XX汽车海外版用铝,到了中国就改成钢板;某某汽车采用全铝车身,技术先进非常高级……类似这样的话,在国内的汽车圈子里绝对不会少见。似乎在大家的概念里,铝合金就代表着高端大气上档次,而钢板就是偷工减料缺心眼。
那么真相是否如此呢?刚好,前阵子北汽集团越野分公司发布了消息:北汽的“越野明星”BJ40车型将迎来换代:全新的B41V车型将问世,采用铝合金大梁车架!从而成为世界上唯一一个“全铝非承载结构的硬派乘用车”……
在我们越野圈子里聊起这个的人不少,大家都非常期待这款车。但是笔者却总觉得哪里不对……“全铝非承载结构的硬派乘用车”,“乘用车”是啥意思?基本就是“家用车”的意思。而货车、大巴、公交车那些,他们的统称叫做“商用车”。
在“商用车领域”,铝合金大梁车架又不是啥新鲜事!看看我国的柳汽、华菱、福田等品牌早就有铝合金车架的轻量化大货车了。而且在半挂车行业,全铝合金的轻量化散货半挂车路上不少的!——北汽B41V其实就是把“商用车”领域里玩过的技术,转移到了“乘用车”上。
说到这里,您还觉得铝合金材质在汽车领域里算是个很高大上的东西不?——不好意思!还真不算!——不过,铝合金和钢材到底谁更皮实,似乎“商用车”早就给了我们答案:上述的铝车架货车和挂车,全都只能应用于轻载用途(重载车型依然采用钢板)。
所以今天我们试图就来揭开汽车的“钢铝之争”。首先我们经常听那些媒体和广告说“铝合金比钢强度更高、重量更轻”。这话到底是“商业噱头”还是真有其事呢?——我们得从“重量强度比”和“体积强度比”说起!
商业广告,和大多数行业外媒体嘴里的“新材料强度更高,比铁坚比钢强”,其实说的都是“重量强度比”!那什么是“重量强度比”呢?——比方说:采用同样长度(比如50厘米)的铁条和铝条,规定他们重量一样(比方说都是5克)。
这种情况下,铁条的直径(粗细)也许只有缝衣服的线那么粗(或许叫“铁丝”更恰当);而铝条的直径也许可以达到牙签那么粗。然后你测试这2个金属条的抗拉能力,发现同样大小的拉力下,铁丝拉断了,而铝条没断。于是你得出节论说“铝比铁强度高”。
上述就是“重量强度比”——重量相等的情况下,看哪一种材料强度更高——商业广告,和大多数行业外媒体就是这么干的!因为铁的比重为7.9克/cm³,而铝只有2.7克/cm³!铁比铝密度重3倍,所以铝条比铁丝粗3倍!——铁丝当然吃亏!
但是真到了工业机械领域,却完全不是这么回事!因为工业领域里说的更多的是“体积强度比”。按照工业材料的拉伸强度标准测试方法(国内外通用),具体比较2种材料究竟“谁强谁弱”时是这么玩的:
采用同样长度的2种材质的“小样”(比方说大家都是10厘米),然后规定两者直径粗细一样(比方说都是1毫米),然后上拉力测试机。不断增大拉力,直到“小样”被拉断为止。仪器会自动记录下最大拉力值。——这就是“体积强度比”!不同材料,粗细、厚度一样,看谁更强!
就目前的情况看,我们按照工业上最常见的“体积强度比”来说,超高强度钢的极限强度可以超过2GPA(也就是2000MPA,比如用来制造飞机起落架的著名的“300M钢”);而目前强度级别最高的7075铝合金,经过热处理、拉制后的极限强度也不过就500MPA出头。整整差了钢铁4倍!
具体到汽车生产领域:用来做汽车大梁、骨架结构的钢材通常用的都是高强度钢,强度级别通常都在550PMA以上(如今卡车车架都这个级别了),甚至还会用到780MPA以上的超高强度钢材。
而广泛用于汽车骨架结构的铝合金,却是6061/6063系高韧性铝合金(2024和7075高强度铝合金硬度太高,很难冲压)。6061/6063系铝合金在热处理之后的极限强度也不过就是300MPA级别而已!
在强度指标上,基本上铝合金和钢铁相比,差了大约2倍的样子。——这就意味着铝合金结构的厚度要做到比钢板厚2倍,才能保证结构同样的坚固性。但问题是这样一来,轻量化减重的优势其实就变小了,没那么明显了。
加上铝合金天生耐疲劳性能远差于钢铁,所以铝合金受力结构的寿命远低于钢铁。遭遇突然猛烈冲击时,铝合金更容易产生裂纹,进一步加剧部件损坏,而钢板则以高韧性著称,往往在遭受剧烈冲击后只是凹陷变形。
那么问题来了:对于轿车、家用SUV来说,采用铝合金结构可以做到不生锈、同时还稍微带一点轻量化(普通家用车正常使用不会受到太大冲击,所以无需太多考虑特殊情况);而对于一台硬派越野车而言,用铝合金做大梁是否合适,或许真的是企业需要认真考虑的!毕竟在越野老炮们手里玩起来那是真叫一个狠!
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