轿车车身材料知多少?金属与非金属材料大揭秘

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汽车的外形是汽车整体设计的关键部分,它不仅界定了座舱的轮廓,也影响了乘客的体验,同时体现了车辆的美学理念和独特个性。因此,车身用料必须符合设计、制造、组装、维修等环节的需求;同时也要满足使用、安全等方面的标准,具体包括强度、刚性、抗腐蚀性、延展性以及焊接性能、易于加工成型等指标,所以轿车车身选用的材料种类相当丰富。

车身用材料大致可分为二大类:

金属材质涵盖钢板、铸铁等密度较高的物质;也包括铝、镁、钛这类重量较轻的金属,以及它们与其他元素组合形成的合金,还有内部含有大量气泡的金属形态

非金属类物料包括工程聚合物,各种纤维,树脂基材料,玻璃制品,橡胶制品,非金属类泡沫材料,以及非金属复合型材料等

轿车车身材料的使用分类:

钢板有热轧和冷轧的,还有经过表面镀覆处理的,此外有不锈钢的,以及强度较高的钢板等种类

2、轻金属材料:铝板、铝合金、镁合金、钛合金等

玻璃纤维强化材料,碳纤维强化材料,都属于此类复合材料,它们通过纤维增强来提升材料性能。

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,例如油料、树脂、颜料、稀释剂以及辅助材料等,具体产品有底漆、面漆、腻子,同样也有辅助材料。

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:碳元素含量通常不超过0.15%,其坚硬程度不高,承受拉力时表现一般。这种材料常用于制作挡泥板,铺设地面,行李箱的连接件,以及汽车的保险装置等。

冷轧软钢板具有更佳的加工特性和更出色的表面质量。它包括Q215、碳钢以及低合金结构钢冷扎钢板,还有10F、08F和优质碳素结构钢冷轧薄钢板等种类。这种钢板常用于制造汽车车身的外部板件,例如零件的外壳、车顶板、行李箱盖、发动机罩、车门内外板、保险杠以及挡泥板等部件。

超高强度钢板:其抗拉性能非常突出,具备显著的耐损性能。常应用于汽车外壳板、侧翼板等部位。

涂层钢板:包括镀锌板和锌粉涂装板,抗锈蚀能力强。常用于汽车门板、车顶内衬、底部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:

汽车外壳钢料主要用于打造车前板、车后板、左侧板、右侧板等部件,也用于制作引擎盖板和后备箱盖板等构件。汽车外壳材料需要具备优异的塑形能力,耐腐蚀性能和抗凹陷特性,同时还要有良好的焊接效果,汽车外壳材料通常采用镀层板材,目的是为了满足车辆在使用四年内不出现锈迹的防锈需求(最近欧洲提出了更严格的防锈标准,即外壳的防锈能力要与车辆使用寿命相同) ,为了增强抗凹陷能力,汽车外壳的钢板多选用BH钢(经过烘烤硬化的钢材) , IF增磷钢以及具有高塑形性的冷轧退火双相钢(例如DP30260等) ,这样做可以减薄材料厚度,同时确保抗凹陷性能;镀层板材则多采用热镀锌板、热镀锌铁板、电镀锌板以及电镀锌- Ni板等,使用合金镀层板材的目的是为了减薄镀层厚度,提升结合强度,改善焊接性能,并且减少焊接车间内的锌污染问题。

汽车车身内板用钢( 四门两盖的内板用钢):

车身内部构件的构造比外部部件更为复杂,需要选用延展性更强的钢材,以便进行深拉延工艺,因此内部构件多采用IF钢材,偶尔会使用IF - 磷含量增加的钢材;其表面处理要求与外部部件相同,可选用热浸镀锌铁合金板或电镀锌镍合金板;由于合金镀层较薄,为避免在运输或加工过程中镀层受损,通常在镀层表面再覆盖一层有机涂层,既能保护镀层,又能提升拉延性能,同时减少冲压过程中的摩擦和镀层破坏,进而优化板材的成型效果。

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。

这种特殊钢材的拉伸承载力通常达到每平方分米六百牛顿以上,它的极限抗压能力是普通碳素钢的两到三倍。

车身构造部件或白车身,与车辆撞击防护紧密相连,同时关乎车身减重成效;所以材料挑选标准,必须兼具优异的强度表现,以及充分的延展能力。这种特殊钢材应变调整能力突出,抗变形能力强,因此力学指标稳定,回弹幅度不大;它撞击表现优异,经久耐用性更强;所以选用此类材料能够有效压缩板材厚度,减少加工损耗。

具体钢种举例(9种):

1、超深冲IF 冷轧钢板

汽车车身冲压_汽车车身用钢板类型_轿车车身材料种类

在含碳量低于0.008百分点的超低碳钢材里,添加足量能形成强碳氮化合物的元素钛和铌,促使钢材内的碳氮原子全部转化为碳氮化合物(包括Ti(C、N)和Nb(C、N))形态,这种钢材不含任何间隙原子,因此得名“无间隙原子钢”,也称作Interstitial Free Steel,简称为IF钢。

制造超低碳IF钢时, 若未实施钛或铌的微合金化工艺, 其(111)相的退火织构不会显著, r系数也偏低, 原因在于微合金化工艺旨在清除固溶体中的碳氮间隙元素, 获得不含杂质的铁素体组织。添加钛和铌的量需适当, 以确保钢内所有C、N原子都能被固定住, 而纯净铁素体中本就不存在间隙元素, 这构成了IF钢的冶金学核心原理。

IF 钢依据所加微量合金元素之别, 可划分为钛强化IF钢、铌强化IF钢以及钛铌复合强化IF钢这三种类型。国内研发的IF钢主要包括钛强化IF钢(St16)和钛铌复合强化IF钢(BIF3、等同于St17)。

IF钢材的特性和品质取决于多种因素,包括构成成分、钢锭的受热程度、最后压延的温度、卷取时的温度、冷轧时的压下幅度以及回火的温度。理想状态下,完成热轧的板材应当形成微细的铁素体结构,并且含有尺寸较大的析出物,比如碳化物和氮化物。之所以追求这样的组织形态,是因为较大的析出物能够有效降低再结晶的门槛温度,并且对改善r值和材料的延展性具有正面作用。在钢进行退火操作期间,铁素体将发生再结晶现象,同时晶粒会出现尺寸增大的情况,并且再结晶组织会随之形成;较高的退火温度能够促进{111}取向织构的形成,同时也会导致晶粒变得更加粗大。

钢板的力学特性表现如下:其屈服力度在127到190兆帕之间变化,变化幅度比较明显,但整体平均值位于137到149兆帕之间,说明150兆帕以上并非其屈服力的主要范围;抗拉力度变动区间为275到320兆帕,平均数落在286到301兆帕之间,显示其抗拉能力较为平衡;延伸率的变化区间是40%至52%,平均值为43.1%到46.6%,整体水平达到了St 17冷轧钢板的标准。

2、冷轧高强度钢板

这种钢板依靠磷元素来增强性能,因为磷的强化作用非常显著,大约是硅的七倍,锰的十倍。在钢里添加0.1%的磷,和添加0.7%的硅或者1.0%的锰,所达到的强化程度是一样的。这样做可以节省很多合金成分,既减少了钢材的制作费用,又不会因为合金成分(硅或锰)含量过高而削弱钢板的延展性。

磷通过取代铁原子实现固溶强化作用,其原子取代会引发弹性形变,造成晶格发生位移,进而提升钢材的强度水平。磷元素在钢材中的低温脆化现象备受关注,当钢内磷含量不超过0.12%时,这种脆化效应并不显著。此外,必须强调的是,随着钢内碳含量的提升,磷元素的脆化趋势会变得更加明显,因此通常采用低碳或超低碳的方式制造深冲用的高强度钢板。

3、冷轧烘烤硬化钢板

这种薄板在冲压成形前,其屈服强度值相对较低,经过冲压成形或预拉延变形之后,紧接着会实施烘烤处理,温度大约在170℃,或者进行高温处理,这样薄板的屈服强度会有一定程度的增强,我们把这种薄板叫做烘烤硬化钢板,也简称为BH钢板。

含有间隙固溶原子C、N的退火状态薄板,在经过塑性变形之后,使得基体内部的位错数量显著上升,C、N原子向位错移动的路径变短,在经过高温时效处理(或烤漆温度处理)期间,增大了C、N原子移动的热能需求,从而加速了它们向位错的移动过程。C、N原子在位错位置聚集,阻碍位错运动,此时薄板再次发生塑性变形需要更大的起始应力。薄板表现出烘烤硬化现象,用BH来衡量。

薄板的烘烤硬化性能主要取决于钢内溶解的碳原子含量,随着碳原子含量提升,性能会增强。为了防止薄板在三个月内发生老化现象,需要控制钢内溶解的碳原子数量,通常维持在某个范围内,这样就能取得

4、相变诱导塑性钢

将含碳量控制在0.10到0.40之间,含硅量维持在1.0到2.0之间,含锰量同样设定在1.0到2.0之间,将这些成分加热至(α+γ)两相共存区域,持续恒温一段时间,随后以特定速率冷却至钢的贝氏体转变温度,保持恒温,最终形成由铁素体、贝氏体以及10%到20%残余奥氏体构成的复合结构。当这种钢板经过冷加工变形时,会促使残余奥氏体转变为马氏体,从而展现出优异的高强度和良好塑性。

5、冷轧双相钢板

当应力水平提升时,板材的延展性会降低,为了得到兼具优异强度与良好韧性的板材,最合适的微观结构组合是铁素体(具备高延展性)和马氏体(拥有高硬度)。需要确保马氏体在板材成形过程中不会中断铁素体(主要变形层)的连续变形,马氏体应当呈现分散的颗粒状,这种铁素体与马氏体并存的材料被称为双相钢。

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。

冷轧双相钢通过相变强化工艺,能够获得优异的强度表现和显著的塑性优势,这种材料同时具备出色的抗疲劳能力、强大的碰撞能量吸收性能、优异的抗凹陷特性以及高度的安全性,因此受到了汽车行业的广泛关注,有潜力成为汽车制造,尤其是轿车领域,最理想的选择之一。

6、表面处理钢板(可与高强度钢板结合)

热浸镀锌钢板和电镀锌钢板,合金热浸镀锌钢板,又称GA钢板,锌镍合金电镀钢板,双层锌铁合金电镀钢板,以及薄膜有机复合钢板

调查发现,采用热镀锌钢板制造的车辆,其锈蚀程度和故障频次大约是普通钢板制造的车辆的三分之一。这种现象在车辆使用时间增长的过程中体现得更加清晰。现阶段,在中国,像上海通用别克、上海大众帕萨特、一汽-大众Audi A6以及一汽轿车M6等车型,其车身完全选用了镀锌钢板材料。然而,产量较大的上海桑塔纳和一汽捷达,每辆汽车所使用的镀锌钢板大约只有20到25公斤。

7、减振复合钢板

减振复合钢板由三层材料构成,上层和下层为金属板材,中间层为厚度约0.05毫米的阻尼性高分子材料,将金属与高分子两种材料的优势有效融合在一起,展现出综合性能。这种钢板既继承了金属材质的优良力学性能,包括高强度、良好塑性、易于焊接以及冷加工成型能力,同时也具备了高分子材料的独特阻尼效果。

改善车辆平稳性、减弱声响、提升驾乘体验,发动机与变速箱附近的钣金件多选用阻尼合成板材打造,例如引擎油底壳、气缸顶盖、变速箱正时齿轮板、齿轮舱盖以及驾驶舱前挡板等。若把减振复合钢板中间的高分子阻尼材料厚度从0.05毫米提升到板材总厚度的三分之一到二分之一之间,这种钢板将展现出卓越的减振效果,并且能够在不牺牲零件刚性的前提下,显著降低汽车的重量。

8、热轧酸洗钢板

热轧钢板制造过程简单,费用较低,其材质具备优良的抗拉性能和显著的延展能力,常被用于打造汽车的车身框架、轮胎部件、载货箱体以及底盘系统等构造组件。此类钢板会经过盐酸溶液处理、连续压平工艺和表面涂油作业,使其表层达到极为光滑且平整的状态,同时确保了精确的规格参数,因此得名热轧酸洗钢板。这种材料能够部分替代冷轧钢板,用于制造各种构造部件和需要深冲加工的零件,从而有效控制汽车的整体造价。