在汽车工业中,材料往往就是一切。数十年前的汽车,几乎皆以形形色色的钢铁打造。其中只要少数零件不是钢铁制品,例如塑料或木材。然而如今汽车工业在材料应用上却有很大的转变。其间,我们对被动安全、性能和设计的要求也在逐步提高,导致汽车材料供应商不断研究开发新材料,以取代密度相对较高的钢和铁,从而获取更高的机械性能。
汽车零件应选用哪种材料制造,主要取决于以下几个因素:一、材料的成本,二、材料的密度,三、机械特性,四、循环再生的弹性和效率,五、处理和塑性成型的难易程度,六、材料的供应是否充足,七、安全性,八、生产加工的成本。其中最重要的因素是材料的密度和材料的成本。成本方面,不能单纯考虑汽车的生产成本,还需考虑该种材料是否具备充裕的供应,以及循环再造的可能性。
铁质材料日益创新
长期以来,钢材和铸铁一直支撑着汽车工业的发展,但两者的应用程度在过去二十年却持续的下降,原因就是它们拥有较高的密度。在尽量降低整车质量的前提下,各种密度较小的金属材料应运而生。
今天汽车工业常见的工程用材料,大致分为四类,金属材料、无机非金属材料、高分子材料和合成材料。金属材料的代表是铁,以及用铁、碳合成,再加入少量其他元素的铁合金,各种钢材与铸铁就是最常见的例子。只要调整碳含量,再通过不同的热处理方式,就可制造出机械特性和强度不同的各式钢材和铸铁。
虽说应用程度有所下降,但钢与铸铁在如今的汽车上还是占有相当重要的角色。若以重量计算,今天铁合金仍占一般汽车的六成重量。铁合金的优点在于成本低,并拥有良好的机械特性及强度,易于塑性成型与加工,又具有一定的循环再利用的效率,其生产及应用经验已非常成熟。缺点是暴露在环境中的抗腐蚀能力相当有限。当汽车的主要部件如车架、车身、引擎、悬挂系统、传动系统的零件均以钢铁制造时,这两个缺点更加不容忽视。
为了迎接新材料,尤其是铝合金的挑战,钢铁工业并没有坐以待毙,开发出新型的铁合金,试图缩小钢铁与铝合金的密度差距,于是催生了所谓的高强度钢和超高强度钢。这些新型的铁合金都是超轻钢材车身计划的重大成果,由此制造的汽车可比传统钢材制造的汽车质量轻约四分之一,借此压制铝合金在车身应用上的急速发展。