“用鋁,、還是用鋼?”這個問題始終困擾著汽車工程師,。鋁合金一度威脅到汽車工業(yè)內(nèi)鋼鐵在過去所扮演的領導地位,,如果以鋁和制造鋼的原料鐵來相比,不但重量減輕了一半,,抗腐蝕性也更優(yōu)于鋼,,但是鋁的價格也相對昂貴,且在制造和維修上都很困難,。因此近年隨著超輕型高強度鋼板的問世,,也使得鋁合金的優(yōu)勢部分喪失。相對于鋁合金,,不少汽車制造商更加傾向于選擇高強度碳鋼來替代普通鋼材,,不過鋁和鋼之間的戰(zhàn)爭,可不會就這么輕易結(jié)束,。
● 車用鋁合金零件比重顯著增加
雖然消費者對于車輛安全性的要求越來越高,,然而整個社會對于環(huán)保節(jié)能的呼聲也相對提高,因此也使得汽車制造商們不得不尋求更堅固,、更輕薄的造車原料,,而鋁與鋼之間的戰(zhàn)爭也正由此展開。
要制造一輛普通中型汽車必須耗去725公斤的鋼和鑄鐵,,還要再加上350公斤的沖壓鋼板,。相比之下,鋁合金在一款歐洲汽車內(nèi)的所占重量,,則是從1990年的50增加到2005年的131.5公斤(多數(shù)仍用于發(fā)動機內(nèi)部件與氣缸缸體),,而且預計到了2010年還會再增加25公斤。跟制造鋼原料的鐵相比,,鋁的重量不僅減輕了一半,,其抗腐蝕能力也更優(yōu)于鋼,種種特質(zhì)也使得鋁更加受到汽車工程師們的青睞,。
『 奧迪A8的全鋁車身結(jié)構(gòu) 』
在今天的汽車歷史中,,已經(jīng)出現(xiàn)過不少使用全鋁合金打造車身的市售車,,包括本田的超級跑車NSX以及奧迪為了彰顯技術(shù)實力而推出的小型車A2,而目前在市面上仍在銷售的車型則有奧迪 A8,、R8和捷豹XJ是采用全鋁合金車身,。其中捷豹 XK更是將鋁合金技術(shù)與輕量化優(yōu)勢發(fā)揮到極致,不僅車身零件結(jié)合總數(shù)從5,189個降至2,761個,,車身剛性更一舉提高了48%,,同時還大幅瘦身達到90kg的效果(從1685kg減重至1,595kg)!
『捷豹XK采用鋁合金技術(shù),,大大降低了車身重量,,提升了操控性能 』
全新XK車系的功率輸出僅比起舊款車型小幅增加6hp,達到300hp的最大功率,,但是在瘦身有成之后的重量/功率比,,再加上懸吊系統(tǒng)的改良,換來的卻是平易近人,、更加靈巧的操控與駕馭感受,。目前捷豹車廠的銷售量12萬570輛與15年前被福特收購前相比,呈現(xiàn)倍數(shù)成長,。
● 高強度鋼材迎戰(zhàn)鋁合金
鋁合金的異軍突起讓車用鋼鐵供貨商們倍感壓力,,因此他們也決定統(tǒng)一采取行動以對抗鋁的威脅。早在1995年,,便已有32家跨國鋼鐵生產(chǎn)廠商聯(lián)合提出了“超輕碳鋼車身”的概念,,這種采用高強度鋼材所制造的車身實現(xiàn)了更薄和更輕的結(jié)構(gòu),能使車身重量減輕達25%,!輕薄化的車身確實提高了高強度鋼材的銷售數(shù)字,,同時鋼鐵廠還對外宣稱,這種材料還有另一大好處,,也就是讓汽車在EuroNCAP碰撞測試中得到更高的分數(shù),!
歐洲新車評測系統(tǒng)(European New Car Assessment Program)中的碰撞測試,目前已經(jīng)發(fā)展成為是歐洲新車量產(chǎn)前的必要程序,,也早已成為消費者在購車時重要的一項參考依據(jù),,當今一款新車要想獲得“不差”的安全聲譽,得要在碰撞測試中得到4至5顆星的評分,。
根據(jù)沃爾沃安全中心工程師Marten Levenstam介紹,,鋼材質(zhì)量的提高使得汽車業(yè)者能夠制造出更具安全性的車身結(jié)構(gòu),并且還不增加車身重量,。“您能用普通鋼材構(gòu)成撞擊力道吸收區(qū),用高強度鋼構(gòu)成超級安全的乘坐區(qū),!”Marten Levenstam說,,經(jīng)得起強力撞擊的車型,,才能得到NCAP更優(yōu)異的評分,所以這對于汽車制造商們來說顯然頗具吸引力,。
由于歐盟修改了汽車廢氣排放中的二氧化碳含量標準,,將其限制在每公里130克,使得汽車設計師們的注意力也隨之轉(zhuǎn)移到能減輕車身重量的鋼合金上,。普通鋼板的厚度通常為0.7到0.75mm,,而今日的超強度鋼板厚度則僅有0.65mm甚至更薄,新款歐寶賽飛利的發(fā)動機蓋鋼板便只有0.6mm厚,!
鋼鐵生產(chǎn)廠商Arcelor-Mittal,、Robert Bosch GmbH與咨詢公司Arthur D. Little的分析結(jié)果得出了一個發(fā)人深省的結(jié)論:僅僅減輕車身重量就能節(jié)省約5%的燃油,并且通過這樣的方式來提高油耗表現(xiàn),,只需在每輛車上增加212歐元(約為2200人民幣)的成本以購買高強度鋼材�,,F(xiàn)有的省油科技包括可變氣門與進氣岐管、渦輪增壓和汽缸間歇功能等,,卻絕對無法達到5%的節(jié)油效果,,而且降低車身重量,還可有效減輕剎車系統(tǒng)的負荷并提高發(fā)動機效能,。
● 鋁合金的技術(shù)瓶頸
鋼鐵生產(chǎn)廠商Arcelor-Mittal認為,,采用高張力鋼板來減輕車身重量是比較經(jīng)濟的選擇,他們也預料隨著高張力鋼板達到更高的經(jīng)濟規(guī)模,,市售車的重量亦能夠進一步減輕,。盡管鋁合金生產(chǎn)廠商無法反駁這一點,但是他們卻用另一種觀點對其提出質(zhì)疑:如果想要降低二氧化碳的排放量,,考慮到汽車的生命周期和資源回收性(鋁的回收比例高于鋼鐵),,鋁顯然優(yōu)于鋼!
『寶馬5系的車身結(jié)構(gòu),,鋼制車身和鋁制車首』
除了奧迪和捷豹之外,,對于推出“全鋁合金車款”有興趣的車廠至今仍寥寥無幾。寶馬制造了鋁鋼材料混用的車身結(jié)構(gòu),,但是首要原因卻是基于平衡車身前后配重以提升操控性,。寶馬5系即是鋼制車身和鋁制車首(主要在發(fā)動機蓋)的結(jié)合體實例,而X5僅在車身前半部用上了少數(shù)鋁合金零件,,其整體結(jié)構(gòu)仍為鋼制,。
不過僅僅是這種混合結(jié)構(gòu),就已經(jīng)使得制造成本增加了25%,,而這還不是讓車廠頭痛的唯一原因,,因為鋁在受熱后體積大幅膨脹的金屬特性,更使得鋁制車用零件的制造難度大大增加,在焊接車身時必須使用特制夾鉗,,并采用特殊工藝才能將鋁制零件固定在特定位置,。包括通用汽車在內(nèi)的國際性大車廠仍無法將鋁合金廣泛應用在旗下各車型上,主要原因就是考慮到處理鋁制零件的特殊設備無法在遍布全球的組裝廠與維修點廣泛普及,。
由于鋁金屬價格昂貴,,且在制造和維修上都很困難,因此汽車制造商更傾向于選擇高強度碳鋼來替代普通鋼材,。在1995年當時,,幾乎所有車廠都只會使用普通鋼材造車,不過如今,,每輛車平均已含有26%的高強度碳鋼和6%更高等級的鋼鐵合金,。根據(jù)Arcelor-Mittal市場研究部門主管Patrick Pichant的預測,高速鋼(High-Speed Steel/高強度鋼鐵合金材料之一)的應用將會在5年內(nèi)由現(xiàn)在的6%增加到12%,,而由于歐盟對于二氧化碳排放量的嚴格限制導致車廠迫切需要減輕車身重量,,高速鋼也很可能會因而得到更廣泛的應用。
一個是源自于航空工業(yè)的輕量化材質(zhì)(鋁合金),,一個是現(xiàn)有材料的技術(shù)升級(高強度鋼材),,看來鋁和鋼之間的戰(zhàn)爭在短期之內(nèi)仍不會結(jié)束。
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