无声的战争 汽车材料选择之铝合金和钢

“铝还是钢？”这个问题一直困扰着汽车工程师。铝合金在过去一度威胁到钢铁在汽车行业的领先地位。与钢铁的原材料铁相比，铝不仅重量减轻了一半，而且比钢具有更好的耐腐蚀性。但是铝的价格比较贵，制造和维护都比较困难。因此，随着近年来超轻高强度钢板的出现，铝合金的优势部分丧失。相比铝合金，很多汽车厂商更愿意选择高强度碳钢而不是普通钢，但铝和钢之间的战争不会那么轻易结束。

●汽车铝合金零部件占比大幅提升。

虽然消费者对车辆安全的要求越来越高，但全社会对环保节能的呼声也相对更高，这也让汽车厂商不得不寻求更强更薄的原材料，铝与钢的战争也在展开。

制造一辆普通的中型汽车，需要725公斤钢和铸铁，外加350公斤冲压钢板。相比之下，一辆欧洲汽车中铝合金的重量从1990年的50公斤增加到2021年的131.5公斤，预计2010年将增加25公斤。与钢的原料铁相比，铝的重量不仅减轻了一半，而且其耐腐蚀性也优于钢。各种特性也让铝在汽车工程师中更受欢迎。

“奥迪A8全铝车身结构”

在今天的汽车历史上，已经出现了很多全铝合金制造的商用车，包括本田的超级跑车NSX和奥迪的紧凑型轿车A2，以展示其技术实力，而奥迪A8、R8和捷豹XJ仍然以全铝合金车身上市。捷豹XK充分发挥了铝合金技术和轻量化的优势。不仅车身零件总数从5189件减少到2761件，车身刚性也一下子提高了48%。同时达到了减重90公斤的效果！

“捷豹XK采用铝合金技术，大大减轻了车身重量，提升了操控性能”

与老款车型相比，新XK车系的动力输出仅略微提升了6hp，达到了300hp的最大功率。然而，重量减轻后的重量/功率比和悬架系统的改进带来了平易近人和更灵巧的操作和驾驶体验。目前捷豹车辆段的销量为120，570辆，与15年前被福特收购前相比是成倍增长。

●铝合金高强度钢

铝合金的突然出现给汽车钢材供应商带来了压力，因此他们也决定采取统一行动来对抗铝的威胁。早在1995年，32家跨国钢铁厂商联合提出“超轻碳钢车身”概念，这种由高强度钢制成的车身实现了更薄更轻的结构，可使车身重量减轻25%！轻薄的车身确实增加了高强度钢的销量数字，钢铁厂也宣布这种材料还有一个很大的优势，那就是可以让汽车在EuroNCAP碰撞测试中获得更高的分数！

欧洲新车评估计划中的碰撞测试已经发展成为欧洲新车量产前的必备程序，已经成为消费者购车时的重要参考。如果一辆新车想得到“穷”安全信誉，碰撞测试得4到5星。

沃尔沃安全中心的工程师Marten Levenstam认为，钢材质量的提高使汽车制造商能够在不增加车身重量的情况下制造更安全的车身结构。“可以用普通钢材形成冲击力吸收区，高强度钢材形成超安全骑行区！”Martlevenstam表示，只有那些能够承受强烈冲击的车辆才能获得更好的NCAP分数，因此对汽车制造商来说显然具有吸引力。

随着欧盟修订汽车尾气排放的二氧化碳含量标准，限制在每公里130克，汽车设计师的注意力转移到了可以减轻车身重量的钢合金上。普通钢板的厚度通常为0.7到0.75毫米，而如今的超强度钢板只有0.65毫米甚至更小，全新欧宝赛飞利发动机盖钢板只有0.6毫米厚！

钢铁制造商阿塞洛-米塔尔、罗伯特·博世有限公司和咨询公司阿瑟·d·利特尔的分析结果得出了一个发人深省的结论:只有减轻车身重量才能节省约5%的燃油，这样，购买高强度钢只需增加每辆车212欧元的成本。现有的节油技术包括可变气门和进气歧管、涡轮增压和气缸间歇功能等。，但它们无法达到5%的节油效果，减轻车身重量，并有效降低制动系统的负荷和提高发动机效率。

●铝合金的技术瓶颈

钢铁制造商阿塞洛-米塔尔认为，使用高压钢板来减轻车身重量是更经济的选择。他们还预计，随着高压钢板达到更高的经济规模，商用车的重量可以进一步减轻。由于铝受热后体积大幅膨胀的金属特性，大大增加了铝汽车零部件的制造难度。焊接车身时，必须使用专用夹具，并采用特殊工艺将铝制零件固定在特定位置。包括通用汽车在内的国际大车厂仍然无法将铝合金广泛应用于其各种车型。主要原因是搬运铝零件的专用设备无法在世界各地的装配厂和维修点广泛使用。

由于铝价格昂贵，制造和维护困难，汽车制造商更愿意选择高强度碳钢而不是普通钢。在1995年，几乎所有的汽车工厂都只使用普通钢材来制造汽车，但现在，每辆汽车平均已经含有26%的高强度碳钢和6%的高等级钢合金。据阿塞洛-米塔尔市场研究部负责人帕特里克·皮尚介绍，高速钢的应用将在5年内从6%增加到12%。由于欧盟对二氧化碳排放的严格限制，汽车厂商迫切需要减轻车身重量，而高速钢很可能得到更广泛的应用。

一是来自航空空行业的轻量化材料，二是现有材料的技术升级。看来铝与钢的战争不会在短时间内结束。