【材料】轻量化金属材料的应用

作者：

长城汽车股份有限公司技术中心 / 河北省汽车工程技术研究中心 

苑雪雷、卢曦、叶明礼

近年来，顺应汽车轻量化、提高汽车碰撞安全性能、降低制造成本和未来汽车发展的需求，金属材料方面，高强度钢和铝合金材料的应用越来越多，相应地，热成形、激光拼焊板等高效的成形工艺的研究和开发也受到了业界厂商的广泛关注并取得了创新和应用。

高强度钢板是在普通碳素钢的基础上加入少量合金元素制成，这种钢板的生产成本与普通碳素钢相近，但合金元素的强化作用使其抗拉强度比普通钢板高很多。

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1. 高强度钢板优势

（1）可减轻零件的重量（图一）

（2）用于车身外部件

（3）可加工硬化率比普通钢板高

2. 高强度钢板的分类及应用

（1）加磷高强度钢

（2）烘烤硬化钢板

（3）低合金高强钢板（图二）

（4）双相高强度钢

（5）相变诱导塑性钢

图 2 低合金高强钢板的应用

将高强度钢板加热到奥氏体温度范围内，钢板组织完成变化后，快速移动到模具中进行快速冲压，在压机保压状态下，通过模具中布置的冷却回路并保证一定的冷却速度，对零件进行淬火冷却，最后可获得超高强度的热成形冲压件，其内部组织为马氏体，抗拉强度可达 1 500MPa甚至更高。

近年来，热冲压件在车身上的应用越来越广泛。如图 3 所示，宝马 7 系车型多种材料集成应用，其中热成形材料（Mn—B钢板）占 15%（A/B 柱、门槛梁等），在欧宝 Astra 车型中有热成形材料（Mn—B 钢板）占比18%，使用高强度热成形钢板的部件包括 A/B/C 柱、加强板及中央通道等。

铝合金相对于纯铝可以提高强度、硬度，除固熔强化外，有些铝合金还可以热处理强化，使有些铝合金的抗拉强度可超过600 MPa，与低碳钢相当，强度与密度则胜过某些合金钢。按铝合金的成分、加工特点和性能，铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。

1. 铝合金的技术优势

（1）铝合金的比重轻

（2）强度高，延性、塑性好

（3）加工工艺性能好

（4）具有良好的抗蚀性

（5）易于涂装且表面可以精饰；

（6）可以回收，循环使用，是很好的绿色材料；

（7）具有高的弹性变形性能。

2. 铝合金的应用

（1）形变铝合金板材

如图 4 所示，业界已有全铝白车身、前机舱盖外板及仪表盘支架等铝合金板材的应用。

（2）铸造铝合金

现阶段部分车身部分零部件也开始采用铸造铝合金制造（见图 5）。

随着能源危机和环境问题的加剧，节能减排、低碳环保已经成为汽车制造业最重要的出发点，因此，轻量化已是大势所趋，这也促进了先进高强钢的开发及相应成形技术的发展。当然，多种材料复合车身也是未来的发展趋势，全铝车身、酚醛树脂、超高强钢、变料厚钢板及碳纤维复合材料相继出现在车身应用中，多种材料复合车身是未来的发展趋势。

来源：中国钢研战略所