汽车要用什么材料做才算「高级」?

不知道是不是因为某些热衷于炒老米的媒体“同行”的“功劳”。关于车身材料的争议,最近再次成为众多热议的焦点。

这一次,还是奔驰首当其冲。虽然现在的奔驰E级已经上市近四年,换代之初被炒得沸沸扬扬的门盖“铝换钢”早已是陈年旧历,但依然挡不住吃瓜群众看热闹的热情。此外,即使在奔驰“好朋友”宝马的批评声中,国产宝马3系也被曝光,引擎盖和前翼子板由海外车型的铝合金材料改为钢铁材料。

在车身材质的选择上,铝合金真的比钢材“高级”吗?

钢是人类工业史上最古老、使用最广泛的材料之一。从汽车诞生的那一天起,钢材就是汽车的主要材料。铝合金用于汽车制造的历史要短得多。这种最初来自航空工业的轻质材料(当然,和汽车一样,近年来复合材料也开始取代它)在20世纪30年代被捷豹使用。“全铝车身”诞生于1994,在奥迪A8正式推出ASF车身结构之后。

如果要对钢和铝合金做一个简单的比较,最简单的物理性能如下:铝合金的抗拉强度超过钢,但韧性远不如钢,而且两者比重不同,同样体积的铝合金比钢轻将近一半。

现代汽车,尤其是强调性能和豪华的高档车,都是用铝合金来节省宝贵的重量。轻量化在汽车性能中占有重要地位,影响油耗、制动能力、最高速度、加速性能甚至弯道动力性能。在赛车和改装车领域,有一句话叫“马力小于10 kg更好”;整车质量减少10%可以提高燃油效率6%到8%左右,这是一个非常可观的数据。由此可见汽车轻量化的重要性。

使用更轻的铝合金可以节省更多的重量。在很多人眼里,铝合金算是“比较高级”的。但是制造一辆汽车并不那么简单。

铝合金的抗拉强度超过钢,但韧性比钢差很多。简单来说,铝合金更硬但更脆,而钢更软但延展性更好。当发生碰撞事故时,在同样超过结构构件应力极限的情况下,钢材会一步步抗战到单兵,其弹性可以抵消一部分冲击力;铝合金会瞬间崩溃,直接“投降”。

在那年一次著名的车祸中,全铝奥迪R8被撞得粉碎...

更重要的是,对于铝合金来说,这个缺陷几乎是不可克服的。有人可能会说,既然铝合金比钢轻很多,那我们是不是可以把铝合金做的比同样重量的钢厚?不要!随着厚度的增加,铝合金的屈服强度会降低,越厚的铝合金越容易在冲击力下直接断成两截!

此外,与钢相比,铝合金具有焊接性能差、加工成本高等缺点。要知道,成本不仅仅是汽车厂商的——韧性差的铝合金,在发生碰撞时几乎无法用钣金修复,而是需要整体更换。

提到全铝车身,我们会想到前面提到的两个名字:奥迪和捷豹,但捷豹XFL的全铝车身“只”使用了75%的铝合金,而不是大多数人认为的100%;奥迪也在逐步降低铝合金在高端车型中的比例。

奥迪更换了铝合金,增加了碳纤维增强复合材料——如果你坚持,钛合金和碳纤维复合材料是比铝合金“更高级”的材料。比如碳纤维复合材料的密度低于铝合金,抗拉强度可以轻松达到3500Mpa以上,约为铝合金和钢的8-10倍;而钛合金可以同时达到高硬度和高韧性,兼具铝合金和钢的优点。

那么,汽车为什么不大量使用这两种“更高级”的材料呢?成本,成本,还是成本。由于成本高,碳纤维和钛合金只在少数地方被少数车型使用。碳纤维的韧性也很差,几乎无法维持。稍微碰一下就会有巨大的更换成本,所以只有宝马i8、科尼赛克、兰博基尼等少数超跑会使用这种材料。钛合金除了价格昂贵之外,还有成型性差,焊接性能差的缺点。只有像NSX和布加迪凯龙星这样的怪物才愿意在发动机曲轴或刹车卡钳上使用一点。

总之,无论铝合金、钢材、碳纤维、钛合金,都有不同的特点,不同的“价值”。他们之间没有绝对的“高低贵贱”,只是各有所长。

其实随着汽车的发展,各种新材料百花齐放。比如在李号上,就用了尼龙(你没看错!和你女朋友丝袜一样材质的下主摆臂;一向热衷于环保的沃尔沃甚至与一家名为Bcomp's的公司合作,尝试利用从海里回收的塑料(顾名思义,从海里捞上来的废塑料)重组后制作半结构内饰部件。

其实汽车用的材料无所谓哪个更“高级”。最适合最实用的才是最好的。

本文来自车家作者汽车之家,不代表汽车之家立场。