Egy jármű karosszériájának mivoltát több tényező is meghatározza. A gyártó szempontjából elkerülhetetlen tényezőknek szükséges megfelelni, ilyenek például a különböző nemzetközi és állami szabályozások, törvények és nem utolsó sorban a vásárlói igények is. Másik oldalon a gyártónak is vannak elvárásai a karosszéria és elemeinek anyagát tekintve, így a legtöbb gyártó többnyire könnyű súlyú, gazdaságos anyaggal dolgozik, melyek biztonságosak is és nem utolsó sorban újrahasznosíthatók.
Nézzük meg miért is fontosak a fent említett tényezők:
Súly: Az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése, és az üzemanyaghatékonyság javítása egyike a legfontosabb tényezőknek egy autóipari vállalat számára. A könnyű fémek más anyagoknál jobban javíthatják az üzemanyaghatékonyságot. Kísérletek azt mutatják, hogy 10%-os súlycsökkentés 6-8 %-os javulást eredményezhet az üzemanyagfelhasználásban. A súlycsökkentés három módon érhető el:
- Nagyobb súlyú elemek helyettesítése közepes sűrűségű anyagokkal a merevség és tartósság csökkentése nélkül. Például az acél cseréje alumíniummal, magnéziummal, kompozitokkal és habokkal.
- A teherhordó alkatrészek és a külső tartozékok kialakításának optimalizálása, súlyuk csökkentése a merevség vagy a funkcionalitás elvesztése nélkül.
- A gyártási folyamat optimalizálása, például a pontszerű hegesztés csökkentése és elrendezés új csatlakozási technikákkal.
Gazdaságosság: A járműipar legfontosabb tényezője a költség, amely meghatározza, hogy mely anyagok kerülhetnek felhasználásra egy-egy alkatrész esetében. Az anyag kiválasztása három fő gazdasági tényezőt foglal magában; a nyersanyagok tényleges költségeit, a gyártási hozzáadott értéket és a tervezési költségeket.
Az alumínium és magnézium ötvözetek drágábbak, mint a jelenleg használt acél és öntöttvas. Mivel a költségek magasak, a könnyű elemek kiválasztására vonatkozó döntéseket a fejlett funkcionalitás alapján kell indokolni. Eközben a magas költség az egyik fő akadály a kompozit anyagok használatában.
Biztonság: A biztonság fontos szerepet játszik az autóiparban, a gyártott karosszériaelemek és az alváz garantáltan meg kell feleljenek a minőségi teszteknek. Az autóipar két fontos biztonsági intézkedése az ütközésállóság és a behatolási ellenállás. Részletesebben, az ütközésállóság az energia elnyelésének lehetősége az ellenőrzött ütközési módok és mechanizmusok révén. A behatolási ellenállás a teljes elnyelésre vonatkozik, anélkül, hogy lehetővé tenné a az alkatrészek átszúrását.
Újrahasznosíthatóság: Az autóipar legfontosabb aggályai az „erőforrások védelme”, a „CO2 -kibocsátás csökkentése” és az „újrahasznosítás”. Európában és az ázsiai országokban vannak iránymutatások az újrahasznosíthatóságról. Az Egyesült Államoknak nincsenek problémái és előírásai az autóipar élettartamának lejártával kapcsolatban. Például az acél könnyen újrahasznosítható, míg az alumínium újrahasznosítása igen magas költségekkel járhat.
A fenti szempontok alapján a következő anyagok fordulnak elő legnagyobb arányban, főként a karosszéria elemek gyártása során:
Acél: Az anyag kiválasztásának fő aspektusai, különösen a karosszéria esetében, között szerepelnek, a termikus, kémiai vagy mechanikai ellenállás, a gyártási hatékonyság és a tartósság. Ezeket a kritériumokat elsősorban az acél teljesíti, éppen ezért a gyártók első választása ez az alapanyag. Az acélipar fejlődése során erősebbé, könnyebbé és merevebbé vált az acél, mint korábban. Nem csak járműkarosszériák, hanem motor, alváz, kerekeket és sok más alkatrész is tartalmaz acélt. A vas és az acél a járművek szerkezetének kritikus alkotóelemei, mindemellett relatíve olcsó is.
Az acél karosszériaszerkezetként való felhasználásának legjobb oka az, hogy természetes módon képes elnyelni az ütközés során keletkező ütésenergiát.
Alumínium: Az alumíniumot széles körben használják az autóiparban, főként az alvázban és a karosszériában. Az alumínium használata csökkentheti a jármű súlyát. Kis súlya, nagy fajlagos energiaelnyelése és pontos szilárdsága a legfontosabb jellemzői. Az alumínium ellenáll a korróziónak, viszont alacsony rugalmassága miatt nem helyettesítheti az acél alkatrészeket. Ezért ezeket az alkatrészeket újra kell tervezni, hogy azonos mechanikai szilárdságot biztosítsanak.
Az alumínium felhasználása az autóiparban jelentősen megnőtt igen rövid idő alatt. Az autóiparban alumínium öntvényeket használnak dugattyúkhoz, hengerfejekhez, szívócsonkokhoz és sebességváltókhoz. További alkalmazásként megjelenik a felnikben, különböző konzolokban, fék alkatrészekben, felfüggesztésben, kormány alkatrészekben és műszerfalakban. Az alumíniumot a karosszériaszerkezetekhez, a befejező és külső rögzítésekhez, például keresztgerendákhoz, ajtókhoz vagy motorháztetőkhöz is használják.
A legújabb fejlesztések azt mutatták, hogy bizonyos acél alkatrészek alumíniummal való helyettesítése 20-30%-kal is tudja csökkenteni a jármű össztömegét.
Magnézium: A magnézium egy másik könnyű fém, amely felhasználása az autóiparban egyre inkább növekszik az alumínium mellett. 33% -kal könnyebb, mint az alumínium, és 75% -kal könnyebb, mint az acélból készült alkatrészek. A magnézium alkatrészeknek számos mechanikai hátrányuk van, amelyek egyedi tervezést igényelnek az autóipari termékekhez.
A magnézium alacsonyabb szakítószilárdsággal, fáradási szilárdsággal és súrlódási szilárdsággal rendelkezik, mint az alumínium. A magnéziumötvözetek modulusa és keménysége alacsonyabb, mint az alumíniumé, míg a hőtágulási együttható nagyobb. Mivel alacsony a mechanikai szilárdsága, tiszta magnézium nem használható, így ötvözni kell. A leggyakoribb ötvöző anyagok szobahőmérsékletű alkalmazásokhoz az Mg-Al-Zn csoport, amely magában foglalja az alumíniumot, a mangánt és a cinket.