轿车车身材料

1 钢板及钢材轿车所用钢板的重量占轿车重量的 50%，而且几乎全用于车身。车身钢板的减薄会产生很大的轻量化效果 ,如减薄 10%就可实现 5%的车身轻量化 ,从而可减少 4%5%的燃料消耗。但是，钢板厚度减薄会使延展刚性下降，耐凹性下降。对此开发了成形性优良的高强度钢板。另外，随着汽车面向世界市场，对于在腐蚀环境严酷地区的防锈对策，应采用表面处理钢板。1.1.1 高强度钢板表 1-1为典型车身外板件、表 1-2为典型车身内板件及其在冲压方面要求的特性。表 1-1 典型车身外板件及其性能要求分 类 典型零件 零件的性能要求成形 领 域 对 材料的性能要求覆盖件 发动 机罩 1行李箱盖 2车门 外板 3耐凹性延展 刚 性表面 质 量低 变 形鼓凸成形低 变 形下的高 n值 、高 值 、低屈 强 比、BH值一般外板 前 挡 泥板 4车顶 盖 5延展性耐凹性表面 质 量浅的鼓凸成形和深冲成形低屈服点、高 n值 、表面 质 量难 成形外板 四开板 6后 车门 外板 7延展 刚 性表面 质 量弯曲 强 度深冲成形鼓凸成形低屈服点、高延展性、高 n值 、高 值、表面 质 量准外板 前平衡板 8锁夹 板 9表面 质 量 和浅的深冲成形和鼓凸成形低屈服点、高 n值 、表面 质 量表 1-2 典型的车身内板件及其性能要求分 类 典型零件 零件的性能要求成形 领 域 对 材料的性能要求一般板件 前 围 板 10车 架 纵 梁，外 /内 11后底板 纵 梁 12车厢纵 梁外 /内 13刚 性 强 度 单纯 弯曲成形帽型深冲成形浅的鼓凸成形低屈 强 比、高 n值 、高 值 、延展性、 BH性难 成形内板 车 身 围 板 弹 性支架14汽 车 地板 15仪 表板外 /内 16车轮 罩内 /外罩里 侧，行李箱里 侧刚 性 深冲成形鼓凸成形低屈服点、高延展性、高 n值 、高 值 、超 难 成形内板 油 盘 17金属网 18超深冲成形拉深凸 缘 成形低屈服点、高延展性、高 n值 、高 值 、行走部件 前 悬 架部分 19后 悬 架部分强 度 深冲成形拉深凸 缘 成形高延展性耐缺口敏感性强 度零件 保 险 杠、加 强 筋 20冲 击 式横梁 21强 度 帽型深冲成形 低屈 强 比除上述冲压性能外，高强度钢板还应具有对焊接、涂装的适应性及良好的防锈性能。冲压性和高刚性是难以并存的两种特性，但是，在加工时柔软可有效地进行深冲，加工后通过加工硬化等方法又恢复了强度，这就是汽车所要求的高强度钢板。所谓冲压成形性是指在冲压（冷加工）时塑性变形好，不产生开裂、变形、折皱等；冲压后的弹性回复要小；不危及冲压模的粘着和磨损。为了兼顾上述两种性能，利用了表 1-3所示的金属学原理。其中，固容强化钢经热处理将得到在铁素体基体上适当地分散一些马氏体的复合组织，即是双相钢组织。这种组织的钢与其它高强度钢相比，屈服强度低、延伸率增大、加工硬化效果好。此外，烘烤涂装时的时效效果也大。因而成形后的刚性升高。表 1-3 汽车用钢板的高强度技术概要金属学原理 手段 适用 钢 板 抗拉 强 度/9.8(MPa)固溶 强 化 添加 Si、 Mn添加 P热轧钢 板冷 轧40554045析出硬化成形后 时 效硬化添加 Nb、 Ti、 V添加 N热轧钢 板热轧钢 板50704050冷 轧组织恢复 组织光整冷 轧不完全退火冷 轧钢 板冷 轧钢 板354540100快冷相 变组织 碳素 钢 的淬火固溶 强 化 钢热 理冷 轧钢 板热轧钢 板8010040801 车身外板车身外板的基本性能要求较好的延展刚性和耐凹性。延展性取决于零件的形状和钢板的抗拉强度及板厚。通过提高钢板的抗拉强度、降低板厚，可达到减轻重量的目的。耐凹性对于车门外板、发动机罩、行李箱罩等以及接近乘客且易受撞击的部位是非常重要的。2 车身内板车身内板即要重量轻又要注意在受冲撞时能够确保车室内的空间，采用高强度钢板可满足这一要求。一般用于抵抗冲撞的构件及加强筋等。如抵抗前后方向冲撞的车架纵梁；抵抗侧向冲撞的支柱、车架横梁、内摇杆、车门冲击梁等。3 行走部件承受循环载荷的悬架臂、车轮等行走部件也适宜采用高强度钢板。由于这些零件都需焊接装配 ,故要求焊接性。表 1-4为汽车用高强度钢板的规格实例。表 1-4 汽车用高强度钢板的规格例类 型 符号 TS等 级 /9.8(MPa)35 38 40 45 50 55 60 80 100 120热轧钢板一般加工用深冲加工用低屈 强 比型SANHCSANHSAFH-D冷轧钢板一般加工用拉深加工用烘烤硬化型深冲加工用低屈 强 化型SANCSAFC-RSAFC-RBSAFC-ESAFC-D 热 侵 镀锌钢 板拉深加工用烘烤硬化型AS-RAS-RB 1.1.2 防锈钢板在寒冷地带为防止冰雪冻结，道路要撒盐；在海风吹拂的沿海地带及酸雨严重的工厂地区，为防止汽车的腐蚀，通常采用防锈钢板，即表面镀锌、镀锡、镀铝等表面处理钢板。防锈钢板分热浸镀式、电镀式、涂漆式、电镀 +涂漆式等，分别用于不同类型的板材及不同部位。表面镀层有Fe-Zn、 Ni-Zn合金。合金化镀锌钢板根据制造方法的不同可分为合金化电镀锌钢板和合金化热浸镀锌钢板，见表 1-5。主要用于加强肋和托架类、摇臂外壳等。表 1-5 汽车用表面处理钢板及其特点（一）类别 热 浸 镀钢 板（ 银 亮合金）电镀钢 板特点 铬 酸 锌 表面膜 处 理法（1）（ 2） 改 进 型（ 3）（ 4）镀层 材料及厚度 Zn-Fe合金6Zn2.8 Zn-Ni合金 层2.8+Fe系 层 0.2Zn-Fe合金2.7可加工范围双面、 单 面 镀 双面、 单 面 双面、 单 面 双面、 单 面 双面、 单 面 双面、 单 面电镀 量 /（g/m2）3090 1050 1030(40) 下 层 (2)法同上 层 2g/m2(2030)板厚 /（ mm） 0.72.3 0.42.3 0.42.3板 宽 /（ mm） 6101829 6101829 6901550特 点 漆料耐 蚀 性、耐多孔性优 良热 浸 镀 材料的加工性稍有下降电镀 材料的加工性与冷轧 薄板的等同在不涂漆的情况下，比 铬 酸 锌 表面膜处 理法的耐 蚀 性提高五倍。在同等耐蚀 性条件下降低 镀量， 这对焊 接有利为 提高（ 2）的耐水密实 性 ,在上层 施以 铁 系电镀再 现 (1)的 优良特性 ;加工性也比冷 轧 薄板的水平高表 1-5 汽车用表面处理钢板及其特点（二）类别 涂装 钢 板 电镀 +涂装 钢 板 备注特点 （ 5） （ 6） （ 7）涂 层 厚度 凹坑涂 层 12.5暗涂 层 2.5凹坑涂 层 10Zn层 2.8改 进 型凹坑涂 层 5 Zn-Ni系合金 1.4 因板厚不同使板宽受到限制可加工范围双面、 单 面 镀 仅单 面 仅单 面 仅单 面电镀 量 /（ g/m2）15 10+20g/m2 10g/m2+5板厚 /（ mm） 0.61.6 0.61.0板 宽 /（ mm） 6001400 6101000特 点 比不涂漆的耐 蚀性 优 良。加工 时因表 层 剥离引起耐 蚀 性下降比不涂漆的耐蚀 性 优 良。 连续焊 接性在点焊 至 2000点后稍有下降以 Zn-Ni系合金作 为涂漆的基底，可使表层 得到改善。耐 蚀性最好， 焊 接性也大大提高。双层镀可大大提高防锈能力和涂装性 ,部分托架、构架已有采用。外板可采用单面镀钢板，因外侧有光滑的涂漆面无须镀层，只在易生锈的内侧施镀即可。发动机机排气系的消声器、排气管等通常采用镀铝钢板、镀锌钢板。随着排气温度的升高，耐热不锈钢的采用不断增加。2 铝合金的应用2.1 铝车轮轿车采用各种式样的铝车轮已相当普遍。车轮是重要的保安件 ,对其安全性要求很高。车轮轮辋用铝合金，要求较高的强度（疲劳强度、闪光焊焊接性、滚轧成形性等）；铸造用铝合金则要求有良好的铸造性和足够的强度。铝车轮特点：（ 1）重量轻；（ 2）由于散热性好，防止了轮胎的过热；（ 3）尺寸精度提高，减少了纵向和横向的振动。表 1-6为车轮用铝合金、表 1-7为铝车轮的制造方法和材料、表 1-8为铝车轮的力学性能。表 1-6 车轮用铝合金合金系 化学成分 /(%) 抗拉 强 度/9.8(MPa)屈服 强 度/9.8(MPa)伸 长 率/(%)Mn Mg Zn Cr Si5252-O 19.5 9.0 25-H32 0.10 2.5 0.10 0.25 - 23.5 19.5 12-H34 26.5 22.0 105154-O 0.10 3.5 0.20 0.25 - 24.5 12.0 275454-O 0.75 2.7 0.25 0.25 - 23 10.5 266061-O 12.5 5.5 256061-T4 0.15 1.0 0.25 0.2 - 24.5 15.0 226061-T6 31.5 28.0 12AC4C-T4 0.3 0.3 0.3 - 7.0 27.0 19.0 5AC4CH-T610.1 0.3 0.1 - 7.0 29.0 21.0 10AC7A-F 0.6 4.5 0.1 - 0.3 17.5 8.5 9表 1.7 铝车轮的制造方法和材料车辆 制造方法 铝 合金名 (JIS)轿车整体 铸 造 AC4CH、 AC7A2片型 轮辋圆盘条或卷材 5154、 5454圆 板 5154、 5454挤压 管 5454铸 造 AC4CH、 AC7A锻 造 6061板 5154、 54543片型轮辋 圆 板 5052、 5154、5454圆盘 铸 造 AC4CH、 AC7A锻 造 6061载贷车 客车整体 铸 造 AC4CH整体 锻 造 6061表 1.8 铝车轮的力学性能类别 材料 制造方法 试样 位置 抗拉 强 度 /9.8(MPa) 屈服 强 度 /9.8(MPa) 延伸率/(%)轧 制材料5154-O6161-T6板成形锻 造凸 缘轮缘轮辐轮毂25.325.434.435.520.519.931.333.523.519.315.313.55052-OAG7A-F板成形铸 造凸 缘轮缘轮辐轮毂22.017.314.412.918.013.69.48.519.026.511.512.56061-T6AG7A-F板成形铸 造凸 缘轮缘轮辐轮毂33.831.615.711.825.827.29.89.616.59.05.83.05154-O6061-T6 板成形铸 造凸 缘轮缘轮辐轮毂25.532.534.733.017.029.531.228.127.519.017.515.56061-T6AG4CH-T6板成形铸 造凸 缘轮缘轮辐轮毂30.532.525.023.527.019.515.813.814.519.010.09.66061-T6 整体 铸 造 轮缘圆盘32.233.328.42.6414.017.0表 1.8 铝车轮的力学性能类别 材料 制造方法 试样 位置 抗拉 强 度 /9.8(MPa) 屈服 强 度 /9.8(MPa) 延伸率 /(%)铸 件AG4C-F金属型铸 造后凸 缘后 轮缘轮辐轮毂20.819.418.016.516.715.916.315.97.36.85.74.3AG4CH-T6金属型铸 造后凸 缘后 轮缘轮辐轮毂23.727.122.629.024.727.121.924.317.424.317.824.217.324.317.023.23.112.03.56.53.07.01.66.5低 压铸 造后凸 缘后 轮缘轮辐轮毂20.726.222.525.120.621.718.621.315.018.214.918.714.818.714.218.24.011.56.511.83.88.03.34.5液 态铸 造凸 缘后 轮缘轮辐8.930.630.230.429.51.73.53.6AG7A-F低 压铸 造凸 缘后 轮缘轮辐轮毂18.523.316.520.512.012.312.112.011.615.37.515.02.2 铝保险杠保险杠作为吸收冲撞能量的缓冲体已普遍安装在轿车上。但由此却增加了车的重量。为此，铝保险杠、塑料保险杠同时出现以达到轻量化的目的。目前，塑料保险杠是主流，铝只作为增强材而使用。表 1-9为保险杠用铝合金的化学成分和力学性能。表 1.9 保险杠用铝合金合金种形状化学成份 /(wt%)Fe Cu Mg ZnZr抗拉 强 度 屈服 强 度 伸 长率/9.8(Mpa) / 9.8(Mpa) （ %）特点6061-T4-T67016-T5X7021-0-T61板型材型材板型材0.7 0.27 1.0 0.250.12 0.70 11.1 4.50.46 0.25 1.5 5.524.6 14.7 2231.6 28.1 1236.6 32.3 1519.0 14.1 1844.3 40.1 13正面型材、增 强 材 改善表面光 泽 、正面型材正面型材、增 强 材X7029-T57X7129-T62X7046-T63X7146-0- T63型材板板 型材板型材0.12 0.07 1.65 4.70.30 0.70 1.65 4.70.40 0.25 1.30 7.10.40 1.30 7.143.6 38.7 1543.6 38.7 1542.9 38.7 1320.4 15.4 164269 38.7 13改善表面光 泽 、正面型材正面型材、增 强 材正面型材、增 强 材正面型材ZK160-T5ZK 55-T62-T5D70-T6型材板型材型材0.15 0.40 1.0 6.00.40 0.25 1.5 5.50.615 0.4 1.1 5.542 37 1643 39 1346 41 1534 29 17改善表面光 泽 、正面型材改善 应 力腐 蚀 开裂性增 强 材A76-T6 型材 0.12 0.15 161 467 42 38 15 改善表面光 泽 、正面型材表 1.9 保险杠用铝合金Z5K-T5 型材 0.12 0.15 161 467 36 30 16 改善表面光 泽、正面型材Z5D-T6 板、型材 0.25 1.25 1.2 466 0.25 37 31 16 增 强 型材Z5F-T6 板、型材 0.25 1.25 1.75 4.4 0.25 45 40 15 增 强 材 高 强度2.3 铝车身外板轧制铝用于车身外板使汽车的铝化进入新的阶段。美国已在车身外板的许多零件上采用铝制造。日本用的很少，除成本外，还有以下几方面的顾虑。（ 1）伸长率不如钢好。弹性系数只有钢板的 1/3，回弹大，因此，冲压成形性比钢板低。（ 2）焊接性不如钢好。与钢板比，电导率高、熔点低、极易生成氧化膜。特别是与钢的焊接更难。（ 3）由于铝的涂装性与钢板不同，铝板与钢板之间易出现涂装不匀现象。（ 4）由于柔软，易生成细小的伤痕。不但有拉伸滑移线、折皱、裂纹等加工缺陷，使用时的凹陷（由撞击引起的凹痕）也不可避免。车身外板与其它部位的条件有很大的差异，除要求力学强度和功能外，表现质量及手感也是要求很高的。从这一角度出发，涂装和表面质量问题就显得很突出。日本的用户比美国用户更挑剔，所以至今铝