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在前两篇文章中《解读车身中的钢》、《车身中的铸铝件》本键盘工程师给大家介绍了钢以及铸造铝合金，今天就来讲一讲其它的铝合金材料。

　　铝合金按照加工方法可以分成铸造铝合金和变形铝合金（和变形金刚没什么关系，用了也不会变形）。

是谁在叫我？

变形铝合金是指在变形加工中使用的铝合金，和铸造铝合金相比，变形铝合金组织致密，成分性能均匀，因此力学性能也会略高于铸造铝合金。车身零件中常用的变形加工主要指冲压成型和挤压成型。

　　冲压成型是指靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的加工成型方法。冲压成型是车身制作中应用最广泛的一种零件成型方法了。

　　挤压成形是对在挤压筒内的金属锭坯施加外力，使之从设定的模孔中流出，从而获得所需要的形状和尺寸的产品，这样一种塑性加工方法称挤压。不仅仅是铝合金很多材料都可以挤压，钢材也是可以挤压的，例如铁轨。和钢相比，铝合金的挤出温度低的多压力也小的多，所以比较适合用挤压加工。挤出铝合金在生活中挺常见的，现在流行的移门窗框都是用挤出铝合金制作的。

挤压成型原理

　　铝合金按照所含主要元素分类工业纯铝(1×××系)，Al-Cu合金(2×××系)，Al-Mn合金(3×××系)，Al-Si合金(4×××系)，Al-Mg合金(5×××系)，A1-Mg-Si合金(6×××系)，A1-Zn-Mg-Cu?合金(7×××)，Al-Li合金(8×××系)。数字只表示成分，并不像宝马那样越大越好。车身中常用的铝合金是5xxx系和6xxx系，7xxx系铝合金也有少量应用。

5xxx系铝合金是以镁为主要合金元素的铝合金，疲劳性能和焊接性能良好。虽然镁在合金中的溶解度随温度降低而迅速减小，但由于析出形核困难，核心少，析出相粗大，因而合金的时效强化效果低，因此该系合金为不可强化铝合金。比较典型的5xxx系铝合金有和。就是我们日常生活中制作易拉罐的材料。

易拉罐

　　这两种材料性能相近大约MPa出头的屈服强度，MPa多的抗拉强度，实在有点拿不出手。好在延伸率还不错，可以达到20%。不能热处理也代表不需要热处理，在一些应用场景中这会成为一种优势。5xxx系铝合金用于制作一些强度要求不高的零件，还是可以达到减重效果的。宝马6系GT中门和发动机盖的内板使用了5xxx系铝合金，宝马委婉地使用了AlMg合金这个称呼。

６GTAl-MgAlloy

则是一种不太典型的5系铝合金，当然也可以用来制作一般冲压零件。但是配合上不同的工艺就会有很大的不同了。这里说的就是超塑成型，名字就听着不一般。超塑性是指材料在一定温度（超过熔点的一半）下进行拉伸时表现出异常高的延伸率（%）而不发生断裂或者颈缩的现象。超塑成形的基本过程是：将坯料与模具一起升温至超塑性温度；然后用模具压紧坯料，此时坯料与模具形成了一个密闭的空间；然后向密闭空间中充入气体，坯料在气体的压力下发生超塑性变形，并贴合到模具型腔表面；最终，坯料达到设定的形状。利用这一特性，超塑成型制作的零件可以在单一零件上做出非常复杂的形状。

塑成型原理

　　宾利是热衷于使用这项技术的厂商之一，目前上市的每一款车型都应用了超塑成型技术。最新一代的ContinentalGT的翼子板和侧围外板就是使用这一技术代替了传统冲压成型中的拉延工序。由于这一工艺成型时间太长，不太适合大规模量产。传统的IF钢（五间隙原子钢）的延伸率也可以达到50%，已经可以满足大部分车型的造型需求了。宾利作为一个超豪华品牌当然要使用一些不太寻常的技术才能对得起车标上那长着翅膀的“B”。

ContinentalGT超塑成型侧围6xxx系则是变形铝合金中应用最广泛的合金，是以Mg和Si为主要元素以Mg2Si为强化相（铸造铝合金的强化相也是这个），可热处理强化。当合金中的Mg加Si总质量分数在2.5%-3.5%时具有最大的淬火效应，时效后抗拉强度最高。工业牌号的6xxx系铝合金Mg加Si的总含量一般在0.65%-2.5%这个范围。6系中有常用的/这样的板料，也有//这样的挤出材料。和5xxx系铝合金相比，6xxx系铝合金的屈服强度和抗拉强度有显著的提高，抗拉强度可以达到MPa，同时材料的延伸率并没有太大的下降。当然达到这个强度的前提是需要经过适当的热处理。对于钣金零件来说，随车身一起经过电泳车间摄氏度30分钟左右的烘烤是零件强度达到要求的关键。而对于挤出零件，在供应商出厂前已经进行了热处理。ES8车身中大量使用了6xxx铝合金

CT6的侧围外板使用了1.2mm厚的6xxx铝合金和0.7mm厚的钢侧围相比减重可达40%。

CT6侧围外板

　　相比板材，6xxx系的挤出材料应用更加的广泛。挤出件一般挤出件都是直的，配合拉弯工艺或者液压成型工艺，也可以制作一些带有一定弧度的零件。在传统车型中，有非常多的车型使用“日”字型截面的挤出铝合金件制作防撞梁以达到减重效果。也有部分车型在前纵梁或者门槛中使用了挤出铝合金零件。

“日”字形截面防撞梁

　　而在新能源车型中，电池托盘的结构往往都是横平竖直的等截面梁，这就非常适合使用挤出件来制作了。目前的各大厂家也确实是这样选择的。

奥迪ｅ-tron电池结构

　　工程师们对于材料强度和轻量化的追求是没有止境的（有钱有预算的时候）。超高强度铝合金就进入了工程师们的视野，7xxx系铝合金就是这样的材料。7xxx系属于Al-Zn-Mg-Cu合金，在航空领域使用广泛，是飞机结构的主要材料。7xxx在车身中同样也是以挤出件以及钣金件这两种形式出现。其中7xxx系的挤出件应用相对较多。典型的或者挤出铝合金在T6状态下抗拉强度可以达到约Mpa，屈服强度也接近Mpa。和6系相比有一定程度的提高，差距也不太大。

CT6中的7xxx系铝合金挤出件

　　相比于挤出件，7xxx系列的板才在汽车中的应用就很罕见了。铝合金热成型板材的抗拉强度可以达到约Mpa，这个强度在高强钢中也算是不错的水平了，而铝的密度仅仅是钢的约三分之一。有不少企业研究过热成型铝在汽车中的应用。然而其焊接性能差，同时延伸率又不高，这样无论是热连接，还是类似SPR这样的冷连接都比较有挑战。因此限制了其在车身中的应用。蔚来ES6中就使用了铝合金。在大规模量产车型里可以说是前无古人，后面也不知道有没有来者了。蔚来其实是一家在技术上有追求的企业。

ES6中的铝合金

　　了解材料性能之后，工程师的烧脑时刻又到了，该怎么用呢？车身上的结构大致可以简化成两种类型，梁和板。对于这两种类型的结构我们都会考察强度和刚度。下面这幅图是雷克萨斯LC的Eurocarbody报告中的一页，左侧是梁右侧是板，横坐标是比强度（强度/密度），纵坐标是比模量（模量/密度），越靠右上性能越出色，这是衡量材料轻量化潜力的重要指标。可以看到在梁结构中铝合金的比模量和钢基本相当，比强度基本达到了MPa钢（双相钢，多相钢）的水平，但是和0MPa以上的热成型钢（HS）相比，比强度还是差了一些。所以图中推荐钢和碳纤维作为梁的材料。而在板结构中铝和钢比就有明显的优势了。这里其实有一个隐藏的中间变量就是料厚没有体现，单位面积相同重量的材料厚度是和密度成反比的，板的弯曲刚度和又和厚度的三次方成正比，最大弯曲正应力和料厚的平方成反比，所以右图的纵坐标是三次方根横坐标是平方根（读懂这句需要点材料力学基础，看结构就好）。图中推荐铝和碳纤维作为板的材料。当然这个分析只是基于简单的拉伸弯曲，实际结构受力情况复杂的多，不同材料的使用限制也不同，因此实际减重效果不如数据差异这么大。说句题外话，这副图的初衷是想说明碳纤维复合材料（连续纤维Continuousfiber）吊打所有钢和铝。

　　现在来看看不同车型的材料分布图就能看出其中的奥秘了。首先出场的是以铝车身闻名的奥迪A8，从94年第一代A8发布至今一共经历了4代车型。作为最爱秀车身材料的厂商（没有之一），可以清楚的看到材料的变化趋势。前两代车型中铝占了车身材料的%。90年代末至本世纪前几年，汽车行业的超高强度钢应用并不多也不广，和普通高强钢相比，铝无论强度刚度都不吃亏。到了第三代车型，B柱已经悄悄换成了高强钢，毕竟B柱是车身中强度要求最高的零件之一。到了最新一代车型，门槛A柱B柱都已经是热成型钢了。另外这一代车型中还使用了镁合金和碳纤维。每一代车型中的门盖、地板、顶盖等板状结构还是坚持使用铝合金的，在这些结构中，铝合金和钢比在性能相当的情况下可以减轻不少重量。

第一代奥迪A8

第二代奥迪A8

第三代奥迪A8B柱已经是高强钢了

第四代奥迪A8大量使用了热成型钢

　　再来看看另一家全铝车身的爱好者捷豹路虎是怎么做的。在17年发布的星脉上，B柱还是使用6系铝打造的，而在星脉之前的车型，例如揽胜发现4等等，同样使用了铝来制作B柱，由此可见对铝合金的应用是多么的执着。

路虎星脉B柱

　　执着的捷豹路虎也做出了改变。在18年的I-Pace上，车身主要还是使用铝合金来制作，B柱却已经悄悄的换成了热成型钢。Ductibor?和Usibor?是阿塞洛米塔尔两种热成型钢的商品名。

以铝为主的I-Pace车身绿色的都是铝

I-PaceB柱结构

　　那一般豪华品牌中高端车型上又是怎么用铝的呢？奥迪A6可以算国内40万级别中大型豪华轿车的典型了，前后防撞梁、门盖都是铝合金材料的，和钢比还是可以减轻不少重量的。而在车身本体中，在前减震塔使用了铸铝件，然后在衣帽间上使用了铝，车身的大部分结构还是钢的。近几年从奔驰E级开始，厂家们开始变聪明（狡诈）了，铝换钢渐渐流行起来了。当然不用铝就不会发生铝换钢这种事情了。

奥迪A6材料分布

　　而更低端一些的豪华品牌入门车上，铝就不太多了。例如ATS，四门两盖中只剩下发动机盖还是铝的。

ATS车身材料分布绿色是铝

在十几到二十多万的普通车型中，还是有不少车型在前后防撞梁上使用铝合金挤出零件的。当然购买这些车型的用户得放平心态，不要期望在这样的车型中发现太多的铝合金零件。

关于车身中的铝合金，讲得差不多了。最后还是那个问题，你的车上有多少铝合金零件呢？

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