輕量化金屬材料的應用

全球汽車輕量化的發展勢頭迅猛，新材料和新技術不斷在車身上得到更好的應用。本文主要針對高強鋼、鋁合金材料以及相應的高效成形工藝在整車上的應用作簡要闡述。

作者：

長城汽車股份有限公司技術中心 / 河北省汽車工程技術研究中心

苑雪雷、盧曦、葉明禮

近年來，順應汽車輕量化、提高汽車碰撞安全性能、降低製造成本和未來汽車發展的需求，金屬材料方面，高強度鋼和鋁合金材料的應用越來越多，相應地，熱成形、激光拼焊板等高效的成形工藝的研究和開發也受到了業界廠商的廣泛關注並取得了創新和應用。

高強度鋼板

高強度鋼板是在普通碳素鋼的基礎上加入少量合金元素製成，這種鋼板的生產成本與普通碳素鋼相近，但合金元素的強化作用使其抗拉強度比普通鋼板高很多。

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1. 高強度鋼板優勢

（1）可減輕零件的重量（圖一）

（2）用於車身外部件

（3）可加工硬化率比普通鋼板高

2. 高強度鋼板的分類及應用

（1）加磷高強度鋼

（2）烘烤硬化鋼板

（3）低合金高強鋼板（圖二）

（4）雙相高強度鋼

（5）相變誘導塑性鋼

圖 2 低合金高強鋼板的應用

熱成形鋼板

將高強度鋼板加熱到奧氏體溫度範圍內，鋼板組織完成變化後，快速移動到模具中進行快速衝壓，在壓機保壓狀態下，通過模具中布置的冷卻迴路並保證一定的冷卻速度，對零件進行淬火冷卻，最後可獲得超高強度的熱成形衝壓件，其內部組織為馬氏體，抗拉強度可達 1 500MPa甚至更高。

近年來，熱衝壓件在車身上的應用越來越廣泛。如圖 3 所示，寶馬 7 系車型多種材料集成應用，其中熱成形材料（Mn—B鋼板）占 15%（A/B 柱、門檻梁等），在歐寶 Astra 車型中有熱成形材料（Mn—B 鋼板）佔比18%，使用高強度熱成形鋼板的部件包括 A/B/C 柱、加強板及中央通道等。

鋁合金材料

鋁合金相對於純鋁可以提高強度、硬度，除固熔強化外，有些鋁合金還可以熱處理強化，使有些鋁合金的抗拉強度可超過600 MPa，與低碳鋼相當，強度與密度則勝過某些合金鋼。按鋁合金的成分、加工特點和性能，鋁合金分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。

1. 鋁合金的技術優勢

（1）鋁合金的比重輕

（2）強度高，延性、塑性好

（3）加工工藝性能好

（4）具有良好的抗蝕性

（5）易於塗裝且表面可以精飾；

（6）可以回收，循環使用，是很好的綠色材料；

（7）具有高的彈性變形性能。

2. 鋁合金的應用

（1）形變鋁合金板材

如圖 4 所示，業界已有全鋁白車身、前機艙蓋外板及儀錶盤支架等鋁合金板材的應用。

（2）鑄造鋁合金

現階段部分車身部分零部件也開始採用鑄造鋁合金製造（見圖 5）。

汽車輕量化發展趨勢

隨著能源危機和環境問題的加劇，節能減排、低碳環保已經成為汽車製造業最重要的出發點，因此，輕量化已是大勢所趨，這也促進了先進高強鋼的開發及相應成形技術的發展。當然，多種材料複合車身也是未來的發展趨勢，全鋁車身、酚醛樹脂、超高強鋼、變料厚鋼板及碳纖維複合材料相繼出現在車身應用中，多種材料複合車身是未來的發展趨勢。