比強(qiáng)度和比模量高，抗疲勞性能好，在汽車工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。柔性紡織復(fù)合材料主要用于車身內(nèi)、外裝飾及車用管材、帶材，剛性紡織復(fù)合材料可以制作車身部件。

2.汽車車身材料的發(fā)展變化

隨著車身材料的發(fā)展，車身的材料雖然仍以鋼材為主，但材料的性能和比例都發(fā)生了改變，安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性得到了提高。

汽車車身材料主要在性能、材料選擇、質(zhì)量上發(fā)生了巨大的變化。

2.1 性能的變化

（1）剛度、強(qiáng)度提高

現(xiàn)代車身高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼、薄鋼板廣泛應(yīng)用于轎車外板、車門、頂蓋和行李廂蓋等部位，車身的強(qiáng)度、塑性、耐腐蝕性和點(diǎn)焊等性能得到很大提高。

（2）塑性、韌性增加

車身材料的塑性和韌性非常重要，現(xiàn)代車身材料通常使用增塑劑、回火處理等方式來(lái)提高塑性和韌性。同時(shí)也會(huì)增加Si、Mn、S、Sn等微合金元素在金屬材料中的應(yīng)用，來(lái)改善金屬的性能。

（3）防腐蝕

鋼鐵材料具有優(yōu)秀的強(qiáng)度、剛度、硬度以及加工性，但是鋼材的最大的問(wèn)題就是耐腐蝕性差。對(duì)于鋼制車身來(lái)說(shuō)，材料生銹會(huì)吸附更多水氣而加快其腐蝕，影響到車身整體強(qiáng)度，因此，防腐蝕尤為重要。

2.2 材料的變化

（1）碳纖維材料

碳纖維是一種纖維絲狀的材料，在制作成型時(shí)需要像織布一樣紡織成片狀，用有機(jī)膠浸潤(rùn)成形并固化，制作過(guò)程類似于玻璃鋼，具有較好的韌性和抗拉強(qiáng)度，且重量只有鋼的1/4。

（2）塑料件材料

塑料是以合成樹脂為基體，并加入某些添加劑制成的高分子材料。它在一定溫度、一定壓力下可以塑造成各種形狀的部件。塑料件材料密度小，耐腐性能好，在車身上應(yīng)用較為廣泛，目前在內(nèi)飾件、外裝件、結(jié)構(gòu)件等部件中的用量明顯增加。

（3）高分子材料

除了以上的材料外，高分子汽車材料、塑料、復(fù)合材料、可降解材料也是未來(lái)車身材料的發(fā)展方向。高分子汽車材料有很多以往傳統(tǒng)材料沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在重量輕、有良好的外觀裝飾效果、有多種實(shí)際應(yīng)用功能、有良好的理化性能、容易加工成型、節(jié)約能源，可持續(xù)利用等各方面。

2.3 質(zhì)量的變化

（1）鋁合金

鋁因?yàn)榫哂邪踩煽俊⒐?jié)能環(huán)保、質(zhì)輕、耐磨、耐腐蝕、彈性好、比剛度和比強(qiáng)度高、抗沖擊性能優(yōu)、加工成型性好和再生性高等特點(diǎn)，成為輕型化汽車的首選材料。

（2）鎂合金

鎂合金密度更小，強(qiáng)度大，吸能性好，主要可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金。其質(zhì)量較輕，是鋼的1/5，比強(qiáng)度是鋁合金的1.8倍，切削性好，易加工。

（3）復(fù)合材料

復(fù)合材料的開發(fā)是以改善性能、改善加工性、降低成本為目的的，其在未來(lái)車身輕量化發(fā)展中的地位和作用會(huì)越來(lái)越明顯。隨著車身輕金屬、復(fù)合材料等車身材料技術(shù)的發(fā)展，相信未來(lái)車身會(huì)日漸趨于輕量化、節(jié)能化、高標(biāo)準(zhǔn)化，汽車業(yè)將達(dá)到一個(gè)嶄新的高度。

3.結(jié)論

在汽車車身材料中，目前鋼板仍是其應(yīng)用的主流；汽車車身輕量化及安全的要求，使車身材料正在發(fā)生變化。由單一的使用普通低碳鋼板，現(xiàn)已逐步轉(zhuǎn)化為應(yīng)用高強(qiáng)度鋼板、涂層鋼板、拼焊鋼板等特殊鋼板。鋁、鎂合金在汽車車身中的應(yīng)用逐年增加，特別是在歐美地區(qū)，鋁、鎂合金在車身材料的構(gòu)成中將占主導(dǎo)地位。新型車身材料如塑料、復(fù)合材料在車身上的應(yīng)用。車身材料向更輕質(zhì)、易成型、低成本、高穩(wěn)定性發(fā)展，是車身材料發(fā)展的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]翟揚(yáng).越來(lái)越輕的汽車材料打造更經(jīng)濟(jì)的汽車[N].中國(guó)有色金屬報(bào)，2002，10，31（003）.

[2]塔塔鋼公司歐洲分公司Marc Lambriks.國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)世界汽車用鋼聯(lián)盟Cees Ten Broek.節(jié)能環(huán)保未來(lái)鋼質(zhì)汽車——引領(lǐng)車身結(jié)構(gòu)前沿[N].創(chuàng)新世界金屬導(dǎo)報(bào)，2012，8，14（B10）.

[3]何立波，高真鳳，張志勤.技術(shù)世界轎車車身高強(qiáng)度鋼應(yīng)用進(jìn)展[N].中國(guó)冶金報(bào)，2012，4，7（B03）.

[4]李桂華，熊飛，龍江啟.車身材料輕量化及其新技術(shù)的應(yīng)用[J].材料開發(fā)與應(yīng)用，2009，4.

作者簡(jiǎn)介：任海民（1973—），男，陜西蒲城人，大學(xué)本科，研究方向：公路管理及公路養(yǎng)護(hù)。