当前位置:首页 技术设计 技术讲堂 正文

无声的战争 汽车材料选择之铝合金和钢

收藏 (0条) 举报/纠错

  “用铝、还是用钢?”这个问题始终困扰着汽车工程师。铝合金一度威胁到汽车工业内钢铁在过去所扮演的领导地位,如果以铝和制造钢的原料铁来相比,不但重量减轻了一半,抗腐蚀性也更优于钢,但是铝的价格也相对昂贵,且在制造和维修上都很困难。因此近年随着超轻型高强度钢板的问世,也使得铝合金的优势部分丧失。相对于铝合金,不少汽车制造商更加倾向于选择高强度碳钢来替代普通钢材,不过铝和钢之间的战争,可不会就这么轻易结束。

● 车用铝合金零件比重显著增加

  虽然消费者对于车辆安全性的要求越来越高,然而整个社会对于环保节能的呼声也相对提高,因此也使得汽车制造商们不得不寻求更坚固、更轻薄的造车原料,而铝与钢之间的战争也正由此展开。

  要制造一辆普通中型汽车必须耗去725公斤的钢和铸铁,还要再加上350公斤的冲压钢板。相比之下,铝合金在一款欧洲汽车内的所占重量,则是从1990年的50增加到2005年的131.5公斤(多数仍用于发动机内部件与气缸缸体),而且预计到了2010年还会再增加25公斤。跟制造钢原料的铁相比,铝的重量不仅减轻了一半,其抗腐蚀能力也更优于钢,种种特质也使得铝更加受到汽车工程师们的青睐。

『 奥迪A8的全铝车身结构 』

  在今天的汽车历史中,已经出现过不少使用全铝合金打造车身的市售车,包括本田的超级跑车NSX以及奥迪为了彰显技术实力而推出的小型车A2,而目前在市面上仍在销售的车型则有奥迪 A8、R8和捷豹XJ是采用全铝合金车身。其中捷豹 XK更是将铝合金技术与轻量化优势发挥到极致,不仅车身零件结合总数从5,189个降至2,761个,车身刚性更一举提高了48%,同时还大幅瘦身达到90kg的效果(从1685kg减重至1,595kg)!

捷豹XK采用铝合金技术,大大降低了车身重量,提升了操控性能 』

  全新XK车系的功率输出仅比起旧款车型小幅增加6hp,达到300hp的最大功率,但是在瘦身有成之后的重量/功率比,再加上悬吊系统的改良,换来的却是平易近人、更加灵巧的操控与驾驭感受。目前捷豹车厂的销售量12万570辆与15年前被福特收购前相比,呈现倍数成长。

● 高强度钢材迎战铝合金

  铝合金的异军突起让车用钢铁供货商们倍感压力,因此他们也决定统一采取行动以对抗铝的威胁。早在1995年,便已有32家跨国钢铁生产厂商联合提出了“超轻碳钢车身”的概念,这种采用高强度钢材所制造的车身实现了更薄和更轻的结构,能使车身重量减轻达25%!轻薄化的车身确实提高了高强度钢材的销售数字,同时钢铁厂还对外宣称,这种材料还有另一大好处,也就是让汽车在EuroNCAP碰撞测试中得到更高的分数!

  欧洲新车评测系统(European New Car Assessment Program)中的碰撞测试,目前已经发展成为是欧洲新车量产前的必要程序,也早已成为消费者在购车时重要的一项参考依据,当今一款新车要想获得“不差”的安全声誉,得要在碰撞测试中得到4至5颗星的评分。

  根据沃尔沃安全中心工程师Marten Levenstam介绍,钢材质量的提高使得汽车业者能够制造出更具安全性的车身结构,并且还不增加车身重量。“您能用普通钢材构成撞击力道吸收区,用高强度钢构成超级安全的乘坐区!”Marten Levenstam说,经得起强力撞击的车型,才能得到NCAP更优异的评分,所以这对于汽车制造商们来说显然颇具吸引力。

  由于欧盟修改了汽车废气排放中的二氧化碳含量标准,将其限制在每公里130克,使得汽车设计师们的注意力也随之转移到能减轻车身重量的钢合金上。普通钢板的厚度通常为0.7到0.75mm,而今日的超强度钢板厚度则仅有0.65mm甚至更薄,新款欧宝赛飞利的发动机盖钢板便只有0.6mm厚!

  钢铁生产厂商Arcelor-Mittal、Robert Bosch GmbH与咨询公司Arthur D. Little的分析结果得出了一个发人深省的结论:仅仅减轻车身重量就能节省约5%的燃油,并且通过这样的方式来提高油耗表现,只需在每辆车上增加212欧元(约为2200人民币)的成本以购买高强度钢材。现有的省油科技包括可变气门与进气岐管、涡轮增压和汽缸间歇功能等,却绝对无法达到5%的节油效果,而且降低车身重量,还可有效减轻刹车系统的负荷并提高发动机效能。

● 铝合金的技术瓶颈

  钢铁生产厂商Arcelor-Mittal认为,采用高张力钢板来减轻车身重量是比较经济的选择,他们也预料随着高张力钢板达到更高的经济规模,市售车的重量亦能够进一步减轻。尽管铝合金生产厂商无法反驳这一点,但是他们却用另一种观点对其提出质疑:如果想要降低二氧化碳的排放量,考虑到汽车的生命周期和资源回收性(铝的回收比例高于钢铁),铝显然优于钢!

宝马5系的车身结构,钢制车身和铝制车首』

  除了奥迪和捷豹之外,对于推出“全铝合金车款”有兴趣的车厂至今仍寥寥无几。宝马制造了铝钢材料混用的车身结构,但是首要原因却是基于平衡车身前后配重以提升操控性。宝马5系即是钢制车身和铝制车首(主要在发动机盖)的结合体实例,而X5仅在车身前半部用上了少数铝合金零件,其整体结构仍为钢制。

  不过仅仅是这种混合结构,就已经使得制造成本增加了25%,而这还不是让车厂头痛的唯一原因,因为铝在受热后体积大幅膨胀的金属特性,更使得铝制车用零件的制造难度大大增加,在焊接车身时必须使用特制夹钳,并采用特殊工艺才能将铝制零件固定在特定位置。包括通用汽车在内的国际性大车厂仍无法将铝合金广泛应用在旗下各车型上,主要原因就是考虑到处理铝制零件的特殊设备无法在遍布全球的组装厂与维修点广泛普及。

  由于铝金属价格昂贵,且在制造和维修上都很困难,因此汽车制造商更倾向于选择高强度碳钢来替代普通钢材。在1995年当时,几乎所有车厂都只会使用普通钢材造车,不过如今,每辆车平均已含有26%的高强度碳钢和6%更高等级的钢铁合金。根据Arcelor-Mittal市场研究部门主管Patrick Pichant的预测,高速钢(High-Speed Steel/高强度钢铁合金材料之一)的应用将会在5年内由现在的6%增加到12%,而由于欧盟对于二氧化碳排放量的严格限制导致车厂迫切需要减轻车身重量,高速钢也很可能会因而得到更广泛的应用。

  一个是源自于航空工业的轻量化材质(铝合金),一个是现有材料的技术升级(高强度钢材),看来铝和钢之间的战争在短期之内仍不会结束。

收藏
+1
+1
发表我的评论
您认为文章写的好么:
评价内容: 修改 本文共有 4 个网友评价,其中100.00%好评,0%差评。
评价理由:语句不通/文章阅读困难
0/5000字 提 交 同步到:
最新文章
加载中