2.2铝合金材料
铝合金材料密度是钢的1/3,吸能性是钢的2倍,在碰撞安全性方面有明显优势,且铝的可回收性和耐腐蚀性佳,是最常见的车身用轻金属材料。虽然弹性模量低,但有很好的挤压性,能够得到复杂界面,从结构上补偿部件的刚度。在满足刚性和强度等方面力学性能的前提下,大大降低了材料消耗和制件的质量,进而实现车身轻量化、提高整车燃油效率。铝制与钢制发动机罩种类比较见表1。
由于铝合金具有上述优良特性,自20世纪70年代石油危机以来,欧美日等汽车大国就开始在量产车上应用铝合金,如铝合金机罩、行李厢盖、翼子板、保险杠、车厢地板、散热器框架等。随着铝合金加工工艺和装配工艺日渐成熟,Audi A8车型实现了全铝车身的设计和制造,实现了车身减重40%的成绩。Audi A8第1代铝合金ASF车身如图4所示。
2.3镁合金材料
镁的密度是1.74 kg/m3,是铝的2/3,且镁合金材料吸震性好,生产模具寿命高、尺寸稳定,作为轻量化材料应该更合适,但镁的化学活性高,加工过程中容易发生燃烧和爆炸,存在安全生产问题,且耐腐蚀性、蠕变强度和再生技术不如铝。所以现阶段相比于铝合金,镁合金的研究和发展很不充分,只应用于少量车型的发动机罩盖、转向盘、座椅支架、车内门板、变速器外壳等方面。镁合金转向盘如图5所示。
2.4塑料和复合材料
为节约资源、满足轻量化、防腐蚀、低成本和美观等要求,现代汽车材料方面正在大量采用非金属材料,目前主要有工程塑料和复合材料。
汽车用工程塑料主要有PP、PE、PVC、ABS、PA等,工程塑料具有密度小、成型性好、耐腐蚀、防震、隔音隔热等优良特性,同时,又具有金属钢板不具备的外观(颜色、光泽)和触感,所以在汽车上广泛应用。主要有前后保险杠、仪表板、前后照灯、行李厢盖、翼子板及众多内外饰件(壳体、罩盖、手柄等)。
复合材料是指两种或两种以上物理性质和化学性质不同的物质结合起来而制成的一种多相固体材料,通常由增强材料和基体复合而成。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维和高分子材料。复合材料具有很多金属材料无法比拟的优点,具有防锈、隔热、隔声、保护人体、密度小、强度高、抗疲劳度大等特点。近年来,复合材料主要应用于前端托架、仪表板骨架、电池托架、悬架和车架等汽车结构件上。高强度有机纤维增强复合材料有很高的机械强度,能代替钢架材料,从而减轻车身质量;碳纤维增强复合材料能够代替钢板弹簧,运用于悬架系统。除零部件的应用外,克莱斯勒等车企用玻纤增强热塑性聚醋注射成型了CCV车型,可用于大规模生产,如图6所示。