课题二 常用汽车材料

项目1 车身常用金属材料的认识

思考题：

1.为什么说金属的塑性变形是金属成形的基础？

2.什么是冷加工硬化？它与金属材料成形有何关系？

金属材料是汽车车身的最主要材料，所采用的金属材料主要有钢材（以板材为主）、铝材及其他合金材料。

一、钢板的性质与种类

1.钢板的性质

钢板的主要性质有可塑性、弹性、加工硬化和热变形等。

（1）可塑性

金属材料大都具有可塑性，即在超过弹性变形极限的外力作用下屈服而产生永久变形。塑性可分为延伸性和展开性两种。延伸性可使金属拉成细丝；展开性可使金属展开成薄片。在车身修理过程中，利用钢材的可塑性，对车身材料进行矫正或复位，是车身修复作业的基本原则。

（2）弹性

金属材料在外力的作用下而产生变形，当外力消失后材料恢复原来形状的现象称为弹性。

金属的弹性有一定的范围，若外力超过此极限范围，金属材料就会失去弹性而永久变形。

实验：选一平直的钢板，按图2-1-1的要求进行验证。

车身钣金是以冲压作用于模具使之成形的，当有应力残留在钣金零件上，则称为钣金嵌板的残留应力。例如，将发动机盖板的缘角部切断时，切断后的两个断面多少会有一些收缩或向反方向展开的现象（见图2-1-2）。这是因为当初的冲压成形工序所留下的残留应力的影响。

（3）加工硬化

金属板以加热的方式成形（弯曲、伸张或压缩）时较为容易，但是在冷态条件下虽然也可以成形，但比较困难。钢板在常温状态下的加工性有一定的限度，超过了这个限度钢板就会破裂。冷态加工中，在近于限度状态下加工作业时，随着加工程度的增加，金属材料会渐渐变硬，使加工困难，这种现象称为加工硬化。

例如，将平钢板折弯，再将其折回时就会留下当初折弯部分的形状，同时也会在其最初折弯部的两端产生新的弯曲。如图2-1-3所示。这就是钢板的折弯处形成的加工硬化，其结果使加工硬化部位的强度高于折弯处以外的部分。

加工硬化是汽车车身钣金零件冲压成形过程中常常发生的现象，在车身钣金维修过程中，因不断地施加外力使钢板产生塑性变形，也会造成加工硬化。在加工硬化部位用火焰加热进行退火处理，温度达到700℃左右后让其慢慢冷却，即可恢复它的加工性。

（4）热变形

普通钢材当加热温度在 800～1000℃时即可开始加工，直到温度降至 600℃；当温度再降至 400～200℃时，钢材即发生清热脆化，比常温时的延展性差，而无法继续加工，必须再重新加热方可加工。若在钢板边缘上加热，则受热部分产生膨胀，用水冷却时，因温度迅速降低而收缩引起塑性变形，能达到弯曲成形或整形的效果。

2.车用钢板的种类

（1）热轧钢板

热轧钢板是经高温轧延后制成的钢板。热轧钢板是由低碳钢的钢锭，以热轧加工所制成。热轧钢板使用在外观不需要很美观的部分，主要用在尺寸较大的车身零件，如车架、骨架和梁等构件。

（2）冷轧钢板

冷轧钢板是热轧钢板再经常温轧延及表面调质处理后的钢板。冷轧钢板比热轧钢板的加工性更好且表面美观。所以冷轧钢板大多使用在汽车车身、机械零件、电器等表面需要平滑美观的构件上，用途广泛。

（3）高强度钢板

高强度钢板的抗拉强度较普通软钢板要高数倍。现代汽车钢板发展的趋势：轿车车身用钢板的主要趋势是向减薄、高强度发展。钢板厚不等于更安全。

很多消费者认为车身的钢板厚度越大车就越结实，其实这只是一种表面上的主观猜测。

目前的汽车制造业中，使用较多的是普通低碳钢板。低碳钢板具有很好的塑性加工性能，强度和刚度也能满足汽车车身的要求，因此在车身上应用很广。为了满足汽车制造业追求轻量化的要求，钢铁企业推出了高强度汽车钢板。这种钢板是在低碳钢板的基础上采用强化方法得到的，抗拉强度得到大幅的增强，可以在厚度减薄的情况下依然保持车身的机械性能要求，从而减少了汽车质量。比如原来用厚度 1mm钢板做侧面板，采用了高强度钢板只需要 0.8mm。高强度钢板还可以有效地提高车身的抗冲击能力，并进而提高汽车的经济性，满足更为严格的碰撞标准和排放标准。

即使是仅就钢板强度来讲，靠提高汽车的刚度来追求安全性也是片面的。因为汽车的有些部位如前脸和后盖，在危险发生时需要钢板吸收更多的能量，以减少对人体的伤害。这时一味地要求刚度只能是适得其反。

高强度钢板在进行钣金加工时，不宜采用加热的方法进行操作，因为加热会严重影响其强度，有时只有用更换的方法进行修理。

（4）表面处理钢板

以提高耐腐蚀性为目的而开发的表面处理钢板，用抗腐蚀能力较强的金属、合金、非金属材料，将钢板表面遮盖起来，使其与腐蚀介质机械隔离；或以化学或电化学氧化处理方式，使金属表面生成氧化膜并以此覆盖层达到防腐蚀的目的。在车身应用的较广泛的是镀锌钢板。

表面处理钢板多在车身上易发生腐蚀的部位使用，如车门下坎、车轮护罩、车身下护围等。需要指出的是，在这些部位进行焊接、修补等作业时，应通过对裸露钢板表面颜色的仔细观察与分析，判定其是否属于表面处理钢板。否则，加热或焊接的高温影响会使防锈层破坏。在制订车身修理工艺时应予以充分考虑和注意。表2-1-1为使用在车身上的表面处理钢板的特征及使用部位。

二、铝合金

铝合金是车身上应用得最多的轻质金属材料。铝具有密度小、塑性好、不易生锈等优点，热传导性及导电性好且有可焊接性。但是，由于纯铝太软（抗拉强度约为59MPa）故不能直接用来制造车身部件。为此，在纯铝中适当加入其他微量元素，如铜、镁、锰、锌、铬和硅等形成的铝合金材料，通过热处理——淬火和时效，使抗拉强度、硬度和耐腐蚀能力都有很大提高，并且保持了可塑性好的优点（延伸率约为40%）。

铝合金及铝合金焊接性工艺性略差，用于中等载荷的零件需在气体保护状态下焊接，一般为惰性气体保护接触电缝焊、点焊或电阻对焊。车身维修作业中需要手工焊接铝合金材料时，应按照特定的焊接工艺，由有经验的人员操作才能获得好的焊接效果。

为了达到汽车轻量化的目的，铝合金在汽车上的应用越来越广泛。表2-1-2为常见变形铝合金的用途。

三、铜及其合金

普通黄铜就是铜锌合金，塑性较高。用汉语拼音字母“H”加铜的百分含量表示牌号，有H65、H68、H80、H90、H95五个牌号。

特殊黄铜是在普通黄铜中加入锡（Sn）、铅（Pb）、铝（Al）、锰（Mn）、铁（Fe）、硅（Si）等不同的化学元素后制成的。特殊黄铜牌号用“H”加第二个主添加元素符号，以及除锌以外的元素含量数字表示。常用牌号有HSn62-1、HMn58-2、HPb59-1等。表2-1-3为常见加工黄铜的用途。