汽车车身上的钢铝之争
1 7 发布于 2022-04-24 14:35:36 只看楼主 热门标准
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       在汽车界,一直有着一种铝合金车身比钢制车身高级的说法。那么,这种说法在不在理呢?今天希望通过我的解读,能让各位老司机心中都有一个明确的答案。

一、铝合金及其优势


     铝合金,尤其是高强铝合金(一般指抗拉强度大于480MPa的铝合金,主要指2系和7系铝合金;但也有人将6系铝合金归类为高强铝合金,其抗拉强度一般在300MPa量级)被广泛应用于航空航天以及军工领域,因此给人一种高大上的感觉。为什么航空航天上要用铝合金,我想很多人都会说因为铝合金比较轻,确实,这是铝合金应用于上述领域的主要原因。谈到这里,就不得不说铝合金的一些优点了。
   (1)密度低。铝合金的密度约为2.7g/cm3,大约是钢的密度的三分之一。不考虑其他因素情况下用铝合金替代同等强度级别的钢可以减重约三分之二,减重效果非常诱人。
   (2)耐腐蚀。铝合金表面容易生成一层致密、牢固的Al2O3的保护膜。这层保护膜只有在卤素离子或者碱离子的激烈作用下才会遭到破坏,因此铝合金有较强的耐腐蚀能力。
   (3)吸能效果好。铝合金相对较软,具备一定的弹性(其弹性模量为钢的三分之一)和延展性,因此铝合金容易变形,可以吸收冲击能量,比如铝合金吸能盒、蜂窝铝等用于碰撞吸能。有关研究显示同等重量的铝合金的吸能值是钢的两倍多。
      其实,总结一下就知道铝合金的主要优势是轻,能够给汽车带来良好的轻量化效果。为什么汽车要轻量化呢?除了我们熟知的汽车轻量化能够节约能量,降低排放之外,还有一个重要原因就是能够提升汽车的操控性。显然,汽车越轻,其惯性就越小,那么汽车在加减速的时候,其响应速度就会更好。

二、当铝合金遇上超高强钢


      因此,看上去使用铝合金替代钢材进行具有很好的轻量化效果。但轻量化不是盲目的减重,是在保证安全的前提下进行的。以前采用高强铝合金来替代部分钢制零件是具有明显的优势的,但是目前随着超高强钢(抗拉强度超过1000MPa的钢)及热冲压技术的发展和对汽车安全性需求的提升,在部分安全件领域,铝合金的优势已然不在。超高强钢热冲压后其强度一般可以达到1500MPa,甚至是2000MPa,是铝合金的3~4倍。此时铝合金若想抵抗同样的力则需要增加到原来厚度的3~4倍,此时其重量也基本和钢的重量相当了,考虑到增加厚度后的笨重体积和价格,明显不划算。对于汽车侧围部分,围绕着驾驶舱的环形区域的安全件,已经可以成熟使用不同厚度和强度的热成形钢激光拼焊后进行一体式热冲压,而且还可以在适当地方添加补丁增强强度和刚度,具有非常好的轻量化效果,而目前采用铝合金是做不到的。此外,铝合金厚度较大不太利于冲压成形。

                                                                                                        一体式热冲压门环

三、铝合金的劣势


        铝合金拥有一些优势,但其劣势也不可避免。主要表现在焊接比较困难。因为铝合金表面存在氧化铝,不导电,难以采用电阻焊,因此铝的焊接只能采用其他价格高昂的焊接方法或者采用铆接等。但是铆接对铝合金的延展性有一定要求,而且铆接会占用一定的空间位置。因此,由于铝合金连接的困难及成本高昂,间接导致了铝合金零件在维修的时候会比较贵,一般不能简单修复,只能彻底更换。当然,铝合金比较软,受碰撞容易产生大的变形甚至断裂,这也是导致铝合金零件维修成本高的原因。铝合金不仅自身焊接困难,其和钢的焊接也比较困难。所以使用全铝合金车身并不一定是因为其较好的轻量化效果,有的时候也是考虑到焊接困难后无奈的选择罢了。除此之外,铝合金的各向异性比较明显,冲压成形时的回弹难以控制,导致成形精度相对较差,对整车尺寸控制提出了挑战;而对于铸造铝合金,其在铸造后需要进行一系列的热处理,也容易产生变形,同时增加生产成本。

四、总结


       总结看来,汽车上使用铝合金主要是基于其很好的轻量化效果和良好的吸能特性;但是目前超高强钢和热冲压技术以及超高强冷成形钢的快速发展使得铝合金在轻量化这一方面的优势不再独领风骚,而安全件更是倾向于使用超高强钢。除此之外,铝合金存在焊接困难和成形精度相对较差的劣势。
        因此,为了综合考虑成本,轻量化效果,安全性等因素,应该在需要使用钢材的部分使用钢材,在需要使用铝的地方使用铝,形成良好搭配。因此,一味褒扬铝或者钢,这都是不合适的。奥迪是第一个真正将铝带入汽车轻量化量产阶段的,其在1994年就制造出了全球第一辆全铝车,因此上代奥迪A8大肆宣扬其使用了全铝车身。然而还是逃不过真香定律,在2017年新一代奥迪A8上市之际,这台车投身于钢铝混合车身的阵营。奥迪轻量化设计中心首席设计师Bernd Mlekusch博士毫不避讳地说道,“未来没有全铝制的汽车车身,热成形用钢将在这一趋势中扮演其独特角色。热成形用钢在车身乘员舱材料使用中起核心作用,在车辆发生碰撞时保护驾驶员和乘客的安全。如果比较‘刚度重量比’,热成形用钢目前领先于铝”。另外,以安全著称的沃尔沃XC90也采用了钢铝混合的车身,其在侧围部分采用了超高强钢提升安全性,在前防撞梁、减震塔和塔顶位置使用了铝合金。

                                                                                                 奥迪A8全铝车身(图片来源于网络,侵删)

                                                                                         奥迪A8钢铝混合车身(图片来源于网络,侵删)

五、岚图梦想家的车身


        作为一款豪华新能源MPV, 岚图汽车的梦想家综合考虑了上述因素,采用了钢铝混合的车身, 车身使用了超过50%的先进高强钢。对于车身侧围,采用了1000MPa/1500MPa/2000MPa三种强度的热成形钢板,5种厚度板料,2个补丁板激光拼焊后一体化热冲压成形的门环,统筹考虑碰撞变形和吸能。此处1000MPa的热成形钢位于B柱下部,和车身的座椅横梁对应,在碰撞时也不会直接冲撞人体,所以此处使用较低强度的热成形钢主要是利用其高韧性进行吸能。此外,车门防撞梁采用2000MPa最高规格铝硅涂层热成型钢,保证侧碰和顶压性能,同时实现轻量化效果。
        基于铝合金的轻量化效果,梦想家MPV使用了铝合金发动机罩(内外板),减震塔;基于铝合金良好的吸能性,采用了铝合金前防撞梁和门槛加强梁(兼具轻量化效果)。在底盘方面,包括悬挂等多个部件采用了铝合金。
        兼具五星安全的开发标准和良好的轻量化效果,这款MPV的零百加速居然达到了5.9s,百零制动距离仅为37米。因此,岚图梦想家绝对是一款值得购买的MPV,物超所值!

                                                                                            岚图梦想家MPV钢铝混合车身

                                                                                    岚图梦想家MPV钢铝混合车身实物图

                                                                                             岚图梦想家MPV一体式热成形门环

                                                                        岚图梦想家MPV使用2000MPa热成形钢防撞梁和补丁板

最后编辑于2022-04-24 14:59:31
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