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材料大戰——“鋁”一定比“鋼”更高級?

   2022-02-18 騰訊網7520
導讀

不知道是不是因為某些熱衷于炒陳飯的媒體“同行”的“功勞”,關于車身材料的爭議在最近再度成為了多方熱議的焦點。這一次,首當其沖的依然是奔馳。盡管現款奔馳E級上市已經接近4年了,當年換代之初就被熱炒過的車門

不知道是不是因為某些熱衷于炒陳飯的媒體“同行”的“功勞”,關于車身材料的爭議在最近再度成為了多方熱議的焦點。



這一次,首當其沖的依然是奔馳。盡管現款奔馳E級上市已經接近4年了,當年換代之初就被熱炒過的車門、機蓋“鋁換鋼”早已是老黃歷,但依然擋不住吃瓜群眾看熱鬧不嫌事大的熱情。此外,連帶著挨批的還有奔馳的“好基友”寶馬,國產寶馬3系也被曝光,將引擎蓋和前翼子板,從海外車型的鋁合金材料換成了鋼制材料。


在車身材料的選擇上,鋁合金真的就比鋼材“高級”嗎?



鋼,算得上人類工業史上歷史最悠久,使用最普遍的材料之一。從汽車誕生的那一天開始,鋼就是汽車的主要材料。而鋁合金被應用在汽車制造中的歷史要短得多,這種最初來自于航空工業的輕量化材質(當然,與汽車一樣,近年來復合材料也開始取代它),早在上個世紀30年代,就被捷豹用于造車;而“全鋁車身”的誕生,則是1994年,奧迪A8正式推出了ASF車身結構之后的事情。


如果要對鋼和鋁合金進行簡單的對比,那么最簡單的幾項物理性質是這樣的——鋁合金的拉伸強度超過鋼材,但在韌性上卻遠不如鋼,同時二者的比重不同,同樣體積的鋁合金要比鋼材輕將近一半。


現代汽車,特別是強調性能和豪華感的高檔汽車,之所以更多采用鋁合金材質,就是為了省下寶貴的重量。輕量化對汽車性能的影響至關重要,它影響著油耗、制動能力、最大時速、加速性能乃至彎道中的動態表現。在賽車和改裝車領域,有著“寧少10馬力不多1公斤”的說法;而整車質量降低10%可以讓燃油效率提高6%到8%左右,這是一個非??捎^的數據。由此可見,輕量化對于汽車的重要性。



采用更輕巧的鋁合金,能夠省下更多的重量,在不少人眼中,鋁合金因此被視為“更高級”。但造車這件事,并沒有這么簡單。


鋁合金的拉伸強度超過鋼,但是在韌性上卻比鋼差很多。簡單地說,就是鋁合金更硬但也更脆,而鋼雖然軟卻更具有韌性。當發生碰撞事故時,在同樣超過結構件受力極限的情況下,鋼會逐級抵抗戰至一兵一卒,其彈性可以抵消一部分沖擊力;而鋁合金則會瞬間崩塌,直接“繳槍投降”。



當年一起著名的車禍,全鋁的奧迪R8被攔腰撞斷……


更重要的是,對于鋁合金來說,這一缺陷幾乎無法克服。有人或許要說,既然鋁合金比鋼材輕得多,那我們把鋁合金材料增厚增粗,是不是就能比同等重量的鋼材更堅固了呢?非也!隨著厚度的增加,鋁合金的屈服強度反倒會降低,更厚重的鋁合金,反而更容易在沖擊力下直接斷成兩截!


此外,鋁合金與鋼材相比還有著焊接性能差、加工成本高的缺點。要知道,成本不僅僅是對汽車制造商才存在的——韌性太差的鋁合金,一旦發生碰撞事故,幾乎無法鈑金修復,而動輒就需要整體更換。


一說到全鋁車身,我們第一時間會想到的是前面提到過的兩個名字:奧迪和捷豹,但是捷豹XFL的全鋁車身卻“僅僅”使用了75%比例的鋁合金,而不是多數人想象中的100%;而奧迪也同樣在高端車型上逐漸降低鋁合金的比重。



奧迪換掉了鋁合金,增加的是碳纖維增強復合材料——如果硬要說的話,鈦合金和碳纖維復合材料就是比鋁合金“更高級”的材料。比如,碳纖維復合材料的密度比鋁合金更低,而抗拉強度能夠輕松達到3500Mpa以上,大概是鋁合金和鋼材的8-10倍;而鈦合金則在輕量化的同時,能同時實現高硬度和高韌性,可謂兼具了鋁合金和鋼材的優點。



那么,為什么汽車不大量使用這兩種“更高級”的材料呢?成本、成本、還是成本。由于居高不下的成本,碳纖維和鈦合金只被少數車型用在少數地方。碳纖維的韌性也較差,而且幾乎無法維修,稍微碰一下,就會出現巨額的更換費用,所以只有寶馬i8、柯尼塞格、蘭博基尼等少數超跑才會采用這種材料;而鈦合金呢,除了價格昂貴,同樣也有成形性不好和焊接性能差的缺點,只有NSX和布加迪Chiron這種怪獸才舍得用一點點在發動機曲軸或剎車卡鉗上。


一句話,無論鋁合金、鋼材還是碳纖維和鈦合金,它們都有著各自不同的特點和不同的“身價”。它們之間并沒有絕對的“高下之分”,而是各有所長。



事實上,隨著汽車的發展,各種新材料也是百花齊放。比如在理想汽車上,采用了尼龍(你沒有看錯!跟你女朋友的絲襪一樣)材質的下主擺臂;而一向熱心環保的沃爾沃,甚至和一家名叫Bcomp's的公司合作,嘗試用海洋回收塑料(顧名思義就是從海里撈起來的廢舊塑料),經過重整后制作半結構內飾件。


汽車上使用的材料其實無所謂哪種更“高級”,最合適最實用的,就是最好的。


 
(文/小編)
 
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