车身铝材的主要作用是什么?
以车身为例,铝材的主要作用一是减重,二是提高刚度。高中理科生都学过,铝的密度是 2.7*10³kg / m³,而钢铁的密度大约在 7.85*10³kg / m³ 左右(忽略不同合金微小差异)。从我们日常思维来看,铝似乎比钢轻得多。
但账不是这么算的,轻也并不是这么来的。密度衡量的是等体积下的重量,但铝合金材料整体上强度(或者说强度上限)要远低于钢材。常用的 6 系铝合金抗拉强度(UTS)约 300MPa,而这在钢材中仅略高于最普通的低碳钢,与各种超高强度钢没得比。
然而因为铝合金密度只有钢的 1/3,铝制部件可以使用大得多的材料厚度 / 体积,来弥补材料强度上的劣势,让部件的结构强度提高到应有水准。相对于一般的高强钢,铝材可以在等质量下获得更高强度,或者在等强度下减轻重量,于是就有了“铝 = 轻”的印象。
车用超高强钢应用有哪些?
上世纪末本世纪初,车用超高强钢(UTS>1370MPa)的应用还十分有限(有数据称 2000 年约 5%)。而常用于航空领域的 7 系热成型铝材的强度可以达到 600MPa,虽然稀少、昂贵且难以加工,但对于致力于品牌建设的高端车型比如当时的奥迪,用全铝实现最佳的车身性能是有价值的。
而随着抗拉强度超过 1500MPa 的超高强度钢出现并扩散,昂贵的高强度铝材不再能通过厚度轻易追回强度,于是车企纷纷将高端车型的关键部位改为超高强钢,全铝车身也就渐渐难得一见。
铝合金依然在车身、尤其是高端车身中扮演着重要角色,一方面是非关键部位的轻量化优势,另一方面是铝材厚度更大带来的刚度优势。又因为铝的材料特性,铸铝工艺最终成了这两种优势的集中体现。