無聲的戰爭 汽車材料選擇之鋁合金和鋼

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“鋁還是鋼？”這個問題一直困擾著汽車工程師。鋁合金在過去一度威脅到鋼鐵在汽車行業的領先地位。與鋼鐵的原材料鐵相比，鋁不僅重量減輕了一半，而且比鋼具有更好的耐腐蝕性。但是鋁的價格比較貴，制造和維護都比較困難。因此，隨著近年來超輕高強度鋼板的出現，鋁合金的優勢部分喪失。相比鋁合金，很多汽車廠商更愿意選擇高強度碳鋼而不是普通鋼，但鋁和鋼之間的戰爭不會那么輕易結束。

●汽車鋁合金零部件占比大幅提升。

雖然消費者對車輛安全的要求越來越高，但全社會對環保節能的呼聲也相對更高，這也讓汽車廠商不得不尋求更強更薄的原材料，鋁與鋼的戰爭也在展開。

制造一輛普通的中型汽車，需要725公斤鋼和鑄鐵，外加350公斤沖壓鋼板。相比之下，一輛歐洲汽車中鋁合金的重量從1990年的50公斤增加到2021年的131.5公斤，預計2010年將增加25公斤。與鋼的原料鐵相比，鋁的重量不僅減輕了一半，而且其耐腐蝕性也優于鋼。各種特性也讓鋁在汽車工程師中更受歡迎。

“奧迪A8（查成交價|參配|優惠政策）全鋁車身結構”

在今天的汽車歷史上，已經出現了很多全鋁合金制造的商用車，包括本田的超級跑車NSX和奧迪的緊湊型轎車A2，以展示其技術實力，而奧迪A8、R8和捷豹XJ（查成交價|參配|優惠政策）仍然以全鋁合金車身上市。捷豹XK（查成交價|參配|優惠政策）充分發揮了鋁合金技術和輕量化的優勢。不僅車身零件總數從5189件減少到2761件，車身剛性也一下子提高了48%。同時達到了減重90公斤的效果！

“捷豹XK采用鋁合金技術，大大減輕了車身重量，提升了操控性能”

與老款車型相比，新XK車系的動力輸出僅略微提升了6hp，達到了300hp的最大功率。然而，重量減輕后的重量/功率比和懸架系統的改進帶來了平易近人和更靈巧的操作和駕駛體驗。目前捷豹車輛段的銷量為120，570輛，與15年前被福特收購前相比是成倍增長。

●鋁合金高強度鋼

鋁合金的突然出現給汽車鋼材供應商帶來了壓力，因此他們也決定采取統一行動來對抗鋁的威脅。早在1995年，32家跨國鋼鐵廠商聯合提出& # 8220；超輕碳鋼車身& # 8221；概念，這種由高強度鋼制成的車身實現了更薄更輕的結構，可使車身重量減輕25%！輕薄的車身確實增加了高強度鋼的銷量數字，鋼鐵廠也宣布這種材料還有一個很大的優勢，那就是可以讓汽車在EuroNCAP碰撞測試中獲得更高的分數！

歐洲新車評估計劃中的碰撞測試已經發展成為歐洲新車量產前的必備程序，已經成為消費者購車時的重要參考。如果一輛新車想得到& # 8220；窮& # 8221；安全信譽，碰撞測試得4到5星。

沃爾沃安全中心的工程師Marten Levenstam認為，鋼材質量的提高使汽車制造商能夠在不增加車身重量的情況下制造更安全的車身結構。“可以用普通鋼材形成沖擊力吸收區，高強度鋼材形成超安全騎行區！”Martlevenstam表示，只有那些能夠承受強烈沖擊的車輛才能獲得更好的NCAP分數，因此對汽車制造商來說顯然具有吸引力。

隨著歐盟修訂汽車尾氣排放的二氧化碳含量標準，限制在每公里130克，汽車設計師的注意力轉移到了可以減輕車身重量的鋼合金上。普通鋼板的厚度通常為0.7到0.75毫米，而如今的超強度鋼板只有0.65毫米甚至更小，全新歐寶賽飛利（查成交價|參配|優惠政策）發動機蓋鋼板只有0.6毫米厚！

鋼鐵制造商阿塞洛-米塔爾、羅伯特·博世有限公司和咨詢公司阿瑟·d·利特爾的分析結果得出了一個發人深省的結論:只有減輕車身重量才能節省約5%的燃油，這樣，購買高強度鋼只需增加每輛車212歐元的成本。現有的節油技術包括可變氣門和進氣歧管、渦輪增壓和氣缸間歇功能等。，但它們無法達到5%的節油效果，減輕車身重量，并有效降低制動系統的負荷和提高發動機效率。

●鋁合金的技術瓶頸

鋼鐵制造商阿塞洛-米塔爾認為，使用高壓鋼板來減輕車身重量是更經濟的選擇。他們還預計，隨著高壓鋼板達到更高的經濟規模，商用車的重量可以進一步減輕。雖然鋁合金廠商無法反駁這一點，但他們從另一個角度提出質疑:要想減少二氧化碳排放，考慮到汽車的生命周期和資源回收，鋁明顯優于鋼！

寶馬5系（查成交價|參配|優惠政策）車身結構，鋼制車身和鋁制頭部

除了奧迪和捷豹，對于& # 8220；全鋁合金型號& # 8221；到目前為止，仍然很少有感興趣的汽車工廠。寶馬用鋁和鋼材料做了一個車身結構，但主要原因是為了平衡車身前后配重，提高機動性。寶馬5系是鋼制車身和鋁制車頭結合的一個例子，而X5在車身前半部分只使用了少量的鋁合金零件，整體結構依然是鋼制的。

但是，光是這種混動結構就已經增加了25%的制造成本，這并不是讓車廠頭疼的唯一原因。由于鋁受熱后體積大幅膨脹的金屬特性，大大增加了鋁汽車零部件的制造難度。焊接車身時，必須使用專用夾具，并采用特殊工藝將鋁制零件固定在特定位置。包括通用汽車在內的國際大車廠仍然無法將鋁合金廣泛應用于其各種車型。主要原因是搬運鋁零件的專用設備無法在世界各地的裝配廠和維修點廣泛使用。

由于鋁價格昂貴，制造和維護困難，汽車制造商更喜歡選擇高強度碳鋼，而不是普通鋼。在1995年，幾乎所有的汽車工廠都只使用普通鋼材來制造汽車，但現在，每輛汽車平均已經含有26%的高強度碳鋼和6%的高等級鋼合金。據阿塞洛-米塔爾市場研究部負責人帕特里克·皮尚介紹，高速鋼的應用將在5年內從6%增加到12%。由于歐盟對二氧化碳排放的嚴格限制，汽車廠商迫切需要減輕車身重量，而高速鋼很可能得到更廣泛的應用。

一是來自航空空行業的輕量化材料，二是現有材料的技術升級。看來鋁與鋼的戰爭不會在短時間內結束。