第二节 汽车车身材料

一、车身用材料的分类

车身用材料大致可分为三大类：金属材料、非金属材料和复合材料。

1）金属材料包括钢板、铸铁等重金属材料，铝、镁、钛等轻金属及其合金材料、泡沫金属等材料。

2）非金属材料包括塑料、纤维、树脂、玻璃、橡胶、非金属泡沫材料等。

3）复合材料包括玻璃纤维增强塑料、纤维增强金属、纤维增强陶瓷等。

二、车身用金属材料

（1）车身用钢板 车身用钢板有热轧钢板、冷轧钢板、镀覆钢板、不锈钢板和高强度钢板五大类。

1）热轧钢板是在加热状态下直接将板料轧至所需尺寸而形成的板料。

2）冷轧钢板是将坯料在热状态下轧至一定厚度，再在常温状态下轧至所需尺寸，薄钢板一般都是冷轧板。

3）镀覆钢板即经过表面处理的钢板，在钢板的表面施以锌、铝、锡等金属镀层处理的钢板，还有镀Zn-Cr、Zn-Mg、Zn-Al等合金的电镀钢板。

4）不锈钢板是在碳钢中添加铬或是铬和镍，经热轧和冷轧所制成的钣金材料，由于该材料耐蚀性极强，不生锈，表面光亮，故称不锈钢板。

5）高强度钢板的种类较多，主要有：加Si、Mn、P等固溶强化型，加Nb、Ti、V等的析出硬化型，复合组织型，双相型和回火、退火型等。高强度钢板的抗拉强度一般在600MPa以上，其破坏强度为低碳钢板的2～3倍，故称高强度钢板。

根据钢板的厚薄程度，钢板可分为薄板、中板和厚板三种。板厚小于3.2mm的称薄板，板厚为3.2～5mm的称中板，板厚为5mm以上的称厚板。轿车车身使用钢板的厚度一般为0.6～2.0mm。

钢板在车身材料的使用中所占的比例很大。就轿车而言，20世纪80年代以前生产的轿车中，钢材占整个车身自重比例为60%～67%。近年来，随着轻金属材料和非金属材料的普遍采用，钢板所占车身总重的比例已下降到55%～60%。但高强度钢板的使用却由20世纪80年代的占车身总重的3%～5%，上升到90年代的10%以上。这是因为用高强度钢板代替普通钢板，可大大减轻汽车自重。对于客车、载货汽车这类重量较大的汽车，钢材所占的比例就更大。在未来的半个世纪中，钢板仍是汽车车身材料的主流。钢板材料的开发将向更高强度、更容易塑性加工的方向发展，以减轻车身重量，提高车身安全性。

（2）车身用轻金属材料 汽车车身使用的轻金属材料主要有铝板、铝合金、镁合金和钛合金等。镁合金和钛合金在20世纪90年代时在轿车上就已开始使用，但在车身上用量所占比例很小。铝及其合金在车身上的应用越来越多，特别是轿车，其所占汽车自重的比例也越来越高。20世纪80年代，铝及其合金在轿车车身上的使用比例（占车身自重的百分比）为3.6%～5%，90年代后使用比例上升到7.5%～10%。近年来铝及其合金在汽车车身上已应用越来越多，有很多汽车使用了铝制车身。

三、车身用非金属材料

如前所述，车身用非金属材料包括塑料、纤维材料、复合材料、玻璃和橡胶等。近年来，塑料、非金属复合材料等非金属材料的使用在车身自重中所占比例明显提高，这些材料约占车身总重的25%左右（玻璃除外）。

（1）塑料 塑料是以石油、天然气、煤为基础原料的各种单体通过聚合、树脂粘合、树脂添加、附加缩合等复杂化学反应而生成的高分子材料。

塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料。

1）热塑性塑料成型前即处于高分子状态，将其加热至软化点，使其具有一定的流动性而流动成型的材料，它可分为通用热塑性塑料和工程塑料。车用的热塑性塑料种类有：ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）、PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PF（酚醛）等，ABS、PVC、PU又称为工程塑料。

2）热固性塑料是把相对分子量为1000以下的一次树脂加热熔化，然后浇入模中进行加压、加热，使一次树脂联结而成高分子的成型材料。在汽车上使用的热固性塑料有：PUR（聚氨酯）和UP（不饱和聚酯）等。

汽车上所用塑料80%左右是热塑性塑料。

20世纪80年代时，汽车上所使用的塑料占汽车总重的5%～6%，90年代，塑料所占比例大幅度提高，约占总重的9.5%～14%。欧美轿车的塑料用量平均每辆车达90kg，其中PVC约为13.5kg，PU约为21.6kg，PP约为15.3kg，UP约为14.4kg，ABS约为9kg。客车内部材料均大量使用塑料，以减轻重量。

（2）玻璃 汽车常用的玻璃种类有：钢化玻璃、区域钢化玻璃（即半钢化玻璃）、夹层玻璃（国外汽车常采用HPR夹层玻璃）和普通复合玻璃等四种。其中夹层玻璃有：聚乙烯醇缩丁醛夹层玻璃、聚丙烯酸甲酯夹层玻璃、醋酸纤维夹层玻璃和硝酸纤维夹层玻璃（此种应用较少）。

玻璃的使用量占轿车自重的3%左右，占轿车车身重量的10%左右。对于客车、载货汽车而言比例要相对小些。

（3）橡胶 汽车上的橡胶件主要有轮胎、橡胶密封件、橡胶防尘罩、橡胶衬套和衬垫类零件等，汽车上的橡胶使用量占汽车自重的10%以上。

橡胶种类有：天然橡胶（NR）和合成橡胶两大类，其中汽车上常用的合成橡胶种类有：苯乙烯丁二烯橡胶（SBR）、丁腈橡胶（NBR）、氯丁橡胶（CR）、乙丙橡胶（EPM、PDM）、聚氨酯橡胶（AUEU）等。

四、车身用复合材料

复合材料是由两种或两种以上化学本质不同的组分经人工合成的材料，其结构为多相，一类组成相为基体，起粘结作用；另一类组成相为增强相，用以增强材料的力学性能和提高材料的比强度、比刚度等。

复合材料按性能可分为：功能型复合材料和结构型复合材料两种；按基体分类可分为：高分子基（PMC）、金属基（MMC）和陶瓷基（CMC）复合材料；按增强相的种类、形状分类，可分为：颗粒状、层状和纤维增强复合材料。纤维增强复合材料应用最多，高分子基的纤维增强复合材料通常也称纤维增强塑料（FRP），金属的纤维增强复合材料也称纤维增强金属（FRM），陶瓷基的纤维增强复合材料称纤维增强陶瓷（FRC）。纤维增强复合材料还包括碳纤维增强碳素复合材料（C/C），一般把它编入CMC范围。

在FRP材料中，应用最多的是GFRP，即玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢）。

在FRM材料中，有连续纤维增强金属、晶须增强金属和粒子增强金属。

在FRC材料中，有碳纤维系FRC、陶瓷纤维系FRC和晶须纤维系FRC，以及属于CMC类的C/C复合材料。

复合材料在汽车上使用得越来越多，车身外板零件如挡泥板、发动机罩、车顶盖、保险杠、行李箱盖等，车室内零件如变速杆、发动机壳、侧门框装饰、风窗窗框等都采用复合材料制成。