3汽車鈑金技術(shù)

汽車車身連接技術(shù)職業(yè)教育汽車車身修復(fù)專業(yè)（方向）理實(shí)一體化教材一、金屬材料二、非金屬材料三、復(fù)合材料

項(xiàng)目三

車身材料Contents一、金屬材料

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)車輛安全性、舒適性及美觀性的需求愈加明顯。同時(shí)，在環(huán)境保護(hù)形勢(shì)嚴(yán)峻及全球能源危機(jī)的背景下，對(duì)汽車工業(yè)提出新的挑戰(zhàn)。

車身作為車輛各總成及零部件的載體及被動(dòng)安全最重要的組成部分，其整體強(qiáng)度、剛度、安全性、美觀性、可靠性以及輕量化需求決定了多樣化車身材料的應(yīng)用。尤其是在材料科學(xué)快速發(fā)展的支撐下，車身材料的種類及形式也愈加多樣。

從材料的本質(zhì)上看，車身材料大致可分為三大類：金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料。金屬材料：鋼材、鑄鐵等重金屬材料和鋁、鎂、鈦等輕金屬及其合金材料、泡沫金屬材料等。金屬材料使用比較最高，其質(zhì)量約占車身整體質(zhì)量的67％以上。非金屬材料：塑料、纖維、樹脂、玻璃、橡膠、非金屬泡沫材料等。復(fù)合材料：玻璃纖維增強(qiáng)塑料、纖維增強(qiáng)金屬、纖維增強(qiáng)陶瓷等。

一、金屬材料一、金屬材料：1.鋼材

鋼材是鋼制車身最主要的車體材料，通常厚度為0.6～2.5mm。鋼材與其它材料相比，具備價(jià)格便宜、機(jī)械加工性優(yōu)良、可熱處理調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。鋼材的分類方法及其類型較多，具體如下：（1）根據(jù)化學(xué)組成分類根據(jù)鋼材的化學(xué)組成成分不同可分為碳素鋼、合金鋼和鑄鐵。1）碳素鋼。簡(jiǎn)稱碳鋼，通常指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%的鐵碳合金。因其具有較好的力學(xué)性能和工藝性能，而且冶煉方便、價(jià)格低廉，因此是制造各種機(jī)器、工程結(jié)構(gòu)、量具和刀具等最主要的材料，在汽車零件制造中也得到廣泛的應(yīng)用。碳素鋼分類如下：①按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（含碳量）可分為低碳鋼（ωc≤0.25%）、中碳鋼（0.25%＜ωc≤0.60%）和高碳鋼（ωc＞0.60%）。②按鋼的質(zhì)量（鋼中有害元素硫、磷的含量）可分為普通碳素鋼（ωs＜0.055%，ωp＜0.045%）、優(yōu)質(zhì)碳素鋼（ωs＜0.040%，ωp＜0.040%）、高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼（ωs＜0.030%，ωp＜0.035%）和特級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼（ωs＜0.025%，ωp＜0.030%）。

③按鋼的應(yīng)用不同可分為:碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼，碳素結(jié)構(gòu)鋼用于制造汽車零件和工程構(gòu)件，多為低碳鋼和中碳鋼。碳素工具鋼，用于制造刀具、量具和模具，多為高碳鋼。④按煉鋼的脫氧程度分類，可分為:鎮(zhèn)靜鋼（完全脫氧）、沸騰鋼（不完全脫氧）和半鎮(zhèn)靜鋼（脫氧程度不十分完全）等。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼，強(qiáng)度、硬度不高，但是塑性、韌性以及焊接性能良好，常用于制作各種沖壓件、焊接件和強(qiáng)度要求不高的零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼、油箱、車身外殼、離合器蓋、變速叉、螺栓和螺母等；中碳鋼具有較高的強(qiáng)度和硬度，可加工性良好，經(jīng)過熱處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，常用于制作受力較大的汽車零件，如曲軸齒輪、飛輪齒輪、萬向節(jié)叉、離合器從動(dòng)盤、連桿等；高碳鋼具有很高的強(qiáng)度、硬度和良好的彈性，常用于制作各種彈性件和耐磨件，如氣門彈簧、離合器壓盤彈簧、活塞銷卡簧、空氣壓縮機(jī)閥片、彈簧墊圈等。一、金屬材料一、金屬材料

2）合金鋼

是指在碳素鋼的基礎(chǔ)上，為了改善鋼的某些性能，在冶煉時(shí)有目的地加入一些合金元素?zé)挸傻匿?。常用的合金元素有硅（Si）、錳（Mn）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鎢（W）、鉬（Mo）、釩（V）、硼（B）、鋁（Al）、鈦（Ti）和稀土元素（RE）等。合金鋼和碳素鋼相比有許多優(yōu)點(diǎn)∶在相同的淬火條件下，能獲得更深的淬硬層；具有良好的綜合力學(xué)性能；具有良好的耐磨性、耐蝕性和耐高溫性等特殊性能。但合金鋼冶煉成本高，價(jià)格昂貴，焊接和熱處理工藝性也較為復(fù)雜。雖然如此，為保證使用的可靠性和安全性，汽車上的重要零件大多采用合金鋼制造。合金鋼的分類如下：一、金屬材料

①按合金鋼的應(yīng)用可分為：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。鋼合金結(jié)構(gòu)鋼，用來制造各種重要機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)件。合金工具鋼，用來制造各種重要的加工工具，如刃具、量具和模具等。特殊性能鋼，用來制造具有特殊性能要求的結(jié)構(gòu)件和機(jī)械零件。②按合金元素的含量可分為:低合金鋼（合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%）、中合金鋼（合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～10%）。和高合金鋼（合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%）。③按合金元素的種類分類:有錳鋼、鉻鋼、硅錳鋼等。一、金屬材料

3）鑄鐵。鑄鐵是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的鐵碳合金。是以鐵、碳、硅為主要組成元素，且含有比碳鋼更多錳、硫、磷等雜質(zhì)的多元合金。鑄鐵生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低，同時(shí)具有良好的鑄造性能、可加工性、耐磨性和減振性。特別是由于采用了球化和變質(zhì)處理，使鑄鐵的力學(xué)性能有了很大提高，因此在汽車制造業(yè)中應(yīng)用較廣，包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋、活塞環(huán)及變速器的外殼、后橋殼等零件。鑄鐵根據(jù)石墨化程度及斷口色澤不同可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵及麻口鑄鐵。

（2）根據(jù)制造流程分類

車身鋼板根據(jù)加工制造流程不同可分為熱軋鋼板和冷軋鋼板兩類。

1）熱軋鋼板是在800℃以上的高溫下軋制成型的，厚度一般為1.6mm～8mm，用于制造汽車上強(qiáng)度要求較高的零部件，如橫梁、車架、加強(qiáng)件等。一、金屬材料

2）冷軋鋼板是由熱軋鋼板經(jīng)過酸洗后冷軋變薄，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理制成。厚度一般為0.4mm～1.4mm。冷軋鋼的表面質(zhì)量好，具有良好的可物理性能和工藝性能。大多數(shù)整體式鋼制車身都采用冷軋鋼板制成。主要包括車車頂板、行李箱蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車門內(nèi)外板等車身覆蓋件。涉及容易腐蝕的車身部位，采則用經(jīng)過表面處理的冷軋鋼板作為防銹鋼板（鍍鋅板）。

（3）根據(jù)力學(xué)性能分類車身不僅僅是承載結(jié)構(gòu)，需承擔(dān)汽車自重以及行駛過程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)載荷。同時(shí)，車身也是最重要的被動(dòng)安全結(jié)構(gòu)，需承擔(dān)車輛發(fā)生碰撞時(shí)所產(chǎn)生的各種沖擊。因此，車身不僅需要足夠的強(qiáng)度及剛度，同時(shí)還需要能夠吸收碰撞所產(chǎn)生的能量。為滿足以上要求，在設(shè)計(jì)時(shí)，不同強(qiáng)度等級(jí)的材料在車身上的合理布局極其重要。所以，在車身制造中，通常根據(jù)力學(xué)性能（強(qiáng)度）不同對(duì)鋼材的進(jìn)行分類。一、金屬材料

不同汽車制造廠，對(duì)車身鋼材強(qiáng)度等級(jí)的界定標(biāo)準(zhǔn)也有所不同，尤其國(guó)內(nèi)與國(guó)外的企業(yè)存在較大差距。但總體上看，制造廠基本都將車身鋼材分為低強(qiáng)鋼，高強(qiáng)度鋼、較高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼及熱成型鋼。以某車型為例，其車身鋼材類型、選用材料編碼及力學(xué)性能如表3-1所示

車身常用鋼材類型、編碼及力學(xué)性能表3-1車身鋼板材料組（類型）典型材料編碼屈服強(qiáng)度σs(N/mm2)抗拉強(qiáng)度σb(N/mm2)斷裂延伸率A80(%)LSS低強(qiáng)鋼DX53D+Z、DX53D+Z100MBDX53-56D+Z100MB、DX56D+ZDX56D+Z100MB、DX56D+Z140MB140～300270～420≥26HSS高強(qiáng)度鋼H220BD、H220BD+Z、H220LAD+ZH260LAD、H260LAD+ZH260YD+Z、H300LAD、H340LAD180～480350～560≥19AHSS較高強(qiáng)度鋼HXT500X+Z、HXT500XD+Z100MBHXT600X、HXT600X+Z、HXT800XHXT600XD+Z100MB、HXT700XD≥300≥550≥10UHSS（冷成型）超高強(qiáng)度鋼HXT1000C+Z100MB、HXT1000XD≥600≥1000≥5UHSS（熱成型）熱成型超高強(qiáng)度鋼22MnB5≥1000≥1400≥5一、金屬材料

（4）鋼材在車身上的應(yīng)用

車身制造所選用的鋼材種類較多，比較常見的有低碳鋼（LCS）、無間隙原子鋼（IF）、高強(qiáng)度無間隙原子鋼（HSSIF）、烘烤硬化鋼（BH）、碳錳鋼（CMn）、各向同性鋼（IS）、高強(qiáng)度低合金鋼(HSLA)、雙相鋼（DP）、復(fù)相鋼（CP）、相變誘導(dǎo)塑性鋼（TRIP）、微合金鋼（M）、馬氏體鋼（Mart）、熱沖壓用硼鋼（Bsteel）、硼合金鋼(BOR)等。一、金屬材料無間隙原子鋼（IF）:C、N含量低，通過加入一定量的Ti、Nb使鋼中的C、N原子被固定成為碳化物和氮化物，從而使鋼中沒有間隙原子的存在，故稱為無間隙原子鋼。無間隙原子鋼具有低的屈服點(diǎn)和屈強(qiáng)比、高伸長(zhǎng)率、高的塑性應(yīng)變比、高的加工硬化指數(shù)等深沖性能，并且具有無時(shí)效性。其中屈服強(qiáng)度在127～190MPa，抗拉強(qiáng)度在275～320MPa，伸長(zhǎng)率在40%～52%。車身制造中主要使用含碳量小于0.008%的超深沖IF冷軋鋼板制造外板沖壓件。烘烤硬化鋼（BH）：含有一定量的Nb和Ti，經(jīng)沖壓成形或預(yù)拉延變形后，隨即進(jìn)行烘烤（約170℃）或高溫處理，使屈服強(qiáng)度得到一定程度的提高。硬化值（BH值）主要依賴于鋼中固溶原子C，隨著固溶C量增加，BH值提高。BH鋼主要應(yīng)用在汽車外殼上，經(jīng)過沖壓后要進(jìn)行噴漆和烤漆。在烤漆過程中，間隙原子會(huì)在烤漆溫度下進(jìn)行時(shí)效的反映，使得鋼在最后的過程中有一個(gè)固溶強(qiáng)化的過程，在成形后強(qiáng)度再有一個(gè)提高。高強(qiáng)度低合金鋼(HSLA)：是一種低合金鋼，合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過3％，通過在低碳鋼中加入磷來提高鋼的強(qiáng)度，因此又稱回磷鋼。它比碳鋼具有較高的強(qiáng)度和韌性，同時(shí)有良好的焊接性能，冷、熱壓力加工性能和耐蝕性。常用在車身縱梁延伸件、車窗上部邊護(hù)梁，某些車型車窗框下部的零件等。雙相鋼（DP）：主要成份是C和Mn，主要的組織是鐵素體和馬氏體或奧氏體，其中馬氏體含量在5%～20%。強(qiáng)度為500～1200MPa，并具有低屈強(qiáng)比、高硬化指數(shù)、高加工硬化指數(shù)、高烘烤硬化性能，且無屈服延伸和室溫時(shí)效等優(yōu)點(diǎn)。DP鋼一般用于制造高強(qiáng)度、高抗碰撞吸收、易成型、要求嚴(yán)格的零件，如車輪輪轂、保險(xiǎn)杠、加強(qiáng)件等，也可用在汽車的內(nèi)外板等零件上。一、金屬材料

復(fù)相鋼（CP）：含有NbTi等元素，主要組織是細(xì)小的鐵素體和高比例的硬相（馬氏體、貝氏體）。CP鋼同TRIP鋼的冷卻模式相同，屈服強(qiáng)度為800～1000MPa，具有較高的吸收性能和吸收擴(kuò)孔性能，特別適用于制作車門、防撞桿等零件。相變誘導(dǎo)塑性鋼（TRIP）：主要成份是C、Si和Mn，其中Si作用是抑制貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)滲碳體析出。主要組織是鐵素體、奧氏體和殘留奧氏體。屈服強(qiáng)度為600～800MPa。與其他同級(jí)別的高強(qiáng)度鋼相比，TRIP鋼的最大特點(diǎn)是兼具高強(qiáng)度和高延伸性能，可沖制較復(fù)雜的零件；還具有高碰撞吸收性能，車身一旦遭遇碰撞，通過自身形變來吸收能量，而不向外傳遞，常用作汽車的保險(xiǎn)杠、汽車底盤等。此外，它還具有優(yōu)良的高速力學(xué)性能和抗疲勞性能，主要用于汽車結(jié)構(gòu)件及其加強(qiáng)件、以及拉延深的汽車零件，如機(jī)油盤、車門、輪罩等。

馬氏體鋼（Mart）：含有較高的C、Mn、Si、Cr、Mo、B、V、Ni等合金元素，主要組織是通過高溫的奧氏體組織快速淬火，轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l馬氏體組織。其最高屈服強(qiáng)度可達(dá)1500MPa，是超高強(qiáng)度鋼中強(qiáng)度級(jí)別最高的鋼種，主要用于成型要求低的車身零部件，如形狀較為規(guī)則的車身加強(qiáng)件、加強(qiáng)梁等。一、金屬材料

各種鋼材具有不同的物理性能、化學(xué)性能及工藝性能特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)車身各區(qū)域?qū)?qiáng)度、剛度、防腐性等需求不同對(duì)各種類別、型號(hào)的鋼材進(jìn)行選用。車身各區(qū)域不同強(qiáng)度等級(jí)鋼材分布情況如圖3-1所示。圖3-1鋼制車身不同強(qiáng)度材料分布一、金屬材料

(1)低強(qiáng)鋼(LSS-LowStrengthSteel)：抗拉強(qiáng)度σb(270～420N/mm2)，低強(qiáng)鋼通常為含碳量低于0.25%的碳素鋼板（低碳鋼），強(qiáng)度及硬度較低，工藝性能較好。早期的鋼制車身主要使用低碳鋼制成。由于低碳鋼的含碳量低，硬度不高，所以便于加工，同時(shí)，維修時(shí)進(jìn)行焊接、熱收縮及冷加工等操作時(shí)對(duì)強(qiáng)度影響較小。但低碳鋼強(qiáng)度較低，需增加鋼板厚度以滿足車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需要，從而導(dǎo)致汽車質(zhì)量增加。隨著節(jié)能減排對(duì)汽車制造業(yè)提出愈加嚴(yán)格的要求，車身輕量化將是未來車身設(shè)計(jì)中重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。因此，低碳鋼在整體式車身上的應(yīng)用的比例不斷降低。但從成本控制、加工制造難度及維修的角度上考慮，部分車身的覆蓋件如車門外板、前葉子板、前后艙蓋外板、側(cè)圍板及車頂板等仍然使用低強(qiáng)鋼來制造。如圖3-2所示。低強(qiáng)鋼及部分特殊處理后的高強(qiáng)度鋼因其延展性較好，常用于制造車身覆蓋件外板，通過沖壓方式成型，此類鋼板也稱之為深沖鋼板或深拉延鋼板。目前較常用的類型是無間隙原子鋼（IF）。a)前葉子板（LCS）b)側(cè)圍板（IF）c)車頂板（IF）圖3-2低強(qiáng)鋼（LSS）在車身部件上的應(yīng)用一、金屬材料

(2)傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼(CHSS-ConventionalHighStrengthSteel)：抗拉強(qiáng)度σb(350～560N/mm2)，高強(qiáng)度鋼泛指強(qiáng)度高于低碳鋼的各種類型的鋼材，同等強(qiáng)度條件下，高強(qiáng)度鋼板的厚度比低碳鋼板更薄，質(zhì)量更輕。所以，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，增加高強(qiáng)度鋼板使用比例成為降低車身質(zhì)量的重要舉措。CHSS鋼多用于車身內(nèi)部板件及部分覆蓋件，如A柱、B柱、C柱內(nèi)板，地板、行李艙、后圍板、車門外板、前葉子板等。目前較常用的類型有烘烤硬化鋼(BH)、高強(qiáng)度無間隙原子(HSS-IF)鋼、各向同性鋼（IS）和高強(qiáng)度低合金鋼(HSLA)。如圖3-3所示。a)車門外板(BH)b)地板(HSLA)c)C柱內(nèi)板（IS)圖3-3傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼（CHSS）在車身部件上的應(yīng)用一、金屬材料

(3)較高強(qiáng)度鋼(AHSS-AdvancedHighStrengthSteel)：抗拉強(qiáng)度σb(550～1380N/mm2)，也稱之為先進(jìn)高強(qiáng)鋼，不僅具有較高的強(qiáng)度，還具有較好吸能性，在汽車輕量化和提高安全性方面起著非常重要的作用，在車身制造中，被廣泛用于A柱/C柱加強(qiáng)件、車頂縱梁、車門檻、前后保險(xiǎn)杠、車門防撞梁、橫梁、縱梁、座椅滑軌等零部件或結(jié)構(gòu)的制造。目前較常用的有雙相鋼(DP)、相變誘導(dǎo)塑性鋼(TRIP)、馬氏體鋼(M)、復(fù)相鋼(CP)、熱成形鋼(HF)等。如圖3-4所示。a)車頂縱梁(DP)

b)A柱加強(qiáng)件(TRIP)

c)車門防撞梁(M)

c)縱梁(HF)

圖3-4較高強(qiáng)度鋼（AHSS）在車身部件上的應(yīng)用一、金屬材料(4)超高強(qiáng)度鋼(UHSS-UltraHighStrengthSteel)：抗拉強(qiáng)度σb(≥1000N/mm2)，是車身鋼材中強(qiáng)度最高的。根據(jù)其加工特點(diǎn)，還分為冷成型和熱成型兩類，熱成型超高強(qiáng)度鋼抗拉強(qiáng)度超過1300N/mm2，也稱之為特高強(qiáng)度鋼。UHSS鋼通常用于制造車身結(jié)構(gòu)件中的核心部分，如地板橫梁、車頂橫梁、發(fā)動(dòng)機(jī)支撐件、縱梁延長(zhǎng)件（根部）、B柱加強(qiáng)件等，對(duì)于提高車身被動(dòng)安全具有及其重要的意義。目前較常用的主要有：相變誘導(dǎo)塑性鋼（TRIP）、馬鋼（M）、雙相鋼(DP)、復(fù)相鋼(CP)、硼合金鋼(BOR)等。如圖3-5所示。a)地板通道（TRIP）

b)發(fā)動(dòng)機(jī)支撐件(CP)

c)縱梁延長(zhǎng)件(DP)

d)B柱加強(qiáng)件(BOR)

圖3-5超高強(qiáng)度鋼（UHSS）在車身部件上的應(yīng)用一、金屬材料

高強(qiáng)度鋼受到碰撞時(shí)不容易變形，但是一旦變形后，它比低碳鋼更難修復(fù)到原來的形狀。在常規(guī)鋼板的修理過程中，可以采用加熱的方法來釋放應(yīng)力或焊接新的零部件。但高強(qiáng)度鋼加熱后，內(nèi)部的金屬晶粒會(huì)發(fā)生改變，其組織結(jié)構(gòu)將會(huì)被破壞，強(qiáng)度將急劇下降。因此高強(qiáng)度鋼通常不允許使用加熱方式修復(fù)，或有及其嚴(yán)格的加熱修復(fù)使用條件限制。否則會(huì)造成板件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損害，嚴(yán)重影響車身安全。因此，針對(duì)高強(qiáng)度鋼的維修，對(duì)技術(shù)人員及維修工藝提出了更高的要求，在具體維修時(shí)應(yīng)認(rèn)真閱讀各品牌汽車車身維修手冊(cè)并嚴(yán)格按照相關(guān)要求進(jìn)行作業(yè)。

（5）特殊鋼材在車身上的應(yīng)用

除了滿足車身強(qiáng)度及剛度的需要，車身還必須具備足夠的防腐性及降噪減振的能力以提高車身的使用壽命及駕乘舒適性。車身制造中還使用了一些特殊性能的鋼板，如不銹鋼、防銹鋼及夾層制振板等。

不銹鋼板是一種碳鋼、鉻、鎳合金，碳鋼的含鉻量大約為12%。汽車消聲器、排氣管、燃油箱、車架都有使用不銹鋼制作的。防銹鋼板是在鋼板表面鍍一層金屬薄層，鍍層的形式有鍍鋅、鍍鋁和鍍錫。三種鍍層中，鍍鋅和鍍鋁比鐵容易腐蝕，鍍錫防腐蝕能力最好。

鍍鋅鋼板用于車身鋼板，而鍍鋁鋼板用于排氣管護(hù)板，鍍錫鋼板則用于燃油箱。鍍鋅鋼板有單面鍍和雙面鍍兩種。單面鍍鋅板一般用于不經(jīng)常接觸腐蝕物質(zhì)的部件，如車身上部的板件。雙面鍍鋅鋼板一般用在車身的下部板件，如車地板、擋泥板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等部位，這些部位經(jīng)常接觸腐蝕物質(zhì)，需要重點(diǎn)防護(hù)。

夾層制振板在其表面或中間會(huì)覆有塑膠，以前覆蓋的塑膠膜較薄，后來覆蓋的塑膠膜較厚。夾層制振板是將振動(dòng)力量轉(zhuǎn)換成熱的形式，從而產(chǎn)生抑制效果。夾層制振板通常用于下隔板或后艙隔板。

一、金屬材料

2.鋁材

（1）鋁合金材料的特點(diǎn)鋁是銀白色的輕金屬，密度低，屬于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。純鋁中加入適量的硅、銅、鎂、錳等合金元素制成鋁合金，則不僅保持了純鋁密度小、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性及抗大氣腐蝕性能好的優(yōu)點(diǎn)，其強(qiáng)度和硬度也得到了改善。鋁合金可用于制造質(zhì)輕、強(qiáng)度要求較高的零件，在汽車上的應(yīng)用也日趨廣泛。不僅可用于制造活塞、氣缸體、氣缸蓋等發(fā)動(dòng)機(jī)零件，還可用于制造輪轂、離合器殼、轉(zhuǎn)向器殼等底盤零件，在車身制造中，鋁制材料的應(yīng)用也越加廣泛，部分中高端車型甚至使用全鋁車身。

鋁合金材料的特點(diǎn)：1）鋁合金質(zhì)輕且柔軟。鋁的密度為2171g/cm3，約為鋼密度(7187g/cm3)的三分之一。2）強(qiáng)度好。純鋁的抗拉強(qiáng)度約為80N/mm2,是低碳鋼的五分之一。但經(jīng)過熱處理強(qiáng)化及合金化強(qiáng)化,其強(qiáng)度會(huì)大幅增加。如鋁合金車體常用的材質(zhì)6005A—T6,它的抗拉強(qiáng)度至少為360N/mm2,能達(dá)到低碳鋼相應(yīng)的強(qiáng)度值。3）耐蝕性能好。鋁合金接觸空氣時(shí)表面會(huì)形成一層致密的氧化膜，這層膜能有效防止腐蝕，再對(duì)其實(shí)施“氧化鋁膜處理法，就可以全面防止腐蝕。4）加工性能好。鐵道車輛用型材擠壓性能好,可以二次機(jī)加工、彎曲加工也較容易。5）易于再生。鋁的熔點(diǎn)低(660℃)，再生簡(jiǎn)單。在廢棄處理時(shí)也無公害的，有利于環(huán)保，且符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。一、金屬材料

（2）工業(yè)鋁材分類及表示方法

1）工業(yè)鋁材分類

工業(yè)用鋁材根據(jù)成分和工藝特點(diǎn)，可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類，如圖3-6所示。變形鋁合金塑性好，變形抗力小，適合通過壓力加工成形，通常在冶金廠加工成各種規(guī)格的型材，常用于各種車身構(gòu)件的制造。

按其化學(xué)成分與主要性能特點(diǎn)，變形鋁合金分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁和鍛鋁四種。鑄造鋁合金是用于制造鑄件，簡(jiǎn)稱鑄鋁。其力學(xué)性能不如變形鋁合金，但其鑄造性能好，可通過鑄造生產(chǎn)形狀復(fù)雜的鑄件。根據(jù)添加元素的不同，常用的鑄造鋁合金有鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金及鋁鋅合金等，其中以鋁硅合金應(yīng)用最廣泛。

圖3-6鋁材分類一、金屬材料

2）工業(yè)鋁材表示方法

①變形鋁合金。車身制造通常使用變形鋁合金制造，根據(jù)GB/T16474—1996《變形鋁及鋁合金牌號(hào)表示方法》規(guī)定，變形鋁合金牌號(hào)用“XAXX”表示，牌號(hào)的第一、三、四位為數(shù)字，第二位為字母，變形鋁合金使用字母“A”表示。第一位數(shù)字使用1～7是依主要合金元素Cu、Mn、Si、Mg、Mg、Si、Zn的排列順序分別來表示變形鋁合金的組別（系列），不同系列的鋁合金化學(xué)元素組成及其物理性能、化學(xué)性能、工藝性能及使用范圍均有較大差異，具體如表3-2所示。后兩位數(shù)字表示同一組別中不同鋁合金的序號(hào)。例如，“2A11”表示以Cu為主要合金元素的11號(hào)“Al-Cu系列變形鋁合金”，“5A50”表示以Mg為主要合金元素的50號(hào)“Al-Mg系列變形鋁合金”。一、金屬材料

變形鋁合金牌號(hào)、特性及應(yīng)用

表3-2

純鋁(1000系列）純度為99％以上的鋁材質(zhì)材料，導(dǎo)電性佳但強(qiáng)度弱。使用于家庭用品和電氣器具等。Al-Cu系列合金(2000系列)一般稱為「杜拉鋁」，此種合金強(qiáng)度像鋼一樣，但焊接性較差。使用于飛機(jī)的機(jī)身。Al-Mn系列合金(3000系列)此種合金改善純鋁的強(qiáng)度使用于建材和烹飪用的平鍋、壺等。Al-Si系列合金(4000系列)此種合金因?yàn)榧尤牍?，所以抗磨損性佳。此種合金因?yàn)榧尤脬~、錳或鎳，所以耐熱性佳為鍛造汽缸活塞所使用的材料。Al-Mg系列合金(5000系列)在所有非熱處理鋁合金中，此種合金強(qiáng)度最強(qiáng)，且焊接性及耐腐蝕性都很好。使用于建材、船舶和汽車熔接構(gòu)材。Al-Si-Mg系列合金(6000系列)此種合金強(qiáng)度強(qiáng)、耐腐蝕性佳且具有抗壓性。使用于建筑材料中的窗框。Al-Zn-Mg系列合金(7000系列)此種合金在所有鋁合金中強(qiáng)度最強(qiáng)。使用于汽車和機(jī)車的車架和保險(xiǎn)桿加強(qiáng)梁。一、金屬材料

②鑄造鋁合金。車輪、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、底架、減震器支架以及空間框架等結(jié)構(gòu)件常用鑄造鋁合金制造。鑄造鋁合金目前仍是車用鋁合金的主要形式，但隨著車身輕量化的發(fā)展，其份額不斷下降。2016年鑄造鋁合金在汽車中使用的份額較2012年下降了8%。相反，變形鋁合金的份額則由2012年的13%顯著增長(zhǎng)為2016年的18%。尤其是全鋁車身，鑄造鋁合金的份額更低。根據(jù)GB/T1173—1995《鑄造鋁合金》規(guī)定，鑄造鋁合金牌號(hào)由ZAl＋主要合金元素的元素符號(hào)及其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成，如ZAlSi12表示為Si含量12%，其余為Al的鋁硅鑄造合金。如果合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%，一般不標(biāo)數(shù)字，必要時(shí)可用一位小數(shù)表示。鑄造鋁合金代號(hào)用ZL+三位數(shù)字表示，第一位數(shù)字表示合金系列，其中“1”表示鋁硅合金，“2”表示鋁銅合金，“3”表示鋁鎂合金，“4”表示鋁鋅合金。后兩位數(shù)字表示合金順序號(hào)。如ZL102表示02號(hào)鋁硅系鑄造鋁合金。一、金屬材料

3）鋁材在車身制造中的應(yīng)用

鋁制件在汽車上的使用呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)，局部或整體使用鋁材的車型越來越多。尤其是隨著電動(dòng)汽車的興起，使得全鋁車身也備受各大汽車廠商青睞，如寶馬、奧迪、沃爾沃、路虎、捷豹等，全鋁車身如圖3-7所示。a)捷豹全鋁車身

b)奧迪全鋁車身

圖3-7全鋁車身一、金屬材料

車身鋁材基本均為鋁合金，通過增減合金元素的配比和采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚨?，使其達(dá)到所需性能。車身使用的變形鋁合金主要包括5000系（Al-Mg系）、6000系（Al-Mg-Si系），以及少量2000系（Al-Cg系）和7000系（Al-Zn-Mg系）。

5000系鋁合金屈服點(diǎn)范圍110～160N/mm2，最大抗拉強(qiáng)度為300N/mm2。不可熱處理強(qiáng)化，成型性能優(yōu)良，但成型后易出現(xiàn)屈服點(diǎn)延長(zhǎng)而表面起皺，影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量，因此主要用于內(nèi)板等形狀復(fù)雜的部位。如前隔板、輪罩、備胎槽等。鋁制前隔板如圖3-8所示。圖3-8

鋁制前隔板一、金屬材料

6000系鋁合金成型時(shí)不會(huì)產(chǎn)生滑移帶，且有較高的抗凹痕性，可塑性好，強(qiáng)度高，表面質(zhì)量較好，適用于要求強(qiáng)度高的外部件和結(jié)構(gòu)件。如前葉子板、側(cè)圍板、車頂板、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋、行李艙蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、縱梁外板等。如圖3-9a)，圖3-9b)所示。

7000系鋁合金強(qiáng)度最高，可用來生產(chǎn)擠壓型材，在車身強(qiáng)度要求較高的位置使用，如車架、保險(xiǎn)桿加強(qiáng)梁、車頂橫梁、地板通道及部分加強(qiáng)件等。

此外，車身制造中除了使用大量的變形鋁合金外，在部分幾何形狀復(fù)雜，難以通過沖壓成型，且受力承載較大，對(duì)強(qiáng)度要求較高的結(jié)構(gòu)，使用鑄造鋁合金進(jìn)行制造。如梁頭吸能結(jié)構(gòu)、橫梁、各種支座等，在車身制造中，采用鑄造鋁合金最顯著的結(jié)構(gòu)是減震器座，如圖3-9c)所示。

a)鋁制覆蓋件（發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋）b)鋁制結(jié)構(gòu)件（縱梁外板）c)鑄鋁件（減震器座）圖3-9典型鋁制車身構(gòu)件二、非金屬材料

二、非金屬材料

非金屬材料也廣泛應(yīng)用于車身，汽車裝飾件、密封件、緩沖件及其他一些特殊用途的部件多用非金屬材料制造。車身非金屬材料主要包括：玻璃、塑料、橡膠、纖維、樹脂、非金屬泡沫材料等。

1.玻璃

玻璃是由石英砂、純堿、長(zhǎng)石、石灰石等為主要原料，并加入某些金屬氧化物輔料，在1550℃～1600℃的高溫窯中煅燒至熔融后，經(jīng)成形、冷卻所獲得的非金屬材料。通常具有透明、隔音、隔熱等特性，并具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。在現(xiàn)代汽車玻璃既屬于重要的車身被動(dòng)安全結(jié)構(gòu)，其高透光率也影響車身的主動(dòng)安全。因此，汽車玻璃既要有良好的光學(xué)性能，還要有良好的強(qiáng)度、剛度以及較好的耐磨性、耐熱性、耐光性。此外，汽車玻璃還必須要求破碎后不能對(duì)駕乘人員造成傷害?，F(xiàn)代汽車安全玻璃有夾層玻璃、鋼化玻璃及區(qū)域鋼化玻璃三大類。

二、非金屬材料

（1）夾層玻璃內(nèi)部有一種透明可粘合性的塑料膜貼在二層或三層玻璃之間，將塑料的強(qiáng)韌性和玻璃的堅(jiān)硬性結(jié)合在一起，增加了玻璃的抗破碎能力；

（2）鋼化玻璃是將普通玻璃淬火使內(nèi)部組織形成一定的內(nèi)應(yīng)力，從而使玻璃的強(qiáng)度得到加強(qiáng)。在受到?jīng)_擊破碎時(shí)，玻璃會(huì)分裂成帶鈍邊的小碎塊，對(duì)乘客不易造成傷害；

（3）區(qū)域鋼化玻璃是鋼化玻璃經(jīng)過特殊處理，在受到?jīng)_擊破碎時(shí)其玻璃的裂紋仍可以保持一定的清晰度，保證駕駛者的視野區(qū)域不受到影響。

目前汽車前風(fēng)擋玻璃主要采用夾層玻璃或區(qū)域鋼化玻璃。此外，為滿足客戶需求，汽車玻璃向多功能及智能化發(fā)展，各大廠商還開發(fā)應(yīng)用了多種附帶特殊功能的玻璃，如帶單面透視、帶雨量感應(yīng)、帶熱線反射、帶調(diào)光、帶加熱除霜、帶顯示及其他特殊功能的玻璃。二、非金屬材料

2.塑料

塑料是以合成樹脂為基體，并加入某些添加劑制成的高分子材料。車身塑料件是在一定溫度和壓力作用下將塑料塑造成各種形狀的車身零部件部件。塑料在汽車上的應(yīng)用發(fā)展很快，從最初的內(nèi)飾件發(fā)展到可替代金屬制造的各種機(jī)械配件和車身板件。通過使用塑料替代金屬，既可獲得汽車輕量化的效果，又可改善汽車的耐磨、防腐、避振、降噪等性能。但塑料也存在諸多不足，包括力學(xué)性能較低，耐熱性及導(dǎo)熱性差，易老化、易燃燒、溫度變化時(shí)尺寸穩(wěn)定性差等。

(1)塑料的分類。塑料的種類很多，按其熱性能不同，可分為熱固性塑料和熱塑性塑料兩大類。

熱固性塑料是指經(jīng)過一次固化后，不再受熱軟化，只能塑制一次的塑料。這類塑料耐熱性好，受壓不易變形，但力學(xué)性能較差。常用的有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、氨基樹脂、有機(jī)硅樹脂等。

熱塑性塑料是指受熱時(shí)軟化，冷卻后又變硬，可反復(fù)多次加熱塑制的塑料。這類塑料加工成形方便、力學(xué)性能較好，但耐熱性相對(duì)較差、容易變形。常用的熱塑性塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚苯醚、聚酞胺等。二、非金屬材料（2）塑料在汽車中的應(yīng)用。如表3—3所示。

塑料在汽車中的應(yīng)用表3—3種類化學(xué)名稱代號(hào)主要特性應(yīng)用熱塑性塑料丙烯腈-丁二烯-苯乙烯ABS綜合力學(xué)性能優(yōu)良，耐熱性、尺寸穩(wěn)定性好，易于加工成型車體件、前圍板、格柵、車頭燈框等聚酰胺PA強(qiáng)度高，韌性好，耐磨性、耐疲勞性、耐油性等性能良好，吸水性和收縮率大車外裝飾板件、風(fēng)扇葉片、里程表齒輪、襯套等聚甲醛POM綜合力學(xué)性能優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，耐磨性、耐油性耐老化性好，吸水性小半軸及行星齒輪墊片、汽油泵殼、萬向節(jié)襯套等聚乙烯PE強(qiáng)度較高，耐高溫、耐磨，耐蝕性和絕緣性好內(nèi)裝飾板、車窗框架、手柄、擋泥板等聚四氟乙烯PTFE化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良，耐蝕性極高，摩擦因數(shù)小，耐高溫性、耐寒性和絕緣性好各神密封圈、墊片聚苯醚PPO抗沖擊性能優(yōu)良，耐磨性、絕緣性、耐熱性好，吸水率低，尺寸穩(wěn)定性好，但耐老化性差格柵、車頭燈框、儀表板、裝飾件、小齒輪、軸承、水泵零件等聚酰亞胺PI耐高溫性能好，強(qiáng)度高，綜合性能優(yōu)良，耐磨性和自潤(rùn)滑性好正時(shí)齒輪、密封墊圈、泵蓋等聚丙烯PP耐熱性、耐蝕性較好，成型容易,但收縮率大，低溫呈脆性，耐磨性不高內(nèi)飾板、散熱器固定框、前圍板、保險(xiǎn)杠等聚氯乙烯PVC強(qiáng)度較高，化學(xué)穩(wěn)定性、絕緣性較好，耐油性、抗老化性也較好，但耐熱性差，成型加工性能較差內(nèi)裝飾件、軟墊板、電氣絕緣體等聚碳酸酯PC力學(xué)性能優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，耐熱性較好，但疲勞強(qiáng)度低，耐磨性不高格柵、儀表板等熱固性塑料酚醛塑料PF強(qiáng)度高，耐熱性好，絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性等較好，但質(zhì)地較脆，抗沖擊性差電氣絕緣件、摩擦片等環(huán)氧樹脂EP強(qiáng)度較高，韌性較好，收縮率低，絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐蝕性好汽車涂料、膠粘劑、玻璃鋼聚氨酯泡沫PU力學(xué)性能優(yōu)良，吸振緩沖性、絕熱性好，易于成型座椅墊、內(nèi)飾、轉(zhuǎn)向盤、儀表板、保險(xiǎn)杠等二、非金屬材料

3.橡膠

橡膠是一種以生膠為主要原料，并添加適量的配合劑制成的高分子材料，有天然橡膠（NR）和合成橡膠兩大類。汽車上通常使用合成橡膠，包括苯乙烯丁二烯橡膠（SBR）、丁腈橡膠（NBR）、氯丁橡膠（CR）、乙丙橡膠（EPM、PDM）、聚氨酯橡膠（AUEU）等。合成橡膠具備極高的彈性、良好的熱可塑性、黏著性、絕緣性、耐寒性、耐蝕性及密封性等特點(diǎn)，被廣泛用于汽車零部件制造。如輪胎、車門窗密封條、風(fēng)扇傳動(dòng)帶、緩沖墊、油封、制動(dòng)皮碗等。其中車身上使用的橡膠制品主要是各種密封膠條、密封堵頭、車身降噪減震件等。

橡膠的缺點(diǎn)是導(dǎo)熱性差，硬度和抗拉強(qiáng)度不高，容易老化等。三、復(fù)合材料三、復(fù)合材料

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料通過人工組合而成的固體材料。它不僅綜合了各組成材料的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有單一材料無法達(dá)到的優(yōu)越的綜合性能。因此，復(fù)合材料在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。復(fù)合材料一般由基體相和增強(qiáng)相組成?；w相起形成幾何形狀和粘接的作用，增強(qiáng)相起提高強(qiáng)度和韌性的作用。三、復(fù)合材料

1.復(fù)合材料的分類

按性能可分為∶功能型復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)型復(fù)合材料兩種；

按基體分類可分：高分子基（PMC）、金屬基（MMC）和陶瓷基（CMC）復(fù)合材料；

按增強(qiáng)相的種類、形狀分類：可分為顆粒狀、層狀和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用最多，高分子基的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料通常也稱纖維增強(qiáng)塑料（FRP），金屬的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料也稱纖維增強(qiáng)金屬（FRM），陶瓷基的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料稱纖維增強(qiáng)陶瓷（FRC）。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料還包括碳纖維增強(qiáng)碳素復(fù)合材料（C/C）。在FRP材料中，應(yīng)用最多的是GFRP，即玻璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱玻璃鋼）。在FRM材料中，有連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬、晶須增強(qiáng)金屬和粒子增強(qiáng)金屬。?在FRC材料中，有碳纖維系FRC、陶瓷纖維系FRC和晶須纖維系FRC，以及屬于CMC類的C/C復(fù)合材料。三、復(fù)合材料2.復(fù)合材料的性能特點(diǎn)（1）比強(qiáng)度和比模量高。（2）抗疲勞性能好。（3）耐高溫性能好。?（4）減振性能好。3.復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用復(fù)合材料在汽車上使用得越來越多，車身外板零件如擋泥板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車頂蓋、保險(xiǎn)杠、行李箱蓋等，車室內(nèi)零件如變速桿、發(fā)動(dòng)機(jī)殼、側(cè)門框裝飾、風(fēng)窗窗框等都采用復(fù)合材料制成。目前，汽車上常用的復(fù)合材料主要有纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料等。

三、復(fù)合材料