新型汽車材料上網(wǎng)

1、新型汽車材料應(yīng)用1金屬材料教研室21.1.汽車材料的種類汽車材料的種類制造零部件材料制造零部件材料變速箱齒輪變速箱齒輪 汽車上每個(gè)零部件的生產(chǎn)制造都涉及到材料問題。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車上的零部件約2萬多個(gè)，從汽車的設(shè)計(jì)、選材、加工制造，到汽車的使用、維修和養(yǎng)護(hù)無一不涉及到材料。31.1.汽車材料的種類汽車材料的種類-汽車運(yùn)行材料汽車運(yùn)行材料汽車運(yùn)行材料汽車運(yùn)行材料-汽油汽油汽車運(yùn)行材料汽車運(yùn)行材料-潤滑油潤滑油41.1.汽車材料的種類汽車材料的種類制造零部件材料制造零部件材料 金屬材料 非金屬材料復(fù)合材料 黑色金屬 有色金屬 (Cu(Cu、AlAl、TiTi、Mg Mg ) ) 鋼 鑄鐵 高分子材料

2、 陶瓷材料52.2.汽車發(fā)展對(duì)材料的要求汽車發(fā)展對(duì)材料的要求除滿足強(qiáng)度和使用壽命的要求外，除滿足強(qiáng)度和使用壽命的要求外，還應(yīng)滿足性能、外觀、安全、價(jià)格還應(yīng)滿足性能、外觀、安全、價(jià)格、環(huán)保、節(jié)能等方面的需要。、環(huán)保、節(jié)能等方面的需要。自自19781978年世界爆發(fā)石油危機(jī)以來，年世界爆發(fā)石油危機(jī)以來，作為輕量化材料的高強(qiáng)度鋼板、表作為輕量化材料的高強(qiáng)度鋼板、表面處理鋼板逐年上升，有色金屬材面處理鋼板逐年上升，有色金屬材料總體有所增加，其中，鋁的增加料總體有所增加，其中，鋁的增加明顯；非金屬材料也逐步增長，近明顯；非金屬材料也逐步增長，近年來開發(fā)的高性能工程塑料、復(fù)合年來開發(fā)的高性能工程塑料、復(fù)合

3、材料，不僅替代了普通塑料，而且材料，不僅替代了普通塑料，而且品種繁多，在汽車上的應(yīng)用范圍廣品種繁多，在汽車上的應(yīng)用范圍廣泛。泛。在選擇鋼板厚度的時(shí)候主要考慮結(jié)構(gòu)形狀、剛度、強(qiáng)度、安全、重量、工藝等因素。汽車鋼板主要分為結(jié)構(gòu)鋼材（例如前縱梁， B柱加強(qiáng)筋等）、表面鋼板、底板/防火墻等。由于他們的作用不同，一般厚度也不同，大致范圍如下：結(jié)構(gòu)鋼材1.5mm以上、表面鋼板0.70.9mm、底板/防火墻一般在1.1mm以下。62.2.汽車發(fā)展對(duì)材料的要求汽車發(fā)展對(duì)材料的要求汽車發(fā)展產(chǎn)生的負(fù)面影響汽車發(fā)展產(chǎn)生的負(fù)面影響 能源問題能源問題: :發(fā)達(dá)國家汽車耗能占總能發(fā)達(dá)國家汽車耗能占總能耗的耗的40% 40

4、% 環(huán)境問題環(huán)境問題: :在城市汽車排放物占總污在城市汽車排放物占總污染物的染物的55%55%72.2.汽車發(fā)展對(duì)材料的要求汽車發(fā)展對(duì)材料的要求 減輕汽車自重減輕汽車自重 提高燃燒效率提高燃燒效率 采用無污染能源采用無污染能源 排放凈化排放凈化節(jié)能、減污染的措施節(jié)能、減污染的措施82.2.汽車發(fā)展對(duì)材料的要求汽車發(fā)展對(duì)材料的要求 滿足減輕汽車自重、提高燃滿足減輕汽車自重、提高燃燒效率的要求燒效率的要求 研究無污染能源、排放凈化研究無污染能源、排放凈化相關(guān)的材料相關(guān)的材料汽車材料研究發(fā)展方向汽車材料研究發(fā)展方向93.3.汽車材料的研究與發(fā)展趨勢(shì)汽車材料的研究與發(fā)展趨勢(shì) 傳統(tǒng)材料的改進(jìn)傳統(tǒng)材料的改

5、進(jìn) 鋼鐵材料改進(jìn)工藝、提高比強(qiáng)度、開發(fā)新鋼鐵材料改進(jìn)工藝、提高比強(qiáng)度、開發(fā)新品種品種 含磷固溶強(qiáng)化鋼板含磷固溶強(qiáng)化鋼板 烘烤硬化鋼板（烘烤硬化鋼板（BHBH） 無間隙原子鋼板（無間隙原子鋼板（IFIF） 奧貝球鐵、蠕墨鑄鐵奧貝球鐵、蠕墨鑄鐵 103.3.汽車材料的研究與發(fā)展趨勢(shì)汽車材料的研究與發(fā)展趨勢(shì) 開發(fā)應(yīng)用高比強(qiáng)度的材料開發(fā)應(yīng)用高比強(qiáng)度的材料 增加鋁材在汽車上的應(yīng)用增加鋁材在汽車上的應(yīng)用 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋、變速箱殼體發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋、變速箱殼體 散熱器、車輪、鋁結(jié)構(gòu)件散熱器、車輪、鋁結(jié)構(gòu)件 底盤和懸掛系統(tǒng)底盤和懸掛系統(tǒng) 車身車身3.3.汽車材料的研究與發(fā)展趨勢(shì)汽車材料的研究與發(fā)展趨勢(shì)11來源：鋁、鎂合

6、金在東風(fēng)商用車發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用3.3.汽車材料的研究與發(fā)展趨勢(shì)汽車材料的研究與發(fā)展趨勢(shì)12來源：鋁、鎂合金在東風(fēng)商用車發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國目前乘用車平均用鋁合金量約為 125kg 左右， 較 10 年前 90kg 左右增長了35 kg，典型乘用車用鋁合金零部件如表所示。3.3.汽車材料的研究與發(fā)展趨勢(shì)汽車材料的研究與發(fā)展趨勢(shì)13來源：鋁、鎂合金在東風(fēng)商用車發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用14車身用新材料車身用新材料15日本日本美洲豹美洲豹全鋁車身全鋁車身XJ z “XJ”鋁合金車體材的詳細(xì)比例為，鋁合金車體材的詳細(xì)比例為，85%為板材，為板材，10%為沖壓件，另外為沖壓件，另外5%為鑄件為鑄件。z 板

7、材材質(zhì)方面，外裝嵌板、內(nèi)裝嵌板板材材質(zhì)方面，外裝嵌板、內(nèi)裝嵌板和結(jié)構(gòu)嵌板分別采用的是和結(jié)構(gòu)嵌板分別采用的是6111合金、合金、5182合金和合金和5457合金。合金。16日本美洲豹全鋁車身日本美洲豹全鋁車身XKz 所采用的鑄件中，支撐車身側(cè)面的防所采用的鑄件中，支撐車身側(cè)面的防撞支柱部分及車門前臉部分采用的是撞支柱部分及車門前臉部分采用的是真空模具鑄造，支撐保險(xiǎn)杠的金屬零真空模具鑄造，支撐保險(xiǎn)杠的金屬零件為砂型鑄造。件為砂型鑄造。z 沖壓件方面，保險(xiǎn)杠內(nèi)的加固材料等沖壓件方面，保險(xiǎn)杠內(nèi)的加固材料等采用采用7108-T6合金，車門防撞下梁（合金，車門防撞下梁（Impact Beam）采用）采用6

8、082-T6合金，合金，側(cè)面車架前部及車頂縱梁（側(cè)面車架前部及車頂縱梁（Roof Rail）等采用）等采用6036-T6合金，上側(cè)車合金，上側(cè)車門防撞梁等采用門防撞梁等采用6060-T4合金。合金。 17捷豹捷豹Advanced Lightweight Coupe z 鋁合金構(gòu)架車體結(jié)構(gòu)的鋁合金構(gòu)架車體結(jié)構(gòu)的XJ車系，讓全球車系，讓全球車迷都看到了車迷都看到了JAGUAR在輕量化合金車在輕量化合金車體技術(shù)上的進(jìn)步。體技術(shù)上的進(jìn)步。z 經(jīng)過輕量化工程后的安全車體經(jīng)過輕量化工程后的安全車體自重減輕自重減輕了了40%，同時(shí)同時(shí)車身強(qiáng)度車身強(qiáng)度也比傳統(tǒng)鋼制也比傳統(tǒng)鋼制提提高了高了60%。搭配。搭配V8

9、鋁合金缸體引擎，鋁合金缸體引擎，當(dāng)然更重要的是輕量化車體保證了其卓當(dāng)然更重要的是輕量化車體保證了其卓越的操控品質(zhì)及生動(dòng)的行路特性，從而越的操控品質(zhì)及生動(dòng)的行路特性，從而使之具備更具魅力的性能精髓。使之具備更具魅力的性能精髓。18高強(qiáng)度鋼板高強(qiáng)度鋼板z 從前的高強(qiáng)度鋼板，拉延強(qiáng)度雖高于從前的高強(qiáng)度鋼板，拉延強(qiáng)度雖高于低碳鋼板，但延伸率只有后者的低碳鋼板，但延伸率只有后者的50，故只適用于形狀簡單、延伸深度不，故只適用于形狀簡單、延伸深度不大的零件。大的零件。z 現(xiàn)在的高強(qiáng)度鋼板是在現(xiàn)在的高強(qiáng)度鋼板是在低碳鋼內(nèi)加入低碳鋼內(nèi)加入適當(dāng)?shù)奈⒘吭剡m當(dāng)?shù)奈⒘吭?，?jīng)各種處理軋制而，經(jīng)各種處理軋制而成，其抗

10、拉強(qiáng)度高達(dá)成，其抗拉強(qiáng)度高達(dá)420N/mm2，是，是普通低碳鋼板的普通低碳鋼板的23倍倍，深拉延性能，深拉延性能極好，可軋制成很薄的鋼板，是車身極好，可軋制成很薄的鋼板，是車身輕量化的重要材料。輕量化的重要材料。19輕量化迭層鋼板輕量化迭層鋼板z 迭層鋼板是在兩層超薄鋼板之間壓入塑料的復(fù)合材料，表層鋼板厚度為迭層鋼板是在兩層超薄鋼板之間壓入塑料的復(fù)合材料，表層鋼板厚度為0.20.3mm，塑料層的厚度占總厚度的，塑料層的厚度占總厚度的2565。與具有同樣剛度。與具有同樣剛度的單層鋼板相比，質(zhì)量只有的單層鋼板相比，質(zhì)量只有57。z 隔熱防振性能良好，主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋、車身底板等部件。隔熱

11、防振性能良好，主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋、車身底板等部件。20鋁合金鋁合金z與汽車鋼板相比與汽車鋼板相比，鋁合金具有密度?。?，鋁合金具有密度?。?.7g/cm3）、比強(qiáng)度高、耐銹蝕、熱穩(wěn)定性好）、比強(qiáng)度高、耐銹蝕、熱穩(wěn)定性好、易成形、可回收、易成形、可回收再生等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)成熟。再生等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)成熟。z德國大眾公司的新型奧迪德國大眾公司的新型奧迪A2型轎車，由于采用型轎車，由于采用了全鋁車身骨架和外板結(jié)構(gòu)，使其總質(zhì)量了全鋁車身骨架和外板結(jié)構(gòu)，使其總質(zhì)量減少了減少了135kg，比傳統(tǒng)鋼材料，比傳統(tǒng)鋼材料車身減輕了車身減輕了43，使平，使平均油耗降至每百公里均油耗降至每百公里3升的水平。升的水平。z

12、全新奧迪全新奧迪A8通過使用性能更好的大型鋁鑄件和通過使用性能更好的大型鋁鑄件和液壓成型部件，車身零件數(shù)量從液壓成型部件，車身零件數(shù)量從50個(gè)減至個(gè)減至29個(gè)個(gè)，車身框架完全閉合。這種結(jié)構(gòu)不僅使車身的扭，車身框架完全閉合。這種結(jié)構(gòu)不僅使車身的扭轉(zhuǎn)剛度提高了轉(zhuǎn)剛度提高了60%，還比同類車型的鋼制車身，還比同類車型的鋼制車身車重減少車重減少50%。由于所有的鋁合金都可以回收。由于所有的鋁合金都可以回收再生利用，深受環(huán)保人士的歡迎。再生利用，深受環(huán)保人士的歡迎。21鋁合金鋁合金 根據(jù)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，根據(jù)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，采用激光束壓合成型工藝，將不采用激光束壓合成型工藝，將不同厚度的鋁板或者用

13、鋁板與鋼板同厚度的鋁板或者用鋁板與鋼板復(fù)合成型，再在表面涂覆防腐蝕復(fù)合成型，再在表面涂覆防腐蝕材料使其結(jié)構(gòu)輕量化且具有良好材料使其結(jié)構(gòu)輕量化且具有良好的耐腐蝕性。的耐腐蝕性。22鎂合金鎂合金z鎂的密度為鎂的密度為1.8g/cm3，僅為鋼材密度的，僅為鋼材密度的35，鋁材密度的，鋁材密度的66。此外它的比強(qiáng)度、比剛度高，阻尼性、導(dǎo)熱性好，電。此外它的比強(qiáng)度、比剛度高，阻尼性、導(dǎo)熱性好，電磁屏蔽能力強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定性好，磁屏蔽能力強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定性好，因此在航空工業(yè)和汽車工業(yè)因此在航空工業(yè)和汽車工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。中得到了廣泛的應(yīng)用。z鑄造鎂合金的車門由成型鋁材制成的門框和耐碰撞的鎂合金鑄造鎂合金的車

14、門由成型鋁材制成的門框和耐碰撞的鎂合金骨架、內(nèi)板組成。另一種鎂合金制成的車門，它由內(nèi)外車門骨架、內(nèi)板組成。另一種鎂合金制成的車門，它由內(nèi)外車門板和中間蜂窩狀加強(qiáng)筋構(gòu)成，每扇門的凈質(zhì)量比傳統(tǒng)的鋼制板和中間蜂窩狀加強(qiáng)筋構(gòu)成，每扇門的凈質(zhì)量比傳統(tǒng)的鋼制車門輕車門輕10kg，且剛度極高。隨著壓鑄技術(shù)的進(jìn)步，已可以，且剛度極高。隨著壓鑄技術(shù)的進(jìn)步，已可以制造出形狀復(fù)雜的薄壁鎂合金車身零件，如前、后擋板、儀制造出形狀復(fù)雜的薄壁鎂合金車身零件，如前、后擋板、儀表盤、方向盤等。表盤、方向盤等。鎂合金方向盤骨架23鎂合金鎂合金 德國寶馬采用鎂合金的直列德國寶馬采用鎂合金的直列6 6缸引擎。曲軸箱（缸引擎。曲軸箱

15、（Crank ShaftCrank Shaft）內(nèi)部采用鋁合金，而外部則采用鎂內(nèi)部采用鋁合金，而外部則采用鎂合金。合金。 新型引擎重新型引擎重161kg161kg，通過使用，通過使用鎂合金等手段使重量降低了鎂合金等手段使重量降低了7 7（10kg10kg）。曲軸自身重量在使用普通）。曲軸自身重量在使用普通鑄鐵時(shí)可控制到原來的鑄鐵時(shí)可控制到原來的57%57%，比使比使用鋁合時(shí)輕用鋁合時(shí)輕24%24%。 24泡沫合金板泡沫合金板z 泡沫合金板由粉末合金制成，其特點(diǎn)是密度小，僅為0.40.7gcm3，彈性好，當(dāng)受力壓縮變形后，可憑自身的彈性恢復(fù)原料形狀。z 泡沫合金板種類繁多，除了泡沫鋁合金板外，還

16、有泡沫鋅合金、泡沫錫合金、泡沫鋼等，可根據(jù)不同的需要進(jìn)行選擇。由于泡沫合金板的特殊性能，特別是出眾的低密度、良好的隔熱吸振性能，深受汽車制造商的青睞。目前，用泡沫鋁合金制成的零部件有發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋等。 25蜂窩夾芯復(fù)合板蜂窩夾芯復(fù)合板z 蜂窩夾芯復(fù)合板蜂窩夾芯復(fù)合板是兩層薄面板中間夾一層厚而極輕的蜂窩組成。根是兩層薄面板中間夾一層厚而極輕的蜂窩組成。根據(jù)夾芯材料的不同，可分為紙蜂窩、玻璃布蜂窩、玻璃纖維增強(qiáng)樹據(jù)夾芯材料的不同，可分為紙蜂窩、玻璃布蜂窩、玻璃纖維增強(qiáng)樹脂蜂窩、鋁蜂窩等；面板可以采用玻璃鋼、塑料、鋁板和鋼板等材脂蜂窩、鋁蜂窩等；面板可以采用玻璃鋼、塑料、鋁板和鋼板等材料。由于蜂

17、窩夾芯復(fù)合板具有輕質(zhì)、比強(qiáng)度和比剛度高、抗振、隔料。由于蜂窩夾芯復(fù)合板具有輕質(zhì)、比強(qiáng)度和比剛度高、抗振、隔熱、隔音和阻燃等特點(diǎn)，故在汽車車身上獲得較多應(yīng)用，熱、隔音和阻燃等特點(diǎn)，故在汽車車身上獲得較多應(yīng)用，如車身外如車身外板、車門、車架、保險(xiǎn)杠、座椅框架板、車門、車架、保險(xiǎn)杠、座椅框架等。等。z 英國發(fā)明了一種以聚丙烯作芯，鋼板為面板的薄夾層板用以替代鋼英國發(fā)明了一種以聚丙烯作芯，鋼板為面板的薄夾層板用以替代鋼制車身外板，使零件質(zhì)量減輕了制車身外板，使零件質(zhì)量減輕了50%60%，且易于沖壓成型。，且易于沖壓成型。 26海綿鋁板海綿鋁板 z 德國卡爾曼德國卡爾曼(Karmann)公司開發(fā)了一種汽

18、車工業(yè)罕見而用于轎車車公司開發(fā)了一種汽車工業(yè)罕見而用于轎車車身的嶄新材料身的嶄新材料-作為輕金屬一項(xiàng)革新應(yīng)用的作為輕金屬一項(xiàng)革新應(yīng)用的海綿鋁板海綿鋁板。z 這種海綿鋁板的兩側(cè)是鋁薄板，中間充滿了孔隙極多的鋁質(zhì)海綿。這種海綿鋁板的兩側(cè)是鋁薄板，中間充滿了孔隙極多的鋁質(zhì)海綿。據(jù)稱，其重量只有鋼的一半，但其剛性卻是鋼的據(jù)稱，其重量只有鋼的一半，但其剛性卻是鋼的10倍。這種海綿夾倍。這種海綿夾心材料可以沖壓成形。鋁質(zhì)海綿芯板要求在密閉模中進(jìn)行二次加熱心材料可以沖壓成形。鋁質(zhì)海綿芯板要求在密閉模中進(jìn)行二次加熱，外皮保持完整，而內(nèi)部則充滿了氣泡。其工藝比常規(guī)沖壓復(fù)雜一，外皮保持完整，而內(nèi)部則充滿了氣泡。其

19、工藝比常規(guī)沖壓復(fù)雜一些，但仍比常見的輕質(zhì)蜂窩板容易加工。些，但仍比常見的輕質(zhì)蜂窩板容易加工。z 卡爾曼公司說，材料的剛性使海綿板特別適合做車身的承載結(jié)構(gòu)，卡爾曼公司說，材料的剛性使海綿板特別適合做車身的承載結(jié)構(gòu)，如如底板、駕駛室前壁、頂板、行李艙壁等底板、駕駛室前壁、頂板、行李艙壁等。其示范車身樣品是該公。其示范車身樣品是該公司過去向大眾汽車公司提供的卡爾曼司過去向大眾汽車公司提供的卡爾曼-弗亞弗亞(Karmann-Ghia) 車身的車身的一種最新變型，由輕質(zhì)海綿鋁板底和復(fù)合鋁板外殼組成一種最新變型，由輕質(zhì)海綿鋁板底和復(fù)合鋁板外殼組成 。27寶馬寶馬X5采用的鋁鎂缸體采用的鋁鎂缸體重量減輕重量

20、減輕30KG功率增加功率增加30KW油耗減少油耗減少3扭矩增加扭矩增加17鋁鋁鎂鎂28為法國為法國SORA公司為雷諾汽車公司開發(fā)的全公司為雷諾汽車公司開發(fā)的全復(fù)合材料轎車車身和重型卡車駕駛室復(fù)合材料轎車車身和重型卡車駕駛室 29z制造發(fā)動(dòng)機(jī)罩制造發(fā)動(dòng)機(jī)罩美國通用公司引進(jìn)玻璃纖維增強(qiáng)的不飽和聚酯玻璃纖維增強(qiáng)的不飽和聚酯發(fā)動(dòng)機(jī)罩顯著點(diǎn)優(yōu)顯著點(diǎn)優(yōu)：減輕重量（一般質(zhì)量減輕1，油耗可降低12），降噪 良好的熱穩(wěn)定性、阻燃性；高分子材料在汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)展30z制造發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸體制造發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸體以開孔的鋁海綿為材料骨架，將液晶聚酯注塑在其中，形成樹脂/金屬復(fù)合體,具有導(dǎo)熱率高，力學(xué)性能優(yōu)異，質(zhì)量減輕了4050）。高分子材料在汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)展31z制造汽車凸輪軸制造汽車凸輪軸傳統(tǒng)是用鋼制造，生產(chǎn)工藝復(fù)雜；現(xiàn)在美國通用公司研制出聚苯硫醚/鋼復(fù)合材料凸輪軸，減輕總量達(dá)50，并且縮短生產(chǎn)周期。高分子材料在汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)展32z制造汽車油箱制造汽車油箱制造汽車油箱是工程塑料在發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)中最大應(yīng)用，通常汽車油箱由高密度聚乙烯吹塑制成。良好的阻滲性高分子材料在汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)展33高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料z 高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料，特別是碳纖維復(fù)合材料（高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料，特別是碳纖維復(fù)合材料（CFRP），因