铝合金车身和传统的钢结构车身相比，有什么优点

宝马7系 （ 查成交价 | 车型详解 ）车身结构是铝合金的。铝材料相比于钢而言，最大的优势就是能为车辆减重，铝的密度是2.7，钢是7.9，轻了2/3。在现如今排量要求追求小，提速又追求高的情况下，铝合金做车身是不错的选择。

一般轿车以及SUV钢制的四门两盖的重量大约在90~120kg左右。四门两盖以及上车体结构的外覆盖件采用铝合金是行业内公认做轻量化减重的最佳区域结构，因为这些结构都不是车体的承力结构，用铝合金的车型，轻量化减重可以达到40%左右的比例。

铝合金材料还用在其他地方，例如：

1、铝合金底盘中央排气通道隔热板

中央排气通道全覆盖半球形花纹铝箔板，笔直的排气管布局很少见，排气管中部位置设计了一道加强梁。油路管线隐藏于树脂护板内，较为稳妥。

2、铝合金材料前防撞梁+铝合金吸能盒结构

前防撞梁为铝合金材质且侧面呈口字型，吸能效果好。吸能泡沫层位于杠皮蒙皮内，前部没有设计行人腿部防护梁。铝合金吸能盒呈类蜂窝状，提升了吸能效果，但没有设计压溃诱导槽仅有溃缩点。

（图/文/摄： 李水清）@2019

车体是车辆结构的主体。车体的强度和刚度关系到车辆运行的安全可靠性和舒适性车体的防腐耐腐能力、表面保护和装饰方法，关系到车辆的外观、寿命和检修制度车体的重量关系到能耗、加减速度、载客能力乃至列车编组形式(拖动比)。所有这些都直接影响到运营质量和经济效益。 由于铁路车辆车体长期处在激烈振动、外部气候条件和乘客量大且不稳定等条件下，其总体结构形式、性能和技术经济指标主要取决于车体材料。在设计铁路车辆车体时，对车体构件和内部装饰所用材料的基本要求为：应具有构件所要求的高强度和刚性，重量轻、耐老化、耐污染、耐磨耗和耐光照等特性，适合于环境的改进(隔热、隔音性能提高、较好的采光性)，适合于提高舒适度(减振等)。目前，城市轨道交通车体结构使用的材料主要为车辆专用经济型不锈钢和铝合金。下面就从机械性能、重量、工艺等方面，对不锈钢车体和铝合金车体进行分析比较。 不锈钢车体成熟安全 不锈钢的两个主要优点使其适用于客车车体材料：第一，具有优良的耐蚀防锈性，使车体外板省去涂装的工序，并且可以大幅节约维修费用。第二，与普钢相比，无须考虑耐蚀防腐层，因此可以将板厚减薄，有利于车体轻量化，以节约能源、减少废气排放。目前常用的车体不锈钢通常有两种：奥氏体系不锈钢的SUS304和SUS301L。 在日本，从1958年就开始在部分客车的外板上采用SUS304不锈钢以防腐蚀，但未在其他部件上使用，因此轻量化效果不明显。而美国的帕德公司早在1934年就生产出不锈钢车辆，实现了轻量化，并于1962年末实现了车辆完全不锈钢化，使车体重量比当时普通钢制车体减轻了2吨。以1974年石油危机为契机，节能的要求使车辆更加轻量化，最终开发出高强度下焊接性、加工性更好的不锈钢，并改进了焊接方法。到1978年，车体用不锈钢已实现实用化，车辆基本上全部采用了SUS304不锈钢，车重在此减轻了1吨~1.5吨。 其后，由于日本山手线采用了这一新型车辆，使其生产飞跃发展并为社会所认知。现在运行的车辆，是在1990年进一步改善后的设计，实现了轻量化并减少了部件数和焊接点数。由于全不锈钢制车辆的重量比铝制车辆还轻，已经被减速、增速次数多的班车和近郊交通用节能型车辆广泛使用，现在占国营铁路线上的60%。 该车辆所用不锈钢要求具有优良的耐蚀性、高强度、适于冲压弯曲的高加工性和作为结构部件组装所需的优良焊接性，能满足上述要求的为奥氏体系不锈钢，如SUS304和SUS301L系钢种。SUS304的含碳量按JIS标准为小于等于0.15%，实际上多在0.08%以下，主要是由于车辆组装时焊接热影响区易产生Cr碳化物的晶界腐蚀裂纹。之后，为了抑制Cr碳化物的析出，又开发出将碳含量降至0.03%以下的SUS301L系奥氏体不锈钢。现在不锈钢车辆已基本应用了此钢种。 新型不锈钢车采用超低碳([C]<0.03%)的SUS301L车辆专用经济型不锈钢。SUS301L可通过冷轧调整其强度和延性水平，且根据压延率的不同分成LT、DLT、ST、MT、HT5个强度级。冷轧率为2%的LT材做横梁、冷却率为6%的DLT材做腰板，ST材做屋顶重木，MT材做床板，HT材做侧柱。同时，上述性能还受化学成分影响，因此，在精炼时应该调整成分波动到较小的范围。 车辆用材多用焊接组合，故热影响区的耐蚀性甚为重要。在SUS301L开发中进行认真研讨后发现：化学成分对晶界腐蚀性的影响中，N、Ni的影响较少，而基本上决定于碳含量，故将SUS301L的碳含量降低到0.03%以下而确保其耐蚀性。 焊接部分的强度也是另一个重要因素。原来有研究人士曾担心为保证SUS301L焊接部位耐腐蚀性将碳含量降至0.03%后会影响其强度，后通过加入N元素使这一问题得以解决，保证了较好的强度。 除铁道客车外，近日，以中国为首的新兴国家开始在运煤货车上应用不锈钢。由于煤炭中含S元素较多，故开发成功耐硫酸腐蚀性优良的不锈钢并开始应用，其成分为低C、N含量的11Cr-18Mn-0.75Ni-Ti。 铝合金材轻量化新方向 铝合金材应用受关注。当前，日本新干线的旅客快速增加，铁路高速化的实现使人们再次考虑车体轻量化的问题。据计算，车体若减轻10%的重量，则可节约6%的能源、减排6%的CO2。而车辆结构轻量化的方法有三种：①结构方式的变更，②适用材料的材质变更(由钢制改为铝合金制)，③内装品组成的变更。对于新干线的车辆，除骨干、台框等部件采用高强度钢之外，外板也采用了高强度钢板，并改进了两者的接合度，从而实现了较好的轻量化。 为进一步轻量化，日本经研究后决定采用铝合金挤出材将骨干件和外板连接在一起的方式代替钢制品。由于同一强度下铝合金材料更轻，且挤出材大部分不需要骨干材和外板材的接合，因此有利于节约部件组装的施工费用。 铝制车体的开发和设计中须注意以下问题：一是焊接结构用铝合金的开发技术(A6N01合金、A7N01合金)、抗应力腐蚀(SCC)性7000系合金的开发二是挤出型材的生产技术，如薄壁化、宽幅化和中空化技术的开发三是铝合金结合技术(MIG焊接、摩擦搅拌接合)、适合焊接的挤出断面和提高尺寸精度。 新干线有两种车体结构，300系新干线的车体结构为纵向总体构成的屋顶材、侧外板和车底板结构，由纵跨车辆全长(24.5米)的(长度、薄壁、宽幅)整体挤出型材所组成的结构(以下简称单体结构)，其中最大的部件宽达600毫米。横梁采用A7N01-T5材(7000系合金)，因为此种合金强度高且焊接热影响部分的强度降低较小。 7000系新干线的车体结构为纵向总体结构构成的屋顶和侧外板结构，由纵跨车辆全长的A6N01-T合金(长度、薄壁、宽幅)中空的挤出型材(宽560毫米)所组成。在各个纵通材的接头部位，和300系一样，为补充焊接产生的强度降低而对接头部分局部增厚，以确保其强度。纵通材的端部均呈桶状的复合结构，由此代替了车辆周边的其他部件，而成为紧凑型结构。此种复合结构同样适用于700系新干线，该结构由于隔音性的问题尚未完全解决，还在改进中。 大型薄壁中空挤出材的应用和车辆四周方向部件被简化由此产生的车辆部件减少和接合线的简化有效促进了自动化，同时由于部件插入组合亦大大简化了施工作业。 铝合金材制造技术。Al-Zn-Mg系(7000系)合金焊接部的强度虽在焊接热影响下有所下降，但具有在常温放置后强度恢复的特点。铝合金制车辆是以MIG接合为主体的焊接结构，在要求高强度的部件上仍能充分发挥上述特点而使7000系合金的成为主要用材。7000系合金比6000系(Al-Mg-Si)合金的抗腐蚀性差，对此，在其中加入适量Cu并对生产工艺适当调控的新合金(C250)已开发成功，并在300系和700系新干线的部件中大量利用。 挤出技术。300系新干线已对幅宽600毫米的挤出型材应用，且将壁厚由原极限的4毫米减至2.3毫米。700系新干线对中空型材的宽幅薄壁要求日益提高，壁厚已由300系总体挤出型材的2.3毫米减薄至中空挤出型材的2毫米。为实现挤出速度的最大化，对挤出坯的加热温度和挤出速度的最佳化进行专题研究后，终于实现了等温、形变下的薄壁中空型材的高效生产。 挤出模具的设计技术。为确定中空挤出型材的薄壁化技术，除等温形变挤出技术外，还须对挤出用模具的设计进行改进。例如：流量配分等新模具的开发、新模具的组合等，以达到对模具的设计、制造、使用和改进整个流程的目的，并提高挤出材的尺寸精度。 不锈钢VS铝合金 对比可知，不锈钢车体的机械性能和防火性能强于铝合金车体，熔点高于铝合金车体，因此不锈钢车体具有更好的安全性。铝合金车体的屈服强度、抗拉强度、延伸率和弹性模量约为不锈钢车体的1/3，且比不锈钢车体的刚度要小，因此铝合金车体设计时一般采用加大板厚和尽量加大车体端面的办法来提高车体的抗弯刚度。 不锈钢车体采用板梁组合整体承载全焊结构，为了不降低板材强度和减小变形，应尽量采用点焊，特别是强度更高的材料不允许任何形式的弧焊，采用接触焊代替弧焊，是不锈钢车体的又一特征和技术关键。 在价格方面，SUS304不锈钢和6000系铝合金的原材料单价相差无几，但不锈钢车体是板梁结构，需大量工装、模具、夹具、样板和中间检查手段，生产工艺极其复杂，费工费料。铝合金车体普遍采用大型桁架式中空型材组焊式，中空铝型材是制造厂一次轧制而成的，车辆制造厂只需下料、拼装、氩弧焊接，工艺简单，省工省料。因此，成品价格还是不锈钢车体的偏高。 不同材料车体的抗腐蚀能力对于车体的使用寿命起到重要作用。不锈钢的抗腐蚀性能相较于铝合金的优势比较明显。防火性上，不锈钢熔点在1400℃以上，而铝合金只有630℃~650℃，且到300℃以上就发软变形，因此不锈钢车体的防火性能也远优于铝合金车体。从以上方面考虑，不锈钢车体的使用寿命长于铝合金车体。 为适应全球节能减排的发展，铁道运轨在加速发展的同时，利用铝材的车体轻量化也很重要，应当受到重视。但同时，在车体材料选择时，还应该综合考虑安全性、车辆寿命和成形性能等多方面因素，努力做到经济、安全和优质高效。

1.1 车体结构当前，动车组车辆的车体结构多使用中空铝合金型材焊接而成，例如CRH380A型动车组的车体结构就使用了车体全长的大型中空铝合金型材组合焊接而成，是筒型整体承载结构，包括底架、侧墙、顶棚、端墙以及车辆设备舱等部分构成。动车组车体的大部分材料都是可焊接的铝合金材料，不但具有结构强度大、重量轻的特点，而且抗振、隔音和防腐蚀效果良好，是几乎所有动车组车体使用的主要材料。

奇瑞新能源小蚂蚁，一款国产微型新能源 汽车 产品，这款 汽车 自从上市以来，一度获得了用户的认可，销量也一直在不断上升当中。可见，这款微型 汽车 的受欢迎程度。就是这样一款微型新能源 汽车 产品，却拥有了全铝车身结构。众所周知，在全世界范围内，掌握全铝车身生产技术的 汽车 厂商也是屈指可数，基本都是豪华品牌才会有。但是生产小蚂蚁的奇瑞厂家却有了这项核心技术。实际上，铝合金车身的制造工艺现在已经成为了奇瑞新能源的核心竞争力之一，不仅是国内第一个量产了全铝车身的厂商，也在多个奖项评选中获得了优异成绩。可见，制造奇瑞新能源小蚂蚁这款 汽车 厂家的实力不容小觑。

其实，有了全铝的车身架构，在外观覆盖件方面，也是要做出相应的匹配，这样的设计才算是有始有终。而在这方面，诞生于@LIE平台的奇瑞新能源小蚂蚁、大蚂蚁都采用了高分子复合材料的外观覆盖件。那么，这种材料的使用有何好处呢？

根据相关消息显示，奇瑞新能源大蚂蚁和小蚂蚁的这种材质可以为 汽车 产品能够带来更好的轻量化效果。但是，这并不是一项简单的技术，那它主要的难点在哪里呢？其实，这项技术的主要难点在于需要攻克温变稳定性、耐冲击性等项目，这样才能保证产品在全寿命周期内的可靠性。

而在微型车市场，奇瑞新能源小蚂蚁这款 汽车 可以说是最为重视车身工程的一款车型，正是由于奇瑞的重视，才使得采用的全铝车身结构的奇瑞新能源小蚂蚁成为了一款集安全性、轻量化、操控性等多个方面于一身的优秀车型，从而使得奇瑞新能源小蚂蚁在车身结构安全性方面拥有了极强的竞争力。

说到汽车的全铝车身，绕不开的特点就是“轻”，除了那些价格不菲的顶尖超跑会大量运用碳纤维外，汽车轻量化设计多半都是靠大比例使用铝合金来实现的。但除了轻以外，全铝车身还有什么值得细究的特点呢？或许我们从最基本的材料层面开始，一起好好唠嗑一下这个话题吧：

什么是全铝车身？真的就是100%的铝吗？

应该没有还会把全铝理解成纯铝的吧？其实全铝车身这个概念，是指车身结构部分主要是由铝合金来制造，不仅仅允许部分非铝制零件的存在，而且铝在这里头也是以合金形式出现的。

而铝合金并不是指一种合金，实际上类别也挺多的，国际通行的规则是用一个四位数字加一个字母打头的状态代码来区分铝合金的种类，比如建筑行业常用的6063-T5，第一位数字是1就代表是纯度高于99%的纯铝，2-8分别代表铝和铜、锰、硅、镁、镁+硅、锌和其他元素组成的合金，9是备用组。后面的数字主要用于区分，就不再赘述具体逻辑，总之每一种配方的铝合金都有特有的标号，对应特有的特性。目前汽车全铝车身用到的主要是5系列和6系列，都属于密度低，抗拉强度和抗疲劳性好的材料，可以在远低于钢材重量的情况下实现更高的强度，包括奥迪ASF全铝车身等都广泛应用。另外2系列和7系列也也有少量应用，2系铜铝合金硬度较高，会用在一些车身钣金件上；7系列主要应用是航空和军工领域，属于超硬、耐腐蚀、耐磨损的材料，当然价格也很感人，国内目前7系列铝材主要依赖进口。所以7系铝合金很多时候都会只用在关键的地方，例如蔚来ES8就只有纵梁等部分采用7003铝材，其余部分则还是用常规的5系、6系和铝铸件（HDPC）。

搞清楚这些很多误解也就不存在了，最起码知道了“全铝”并不等于“纯铝”。不同的铝合金特性有所差别，但用在结构领域的铝合金都有一个共性就是高强度，他们的硬度与同规格的不锈钢相比普遍更强，比如一般车身用的6系T4铝合金在涂装烘干后屈服强度在200Mpa以上了，而SPCC/DC04也就150-160Mpa。另外全铝车身并非一个整体，会根据车身不同部位的受力情况分布不同种类的材料（下图，还是蔚来ES8，其白车身不同材质的铝合金分布），一般会通过自冲铆钉、激光焊接、胶接等方式连接，传说中撞一下整个车身就废的情况并不真实，可以通过专业工具把受损部分更换掉的，当然更贵是真的。

全铝车身有哪些优势？

别嫌我啰嗦，排第一的还是其优秀的轻量化效果——钢的密度是7.8，而铝的密度是2.7，传统汽车中车身约占整车重量的30-40%，用高强度钢替代普通钢材能减重约11%，而如果采用铝合金能减重约40%。铝合金在一辆整车中能够使用超过500kg，带来的效果是整车重量能降低40%左右。比如2012年发布的第四代路虎揽胜是揽胜系列车型首次引入全铝车身概念，这一代揽胜比第三代车型轻了39%，成功减重350kg。从车上一下减掉了五个成年男性的重量，全铝车身轻量化好处是不言而喻的，从动力表现、燃油经济性到操控性能都会有很大提升。

提高车身强度，增加安全性——论绝对强度的话铝合金会略逊于钢板，但低密度让铝合金有更大的优势，同等强度钢板和铝合金，厚度比为1:1.4，而重量比仅1:0.5，就是说铝合金仅需一半的重量便能达到同等强度。一般全铝车身用的铝合金板件要比普通低碳钢厚0.2-0.5mm，通过增加厚度能实现比高强度钢更高的车身钢性和抗扭性能。

提升操控性——这一点是和前面两点直接挂钩的，轻量化能降低车身惯量，增加推重比，相同的动力水平下动力表现能有很大提升。而增加车身钢性和抗扭性后，相当于车身增加了强化拉杆的效果，能给悬挂调校留出更充足的空间，提升车身极限。另外就是全铝车身的车型一般也会在底盘悬挂方面进行一些优化，例如很少铝车身的车型摆臂会又用回钢材的，而全铝悬挂组件能减轻簧下质量，对操控提升有一定帮助。

超强的抗腐蚀性能——铝本身并不稳定，很容易氧化。不过铝氧化会在表面形成一层致密的氧化层，并且与基体牢固结合，稳定性很高能对铝基体形成严密的保护。并且在湿润大气环境下，这个保护层能够增厚。不过也因为铝的这种表面属性以及导电性，全铝车身的涂装过程中也比较特别，电泳的槽液要经常更换，成本会更高。

更好的可塑性——这一点也忍不住想提一下，铝合金能塑造极美的车身曲面，比如捷豹C-Type、D-Type、以及“最美汽车”E-Type的铝制车体，今天来看依然极富美感，而这种灵龙浮凸的曲面造型，在当时的技术来说，钢材是极难做出来的。当然今天的冲压、钣金技术已经可以让钢材呈现出复杂的曲面甚至是锐利无比的折角（奥迪是最好的代表），不过还是有很多车出于设计考虑，在引擎盖等位置选用铝合金材质，只是这已经属于车身覆盖件的范畴了，和车体无关。

讲完了铝车身的特性，下面我们来谈谈铝车身在行业中的现状，以及造成这些现状背后的原因。

“贵”仍然是全铝车身最大的问题

为什么在全铝车身性能优势明显占优的情况下，今天市面上全铝车身的占比不过1%？很简单，贵仍然是主因。

一方面是纯铝的冶炼和铝合金的加工成本都较钢更高，铝合金本身的价格较高；另一方面是加工工艺比较复杂，铝合金在融化焊接过程中氧化铝不溶阻碍填充金属润湿，会形成裂缝，需要通过搅拌摩擦焊接及激光熔纤焊等技术实现。而在不适合焊接的地方需要用到柳接和粘合剂连接。例如全铝车身的捷豹XE全车需要2000多个柳钉，而粘合剂使用也需要对表面氧化层处理保证粘合效果，对环境要求较高，因而带来较高成本。

一般一个全铝车身会用到自冲铆钉、热融自攻螺钉、铝电阻点焊、冷金属焊接、激光焊接、胶接连接等几种甚至全部工艺，生产流程的复杂性和自动化程度要求都远高于传统车身。

总结一下，全铝车身不仅仅是材料本身的成本更高，制造工艺的门槛也比钢质车身高出不少。所以能用全铝车身的车型，或许到不了超跑的程度，但也是谈不上什么“经济实惠”了。例如当年奥迪的ASF全铝车架也只在上代A8上面有应用，往下的其他车型实在cover不了这个成本，而且最新一代A8也放弃“全铝”的概念了，在他们觉得合适的地方也还是用上了高强度钢。

新能源助推全铝车身的发展

一个利好消息是电动车时代的到来可能会让全铝车身有大的发展，目前世界范围内在政策的引导下，从传统车企到新兴的品牌都投入了电动车的行列，大量资金的投入让这个趋势已经不可逆。在电动车上使用全铝车身，车重降低10%，电耗可以降低5.5%，从而续航里程增加5.5%。而实现相同里程增量需要增加的电池成本远高于此。因而相比燃油车轻量化并不可观的节油效果，轻量化让电动车增加的续航里程有意义的多。例如大众e-Golf，通过使用全铝车身成功减重187kg，而同时优化电池配置后成本降低了635欧元。

目前市面上入门级的电动车续航里程普遍不高，更多的用于城市通勤。走高端化路线的宝马i系列直接用上了碳纤维车身，底盘结构采用铝合金材料，已经推出的i3和i8售价都比较感人。再有就是运用全铝车身的特斯拉Model S/X和蔚来ES8，而更入门的Model 3已经放弃了全铝车身，采用成本更低的铝/钢混合材料。在可预见的未来，续航里程会长期是纯电动车最重要的指标之一，铝制车身带来的数百公斤的减重必然会是定位高端的电动车十分看重的一点，而全铝车身更大范围的应用或许能够有助于这一技术降低成本，未来逐步下沉到更入门一些的车型。

总结：

铝合金材质在性能层面表现是远好过钢材的，同等条件下全铝车身能给车辆带来安全性、操控性、燃油（耗电）经济性、耐久性等全方位的提升，问题就是成本仍然很高，所以非豪华车很少能用到全铝车身。福特F-150用上全铝车身算是很平民化的一次进步了，不过那是美国的平民车，在中国还是豪车。

采用全铝合金车身结构的车在驾驶室周围主要是最高和中等强度的铝合金骨架，目的就是对驾驶室内成员进行良好的保护；A柱和B柱用来固定车门的地方也使用了最高强度的铝合金，目的是在发生碰撞以后，尽可能不让A、B柱发生变形，以保证车门可以顺利打开。而车身覆盖件通常使用强度一般的铝合金，因为这些部件要求材料有良好的延展性，以保证冲压出需要的形状。