“用鋁,、還是用鋼,?”這個(gè)問(wèn)題始終困擾著汽車(chē)工程師,。鋁合金一度威脅到汽車(chē)工業(yè)內(nèi)鋼鐵在過(guò)去所扮演的領(lǐng)導(dǎo)地位,,如果以鋁和制造鋼的原料鐵來(lái)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(jià)格也相對(duì)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(qiáng)度鋼板的問(wèn)世,,也使得鋁合金的優(yōu)勢(shì)部分喪失。相對(duì)于鋁合金,,不少汽車(chē)制造商更加傾向于選擇高強(qiáng)度碳鋼來(lái)替代普通鋼材,,不過(guò)鋁和鋼之間的戰(zhàn)爭(zhēng),可不會(huì)就這么輕易結(jié)束,。
● 車(chē)用鋁合金零件比重顯著增加
雖然消費(fèi)者對(duì)于車(chē)輛安全性的要求越來(lái)越高,,然而整個(gè)社會(huì)對(duì)于環(huán)保節(jié)能的呼聲也相對(duì)提高,因此也使得汽車(chē)制造商們不得不尋求更堅(jiān)固,、更輕薄的造車(chē)原料,,而鋁與鋼之間的戰(zhàn)爭(zhēng)也正由此展開(kāi)。
要制造一輛普通中型汽車(chē)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(chē)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(dòng)機(jī)內(nèi)部件與氣缸缸體),,而且預(yù)計(jì)到了2010年還會(huì)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(chē)工程師們的青睞。
『 奧迪A8的全鋁車(chē)身結(jié)構(gòu) 』
在今天的汽車(chē)歷史中,,已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)不少使用全鋁合金打造車(chē)身的市售車(chē),,包括本田的超級(jí)跑車(chē)NSX以及奧迪為了彰顯技術(shù)實(shí)力而推出的小型車(chē)A2,而目前在市面上仍在銷售的車(chē)型則有奧迪 A8,、R8和捷豹XJ是采用全鋁合金車(chē)身,。其中捷豹 XK更是將鋁合金技術(shù)與輕量化優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致,不僅車(chē)身零件結(jié)合總數(shù)從5,189個(gè)降至2,761個(gè),,車(chē)身剛性更一舉提高了48%,,同時(shí)還大幅瘦身達(dá)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(chē)身重量,,提升了操控性能 』
全新XK車(chē)系的功率輸出僅比起舊款車(chē)型小幅增加6hp,達(dá)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(lái)的卻是平易近人,、更加靈巧的操控與駕馭感受,。目前捷豹車(chē)廠的銷售量12萬(wàn)570輛與15年前被福特收購(gòu)前相比,呈現(xiàn)倍數(shù)成長(zhǎng),。
● 高強(qiáng)度鋼材迎戰(zhàn)鋁合金
鋁合金的異軍突起讓車(chē)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(dòng)以對(duì)抗鋁的威脅。早在1995年,,便已有32家跨國(guó)鋼鐵生產(chǎn)廠商聯(lián)合提出了“超輕碳鋼車(chē)身”的概念,,這種采用高強(qiáng)度鋼材所制造的車(chē)身實(shí)現(xiàn)了更薄和更輕的結(jié)構(gòu),能使車(chē)身重量減輕達(dá)25%,!輕薄化的車(chē)身確實(shí)提高了高強(qiáng)度鋼材的銷售數(shù)字,同時(shí)鋼鐵廠還對(duì)外宣稱,,這種材料還有另一大好處,,也就是讓汽車(chē)在EuroNCAP碰撞測(cè)試中得到更高的分?jǐn)?shù)!
歐洲新車(chē)評(píng)測(cè)系統(tǒng)(European New Car Assessment Program)中的碰撞測(cè)試,,目前已經(jīng)發(fā)展成為是歐洲新車(chē)量產(chǎn)前的必要程序,,也早已成為消費(fèi)者在購(gòu)車(chē)時(shí)重要的一項(xiàng)參考依據(jù),當(dāng)今一款新車(chē)要想獲得“不差”的安全聲譽(yù),,得要在碰撞測(cè)試中得到4至5顆星的評(píng)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(chē)業(yè)者能夠制造出更具安全性的車(chē)身結(jié)構(gòu),,并且還不增加車(chē)身重量,。“您能用普通鋼材構(gòu)成撞擊力道吸收區(qū),,用高強(qiáng)度鋼構(gòu)成超級(jí)安全的乘坐區(qū)!”Marten Levenstam說(shuō),,經(jīng)得起強(qiáng)力撞擊的車(chē)型,,才能得到NCAP更優(yōu)異的評(píng)分,所以這對(duì)于汽車(chē)制造商們來(lái)說(shuō)顯然頗具吸引力,。
由于歐盟修改了汽車(chē)廢氣排放中的二氧化碳含量標(biāo)準(zhǔn),,將其限制在每公里130克,使得汽車(chē)設(shè)計(jì)師們的注意力也隨之轉(zhuǎn)移到能減輕車(chē)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(qiáng)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(dòng)機(jī)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(gè)發(fā)人深省的結(jié)論:僅僅減輕車(chē)身重量就能節(jié)省約5%的燃油,并且通過(guò)這樣的方式來(lái)提高油耗表現(xiàn),,只需在每輛車(chē)上增加212歐元(約為2200人民幣)的成本以購(gòu)買(mǎi)高強(qiáng)度鋼材�,,F(xiàn)有的省油科技包括可變氣門(mén)與進(jìn)氣岐管、渦輪增壓和汽缸間歇功能等,,卻絕對(duì)無(wú)法達(dá)到5%的節(jié)油效果,,而且降低車(chē)身重量,還可有效減輕剎車(chē)系統(tǒng)的負(fù)荷并提高發(fā)動(dòng)機(jī)效能,。
● 鋁合金的技術(shù)瓶頸
鋼鐵生產(chǎn)廠商Arcelor-Mittal認(rèn)為,,采用高張力鋼板來(lái)減輕車(chē)身重量是比較經(jīng)濟(jì)的選擇,他們也預(yù)料隨著高張力鋼板達(dá)到更高的經(jīng)濟(jì)規(guī)模,,市售車(chē)的重量亦能夠進(jìn)一步減輕,。盡管鋁合金生產(chǎn)廠商無(wú)法反駁這一點(diǎn),但是他們卻用另一種觀點(diǎn)對(duì)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(chē)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(chē)身結(jié)構(gòu),,鋼制車(chē)身和鋁制車(chē)首』
除了奧迪和捷豹之外,,對(duì)于推出“全鋁合金車(chē)款”有興趣的車(chē)廠至今仍寥寥無(wú)幾。寶馬制造了鋁鋼材料混用的車(chē)身結(jié)構(gòu),,但是首要原因卻是基于平衡車(chē)身前后配重以提升操控性,。寶馬5系即是鋼制車(chē)身和鋁制車(chē)首(主要在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋)的結(jié)合體實(shí)例,而X5僅在車(chē)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(guò)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(chē)廠頭痛的唯一原因,,因?yàn)殇X在受熱后體積大幅膨脹的金屬特性,,更使得鋁制車(chē)用零件的制造難度大大增加,在焊接車(chē)身時(shí)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(chē)在內(nèi)的國(guó)際性大車(chē)廠仍無(wú)法將鋁合金廣泛應(yīng)用在旗下各車(chē)型上,主要原因就是考慮到處理鋁制零件的特殊設(shè)備無(wú)法在遍布全球的組裝廠與維修點(diǎn)廣泛普及,。
由于鋁金屬價(jià)格昂貴,,且在制造和維修上都很困難,因此汽車(chē)制造商更傾向于選擇高強(qiáng)度碳鋼來(lái)替代普通鋼材,。在1995年當(dāng)時(shí),,幾乎所有車(chē)廠都只會(huì)使用普通鋼材造車(chē),不過(guò)如今,,每輛車(chē)平均已含有26%的高強(qiáng)度碳鋼和6%更高等級(jí)的鋼鐵合金,。根據(jù)Arcelor-Mittal市場(chǎng)研究部門(mén)主管Patrick Pichant的預(yù)測(cè),高速鋼(High-Speed Steel/高強(qiáng)度鋼鐵合金材料之一)的應(yīng)用將會(huì)在5年內(nèi)由現(xiàn)在的6%增加到12%,,而由于歐盟對(duì)于二氧化碳排放量的嚴(yán)格限制導(dǎo)致車(chē)廠迫切需要減輕車(chē)身重量,,高速鋼也很可能會(huì)因而得到更廣泛的應(yīng)用。
一個(gè)是源自于航空工業(yè)的輕量化材質(zhì)(鋁合金),,一個(gè)是現(xiàn)有材料的技術(shù)升級(jí)(高強(qiáng)度鋼材),,看來(lái)鋁和鋼之間的戰(zhàn)爭(zhēng)在短期之內(nèi)仍不會(huì)結(jié)束。
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