轿车车身材料知多少?金属与非金属材料大揭秘

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轿车车身作为车辆的关键部分,不仅构成了乘客的乘坐空间和乘坐环境,而且其外观也彰显了整车的造型艺术风格和独特特征。因此,车身材料必须同时满足设计、生产(制造)、装配以及维护等方面的严格标准;同时,还需符合使用性能和安全性能的相关要求,这包括强度、刚度、耐腐蚀性、延展性以及焊接性和加工成型性等,因此,轿车车身所使用的材料种类相对较多。

车身用材料大致可分为二大类:

金属材料包括钢板、铸铁等重型金属;同时涵盖铝、镁、钛等轻型金属及其合金;此外,还有泡沫金属等特殊材料。

工程塑料、纤维材料、树脂制品、玻璃制品、橡胶制品、非金属泡沫以及非金属复合材料等,均属于非金属材料范畴。

轿车车身材料的使用分类:

钢板种类繁多,包括热轧和冷轧钢板,经过表面处理(如镀覆)的钢板,不锈钢板,以及高强度钢板等。

2、轻金属材料:铝板、铝合金、镁合金、钛合金等

3、复合材料包括:玻璃纤维增强材料,也称作GFRP;碳纤维增强材料,亦称为GFRP等。

4、非金属材料:玻璃、塑料、橡胶、皮革、人造革、化学纤维等

5、衬垫材料:皮革、纸板、软木、石棉、人造革、泡沫塑料等

涂装材料包括多种成分,如油料、树脂、颜料、稀释剂以及辅助材料,此外还有底漆、面漆、腻子等。

7、内饰材料:各类织物、皮革,软质材料,塑料等

8、胶粘剂:密封胶、粘接剂等

一、轿车车身用钢板

钢板的主要性质有:可塑性、弹性、加工硬化等

热轧软钢板,其碳含量通常不超过0.15%,具有较低的硬度和相对较弱的抗拉性能。这类材料常被应用于制造挡泥板、地板、行李箱的铰链以及保险杠等部件。

冷轧软钢板在加工性能上优于热轧软钢板,并且外观更加精致。例如,Q215、碳钢以及低合金结构钢的冷扎钢板,10F、08F型号,以及优质碳素结构钢的冷轧薄钢板等,这些材料广泛应用于车身外板、零件外壳、车顶板、行李箱盖、发动机罩、车门内外板、保险杠和挡泥板等部位。

高强度钢板,其抗拉性能十分显著,具备出色的抗破坏性能。此类材料常被应用于车身的外部面板、翼子板等部位。

表面处理钢材,包括镀锌钢板以及采用锌粉漆进行涂装的钢板等,其防腐蚀性能显著。这类材料常被应用于车门、车顶内衬板、下护板以及车身底部等部位。

汽车车身用钢(3类):

汽车车身外板用钢:

汽车车身外板所采用的钢材,主要被用于生产前门、后门、左门、右门的车门外板,以及发动机罩外板和行李箱盖外板等部件。汽车车身的外板必须具备出色的成型能力、耐腐蚀性、抗凹性能以及优异的点焊性能。这类外板通常采用镀层板制作,以确保汽车外板在4年的使用周期内无锈迹,满足防腐需求(*近期欧洲对防腐性能提出了更高要求,即外板防腐性能需与汽车使用寿命相当)。为了增强抗凹性,汽车外板所选用的钢板多采用BH钢(烘烤硬化钢)、IF增磷钢以及高成型性的冷轧退火双相钢(例如DP30260等),通过减薄钢板厚度来保证其抗凹性;而涂层板则多采用热镀锌板、热镀锌铁板、电镀锌板以及电镀锌- Ni板等,使用合金镀层板的目的在于减少镀层厚度、提升结合力、改善点焊性能,并减少焊接车间锌污染。

汽车车身内板用钢( 四门两盖的内板用钢):

汽车车身内部零件的形状比外部零件更为复杂,这就需要车身内板所使用的钢材具备更强的成形能力和深冲性能。因此,车身内板普遍采用成形性和深冲性能优异的IF钢,同时也会使用少量的IF-增磷钢。其表面镀层的要求与外板相同,可以是热镀Zn2Fe板或电镀Zn2Ni板。鉴于合金镀层较薄,为了防止在运输或冲压过程中对镀层的损害,通常会在镀层板的表面涂覆一层有机薄膜。这层薄膜不仅能够保护镀层,还能提升冲压性能,减少冲压过程中的摩擦和镀层损伤,从而改善板材的成形性。

汽车车身结构件用钢—先进高强度钢:

高强度钢板的种类主要有:

加Si、Mn、P等固溶强化型;

加Nb、Ti、V等析出硬化型;

复合组织型、双相型和回复退火型等。

高强度钢板具备的拉伸承受力通常超过600N/m㎡标准,而其承受破坏的能力则是低碳钢板的2至3倍之多。

车身结构部件,亦称白车身,其重要性不仅体现在汽车碰撞安全性上,还与汽车的轻量化设计紧密相关;因此,在选择材料时,既要保证其具备高强度特性,也要确保其具有良好的塑性。先进的高强度钢(Advanced High Strength Steel,简称AHSS)因其优异的应变分布能力与显著的应变硬化特性,使得其力学性能更为均衡,从而回弹量的变化幅度较小;此外,此类钢材还具备更佳的碰撞性能和更长的疲劳寿命;因此,使用这类钢材在降低板厚和减薄规格方面具有更大的潜力。

具体钢种举例(9种):

1、超深冲IF 冷轧钢板

轿车车身材料种类_汽车钢板分类及性质_汽车 冲压钢板 zn5

在碳含量低于0.008%的超低碳钢里,通过添加适量的强碳氮结合元素钛和铌,确保钢中的碳和氮原子完全转化为碳氮化合物(如Ti(C、N)和Nb(C、N)),从而消除了钢中的间隙原子。这种不含间隙原子的钢材被称为“无间隙原子钢”,也称作Interstitial Free Steel,简称为IF钢。

工业生产超低碳IF钢,若未经过钛或铌的微合金化处理,其(111)退火织构不够显著,r值亦不高。微合金化处理的目的是为了消除固溶体中的碳、氮间隙原子,从而获得纯净的铁素体基体。在钢中加入适量的钛和铌,是为了确保钢中的C、N原子能够被完全固定,并且纯净的铁素体中不含有间隙原子,这正是IF钢的冶金学基础。

IF钢按照所添加的微合金元素的不同,可以被划分为Ti-IF钢、Nb-IF钢以及(Ti+Nb)-IF钢三个类别。在我国,所研发的IF钢主要包括Ti-IF钢(型号为St16)以及(Ti+Nb)-IF钢(型号为BIF3,相当于St17)。

IF钢的性能受到化学成分、钢坯加热温度、终轧温度、卷取温度、冷轧压下量以及退火温度等多个因素的影响。然而,在终热轧板卷的生产过程中,应确保其具备细小的铁素体组织以及粗大的碳、氮化合物析出物。这是因为粗大的析出物能够有效降低再结晶温度,同时也有助于提升r值和材料的塑性。在钢的退火处理阶段,必须实现铁素体的再结晶、晶粒的增大以及再结晶结构的形成;同时,较高的退火温度有助于{111}织构的增强和晶粒的粗化。

钢板的力学特性表现为屈服强度在127至190MPa之间有所变化,这一波动幅度相对较大,然而其平均值介于137至149MPa之间,表明在150MPa以下,屈服强度并不算高;抗拉强度则在275至320MPa范围内波动,平均数值在286至301MPa之间,属于较为适中的水平;至于伸长率,它在40%至52%的区间内变动,平均伸长率在43.1%至46.6%之间,这一均值甚至可以与St 17冷轧钢板的性能相媲美。

2、冷轧高强度钢板

深冲冷轧高强度钢板主要依靠磷进行强化处理,这是因为磷的强化性能极为显著,其强度是硅的7倍,是锰的10倍。当在钢中添加0.1%的磷,或添加0.7%的硅,抑或是1.0%的锰时,所获得的强化效果是相同的。这种做法能够显著节省合金元素的使用,既减少了钢材的生产成本,又不会因为合金元素(如硅或锰)的过量添加而损害钢板的塑形性能。

3、冷轧烘烤硬化钢板

在冲压成形之前,薄板的屈服强度相对较低;经过冲压成形或预拉延变形处理,紧接着进行烘烤(大约在170℃的温度下)或高温处理,这样处理后,薄板的屈服强度便得到了一定程度的提升;这种经过烘烤处理增强屈服强度的薄板,我们称之为烘烤硬化钢板,通常简称为BH钢板。

退火处理后的薄板,其内部含有间隙固溶的C、N原子,经过变形作用,使得基体内部的位错密度上升,同时C、N原子向位错的扩散路径变短。在高温时效处理或烤漆温度处理过程中,C、N原子的扩散热激活能得以提升,进而加速了它们向位错的扩散。C、N原子在位错区域聚集,起到钉扎作用,导致薄板再次变形时所需的屈服应力显著提高。这种烘烤硬化现象可以用符号BH来表示。

薄板的烘烤硬化值,即BH值,主要受钢中固溶原子C的影响。当固溶C的含量上升时,BH值也随之增大。为了防止薄板在短短三个月内产生时效性,有必要对钢中的固溶C含量进行调控。通常情况下,控制在一个合理的范围内,便能够实现这一目标。

4、相变诱导塑性钢

将含有0.10%至0.40%的碳、1.0%至2.0%的硅和1.0%至2.0%的锰的合金,加热至α与γ两相共存区域,并维持一段时间,随后以特定速率冷却至钢的贝氏体转变温度进行保温,最终形成由铁素体、贝氏体以及10%至20%的残余奥氏体组成的混合组织。在钢板进行冷加工成形的过程中,残余奥氏体会被激发转变为马氏体,从而展现出优异的高强度与高塑性特性。

5、冷轧双相钢板

随着力度的提升,钢板的拉伸能力逐渐减弱。为了得到既具有高强度又具备良好塑性的钢板,其理想的结构应当是铁素体(具有高塑性)与马氏体(具有高强度)的结合。同时,马氏体需确保在冲压过程中不破坏铁素体这一基本组织的连续变形,形成岛状分布。具备这种铁素体与马氏体组合的钢材,我们称之为双相钢。

它具有以下优点:

a、屈服点低,抗拉强度高,屈强比低。

b、无屈服点伸长或是屈服伸长"应力应变曲线平滑。

c、伸长率高。

d、初始加工硬化率高,加工强化性能高。

e、抗疲劳性能好。

6、表面处理钢板(可与高强度钢板结合)

热镀锌与电镀锌的钢板,合金化热镀锌钢板,简称GA钢板,Zn-Ni合金的电镀钢板,双层Zn-Fe合金的电镀钢板,以及薄膜有机复合钢板。

数据显示,采用热镀锌钢板制造的汽车,其耐腐蚀性和故障发生率仅为普通钢板汽车的三分之一,且这一优势在使用年限增长的过程中愈发显著。目前,国内众多轿车品牌如上海通用别克、上海大众帕萨特、一汽-大众奥迪A6以及一汽轿车M6等,均已全面采用镀锌钢板制造车身。然而,尽管如此,产量较高的上海桑塔纳和一汽捷达车型,其车身所使用的镀锌钢板重量每辆仅为约20至25公斤。

7、减振复合钢板

减振复合钢板由上下两层钢板夹着一层厚度仅为0.05mm的高分子阻尼材料构成,这种结构巧妙地将金属与高分子材料的特性融合在一起。由此,该钢板不仅继承了金属的强度、塑性和焊接、冷加工成型等优良性能,还具备了高分子材料的阻尼特性。

为了减少汽车振动、降低噪音并提升乘坐的舒适度,汽车发动机及变速器周边的冲压部件通常选用减振复合钢板进行制造。这些部件包括但不限于发动机油底壳、气缸罩盖、变速器正时齿轮盖板、齿轮室罩盖以及驾驶室前围板等。若将减振复合钢板中的高分子阻尼材料厚度从0.05毫米提升至占整个板厚的三分之一至二分之一,此类钢板不仅能展现出卓越的减振效果,还能在不减弱零件刚度的前提下,显著降低汽车的整体重量。

8、热轧酸洗钢板

热轧钢板的生产周期较短,其成本相对较低,且该钢板具备较强的强度和良好的延伸性能,主要应用于制造汽车的车架、车轮、车厢、底盘以及各类结构件。此类钢板经过盐酸酸洗、在线平整处理和涂油等工序,表面光滑且平整,尺寸精度极高,被称为热轧酸洗钢板。它可以替代部分冷轧钢板用于生产结构件和深冲件,从而有助于降低汽车的生产成本。