汽車車身哪些部位需要高強度材質
2022-06-21
IP屬地 河南 移動/數據上網公共出口汽車行業網佚名3030核心提示：白車身是由大小不同的沖壓件通過焊接或其他加工方式連接在一起，各個部位根據需要采用不同的材質，不同的材質對于沖壓工藝有決定性的作用，那么首先來說說白車身都是由哪些材料組成的：1、鋼：這個不用多說，目前市場上大部分車還是以鋼
白車身是由大小不同的沖壓件通過焊接或其他加工方式連接在一起，各個部位根據需要采用不同的材質， 不同的材質對于沖壓工藝有決定性的作用 ，那么首先來說說白車身都是由哪些材料組成的：1、鋼： 這個不用多說，目前市場上大部分車還是以鋼車身為主，算是最主流的車身材料了。2、鋁： 鋁的密度大約是鋼的三分之一。因為輕量化的需求，越來越多的車廠開始考慮鋁制車身方案。比較推崇鋁材料在車身應用的傳統汽車品牌主要有奧迪和Jaguar捷豹中國，新能源汽車品牌中，@TESLA和蔚來也是對鋁車身十分熱衷。由于鋁車身的制造和維修成本也比鋼車身高出不少，所以一般采用鋁車身的車型定位都不會低。3. 鎂： 密度比鋁還小。一度炒的火熱，但是大規模的應用卻遲遲不來。主要是鎂的板材成形能力差，腐蝕問題也不好解決，目前的應用很有限。碳纖維-強度高，減重效果好。瓶頸是材料和加工成本過高。玄武巖纖維-價格和性能都不及碳纖維，目前屬于應用的初級階段。那既然鎂和復合材料大規模應用還早，咱們就主要談談車身上的鋼和鋁吧~
簡單的說，屈服強度就是材料開始有不可恢復的變形（比如管子彎了沒辦法變直）時的強度，表征材料抗變形的能力。抗拉強度是指材料破壞 (管子斷掉了) 時強度，表征材料抗破壞的能力。一般來說，抗拉強度總是大于屈服強度。當說到強度的時候，注意說的是哪個強度，才好比較。簡單的可以用延伸率來衡量，也就是材料變形多少以后開始破壞。冷成形材料做成零件需要很大的變形，所以在冷成形材料中這個量尤為重要。首先從鋼說起，必須要強調的是，“鋼”和“鋼”之間可也是有很大不同的噢。圖1：高強鋼拉伸強度與延伸率的關系圖（圖片來自先進高強鋼應用指南 V6.0）圖1展示了不同種類的汽車用鋼拉伸強度與延伸率范圍，行業內的人親切稱之為“香蕉圖”（像不像個大香蕉？）可以看到，車身用鋼的強度可是涵蓋了巨大的范圍。從最低的200兆帕（MPa）到最高的2000兆帕，跨了一個數量級。軟鋼比較常見就不多說了。習慣上，我們把抗拉強度超過500兆帕的鋼稱作先進高強鋼（AHSS）。先進高強鋼中又分作第一代高強鋼，主要是雙相鋼（DP），塑性引導相變鋼（TRIP），復相鋼 (CP) 等等。其中雙相鋼是用的最多的。第二代高強鋼以孿晶誘導相變鋼（TWIP）為代表。雖然孿晶誘導相變鋼強度和延展性都不錯，可是由于價格和性能（屈服強度太低，曾經有過延遲開裂的問題）等等原因，目前幾乎沒有應用。第三代高強鋼是目前汽車鋼研究的熱點，比較有代表性的是淬火配分鋼（QP），已經有主機廠使用。其他的如中錳鋼，貝氏體。說了這么多，小伙伴們知道了鋼的家族有這么多能力和特性不同的成員，以后就不要再用鋼板厚度去衡量車的安全性啦：不同的鋼板性能差太多！下面再說說鋁。最近幾年鋁可算是車身材料中的寵兒，全鋁車身概念不斷有人在炒。那是不是全鋁車身就一定比鋼車身更安全呢？當然不是了。鋁的分類一般按照合金成分，一共有九個系列。目前在車身上用的比較多的就5, 6, 7系鋁材。其中5系因為變形模式的問題，不適合做汽車的外觀件，所以車門、發動機罩蓋、側圍這種拋頭露臉的機會一般就送給6系啦，專業上叫做A級表面。7系算是鋁合金中的高強材料，抗拉強度一般500兆帕，已經是目前鋁的極限了。和前面剛提到的鋼相比，基本就是先進高強鋼的入門級水平。所以以后說鋁合金強度有多高，千萬別拿鋼做參照，比不過啦~不過鋁的天然優勢是密度小，只有鋼的三分之一。在同樣的體積下，重量也就是鋼的三分之一，所以在車身輕量化上還是有很大用武之地。最體現其價值的地方是覆蓋件，畢竟強度在這個位置不那么重要。至于與結構安全相關的零件，要看設計水平來整體把握：比鋼輕？還不一定呢。下面回到正題。車身上什么地方用到剛才說的這些材料，怎么用呢？一個基本原則：對的材料用在對的地方。換句話說，不同位置的需求不同，需要的材料也不一樣。汽車材料選擇中需要考慮的最重要的一點就是面對碰撞時的安全性。對于碰撞安全，車身可以分成兩個主要的區域：吸能區與安全區。如圖2所示，車身的前后位置可以認為是吸能區，而中間乘客坐的位置，被定義成安全區。不同區域對材料的要求很不一樣。比如汽車的前后部，包含前后縱梁、吸能盒等零件。其需要的主要功能是對于來自前后端的碰撞進行能量吸收。強度和變形圍成的面積可以大約認為是材料吸收能量的能力。我們當然不希望這些吸能零件在碰撞的過程中過早斷掉，所以有一定的延伸率是對這些零件的基本要求。其次的需求是強度。強度不要過強以至于把主要能量向后傳遞，也不要過弱以至于達不到吸收足夠能量的功能。合適的強度和良好的變形能力就是這些零件的需求。6系7系鋁合金，600MPa級的高強鋼都是合適的選擇。駕駛員和乘客的安全絕對是重中之重。一個對安全區形象的描述就是“安全籠”（safety cage）的概念。組成“安全籠”的零件包括A柱，B柱，上下門檻，車門防撞梁等等。車身上最強的材料，比如熱成形鋼和高等級的先進高強鋼就用在這里。這里對材料的要求很高，一方面希望材料足夠強以至于對安全籠的侵入量很小，不要傷害到乘客。另一方面在這很小的侵入過程中，還是希望能吸收足夠多的能量，材料不要破壞。記住一點，碰撞的動能不被零件吸收，就可能被人吸收。碰撞中最重要的不是車子零件的變形程度，而是人的安全。以后大家對網上那些車輛碰撞以后誰贏誰輸的圖片和視頻，要有科學的判斷~車門和發動機罩蓋這種覆蓋件對強度的要求就很低了，最主要的是剛度變形的要求。這里普通的軟鋼或者6系鋁板都可以使用。鋁板的減重效果在這些零件上體現的很明顯。不過因為鋁的成形性不夠好，如果發生了小規模剮蹭，鋁板是沒辦法修理的，只能更換。這方面鋼板就方便多了。對于不同力學行為的材料用在的具體零件，可以參見圖3藍色：適度的強度與延伸率的組合，吸能和安全的雙重任務紅色：高強度低延伸率材料，核心安全零件，保護乘客安全
愛馳U5采用的是上車身鋼，下車身鋁的車身結構。在作為吸能區的下車身前端，使用了5,6,7系鋁板、鑄造鋁、擠壓鋁等等不同的材料，最大程度的實現吸能的功用。而上面提到的“安全籠”區域大量的使用了先進高強鋼和熱成形鋼，甚至于目前車身上最強的2GPa納米熱成形鋼，保證了成員倉的安全。除了材料本身的強度，零件之間的連接強度對車身安全也非常的重要。 不同的材料對應不同的連接方法，從適合同種材料的焊接到適合異種材料的機械冷連接，需要選擇合適的方法。
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