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关于车身用料那些事儿 只看这一篇就够了

发布时间:2022-09-20

近些年随着电气化与智能化的加入汽车圈,引申出主动安全的概念,即车辆主动避险的能力。然而这毕竟是个过渡技术,现阶段而言,没有一家车企敢百分百打包票说自家的主动安全系统可以完全避免车祸的发生。即使未来这种技术真能实现,你也不能保证别的车辆不会过来撞你。到时候,真能保你一命的还得是汽车的被动安全。

那么关于被动安全,可以从两个维度来展开说明,一是车身的框架结构,这主要起到能量的传导作用。二就是车身用料材质,说白了就是车身硬不硬。今天我们就来重点聊聊车身用料的那些事儿。

对于绝大多数的汽车来说,其车身的用料首先取决于制造商对立法和法规的考虑,其次才是取决于客户的要求。因此大多数车企更喜欢重量轻、经济、安全和可回收的特色材料。

钢无疑是汽车制造中最常用的材料。几乎每个型号都设计有一些钢材,仅仅是因为它便宜、坚固、容易获得且易于加工。通常,您可以在制动器、发动机、排气装置、车轮、底盘和车顶等部件中找到这种钢。

1.钢:


钢材有多种等级可供选择,其重量与制造零件和生产材料的成本成比例增加。因此,汽车制造商在生产过程中通常会使用不止一种钢材——在需要更多加固的地方优先使用更好的钢材。

2.铝:


随着汽车轻量化需求的提高,铝在汽车圈内开始流行起来,广泛应用于底盘和车身结构。相比于钢,铝更坚固、更轻,同时它还完全防锈。然而,铝的缺点是,它通常比钢更难加工且价格更高。因此,您不会经常在便宜的车型中看到它。奥迪和捷豹是两家率先使用铝制造汽车的制造商。最新的资料表明,通过用铝代替钢,白色车身节省了 50% 的钢材。这可以使车辆的总重量减少20-30%。

3.镁:


镁是另一种轻量级金属,近几年来在汽车圈的增长速度越来越快。它比铝还轻33%,比钢轻75%。镁组件具有许多机械缺点,需要独特的设计才能用于汽车产品。与铝相比,镁具有较低的拉伸强度、疲劳强度和蠕变强度。镁合金的模量和硬度低于铝,而热膨胀系数较大。由于其机械强度低,不能使用纯镁,必须与其他成分合金化,其中包括铝、锰和锌。

4.铁:
铁也是制造汽车的常见选择。这种金属在过去被广泛使用时,因为很难找到质量和价格更好的其他材料。然而,铁在当代车型中的使用较少,主要是因为它相对较重且难以使用。话虽如此,它的重量通常会带来很大的耐用性,这就是它仍然用于某些发动机部件的原因。

5.钛:


钛基本上是一种奇特的材料,它非常轻巧、坚固,并且能抵抗风化盐水和化学物质的腐蚀。这种金属很难制造,因此在高端车型的运动型排气系统中才能看到。与相同密度的金属相比,钛的强度最高,使其成为减轻整体重量并为保时捷等豪华汽车打造更坚固部件的理想选择。

6.碳纤维:


自1980年代以来,碳纤维硬壳式设计开始用于赛车,如方程式赛车和勒芒系列原型车。第一款采用碳纤维硬壳设计的量产车是Jaguar XJR-15,现在很多跑车都有碳纤维材质,此外由于碳纤维独特的纹理,一度被用在外饰件或以装饰为主的一些零部件。。碳纤维复合材料结构比低碳钢结构减重50%以上,比镁/铝合金结构减重达30%,同时其可减少70%装配零件数量,拥有良好的抗疲劳性和耐蚀性,零件使用寿命高。同样碳纤维材料本身的价格昂贵,工程化成本更为高昂,生产节拍与传统冲压相比缓慢。随着人们对碳纤维技术深入研究,在汽车的应用领域也逐渐扩大,其创新产品也逐渐增多,逐步应用在一些亲民的新能源汽车(宝马i3)中。

除了用料材质的区别外,不同的加工工艺对车辆的强度也会有一定的影响。比如就拿最常用的钢材举例,其中就包括有热成型钢、冷轧钢、高张力钢板、涂镀层钢板、不锈钢板等等。

热成型钢


热成型钢又叫热轧钢,在高于材料再结晶温度下进行。如果是钢,温度会加热到950°C 以上,然后又迅速冷却,全面提升了钢板强度,经过这样处理的钢材称之为热成型钢。在汽车领域中,通常热成型钢指的是对硼钢的热成型处理,硼钢是指在普通钢材当中添加硼元素(含量小于1%)而得到了一种钢材,这样可以大大提高普通钢材的强度,而这也是目前汽车行业使用的最强钢种。

一般热成型钢的屈服度达1000Mpa之上,相当于每平方厘米能承受10吨以上的压力,把这种材料用在车身上,在车身重量几乎没变的情况下,承受力提高了30%,使汽车的刚强度达到全新水准。


以沃尔沃XC90为例,其广泛使用了热成型硼钢,用量约占总重量的40%。值得一提的是,这一数据至今无人能破。要知道XC90问世于2014年。也就是说8年过去了,目前市面上热成型钢用料占比最高的依然是XC90。事实上,出自沃尔沃SPA平台的汽车,车身的38%都是热成型钢。这其中还包括有领克09。



除了沃尔沃,福特也是硼钢的广泛使用者之一,用于所有福特汽车的车门防撞梁,以在发生侧面碰撞时帮助保护乘客;此外在部分车型的AB柱连接处、铰链柱以及其他关键区域,也都有硼钢的身影。


在日常生活中,硼钢也有多处应用,包括高尔夫球杆、搪瓷制品、烟花以及核反应堆等。

既然超高强度钢那么强,为什么不全车都用上呢?除了成本限制外,还有考虑到吸能以及缓冲等问题。


还是让我们以XC90为例,可以看到全新XC90(第二代)在对硼钢的使用主要是围绕着乘员座舱进行的,相对于初代XC90,对整个“笼式车身”都采用了超高强度钢(图中红色区域),具体包括为A柱、B柱、C柱以及底盘纵梁等。因为这些地方可以承受起来自各个方向的撞击,无论是车辆发生翻滚或重物压顶,这套由超高强度钢打造的“笼式车身”都能为乘员提供全方位的保护。

有道是“好钢用在刀刃上”,对于离驾驶座舱较远的车头与后备厢等部分,XC90上采用的则是强度较低的钢材,在实现一定溃缩吸能的同时,尽可能的降低整车制造成本。



如果说主动安全技术是汽车安全的上限,那么被动安全则是汽车安全的下限。我上限可以不高,但下限绝不能太低。希望车企们能多在汽车用料方面下功夫,而不是净搞些有的没的噱头。也希望消费者在购车时多了解些被动安全方面的数据,别被厂商的人给忽悠了,毕竟安全是咱们自己的。

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