聚集新材料推進先進制造業(yè)-RingierEvents課件

上海市新材料協(xié)會陳士信

2014年8月

新材料、新工藝

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零部件行業(yè)的新機遇

上海市新材料協(xié)會

新材料、新工藝1一、面臨的機遇和挑戰(zhàn)我國是全球材料生產(chǎn)、消費、出口大國。材料生產(chǎn)進入微利、虧損時期。“十一五”期間全國新材料年均增長率接近20%，2010年，年產(chǎn)值6500億元，大部分新材料依賴進口。2015年，新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模要達2萬億元，年均增長25%。新材料綜合保障能力提髙到70%、關(guān)鍵新材料保障能力要達到50%。2013年，國產(chǎn)汽車累計生產(chǎn)2211.68萬輛、銷售2198.41萬輛;高鐵建設(shè)快馬加鞕，躍出國門，然而一些關(guān)鍵零部件仍靠進口;C919將飛上藍天，所用材料和零部件100%舶來品。一、面臨的機遇和挑戰(zhàn)我國是全球材料生產(chǎn)、消費、出口大國。材料2

一、面臨的機遇和挑戰(zhàn)

—2013年上海材料工業(yè)

總產(chǎn)值(億)企業(yè)數(shù)職工(萬)消費標煤(萬t)全市工業(yè)32088.889772266.75519.11

0.17煉油、化工4377.4679313.9

2498.000.57鋼鐵工業(yè)1555.481424.6

04.550.90有色行業(yè)471.261642.6

46.510.10金屬制品942.0778016.5

73.310.08化纖與橡塑制品916.5576915.1

128.71

0.14非金屬礦物制品542.374147.0

105.980.20材料工業(yè)8805.19305759.6

4257.06

0.48材料占市工業(yè)27.44%31.3%22.3%77.13%(t/萬元)

一、面臨的機遇和挑戰(zhàn)

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一、

面臨的機遇和挑戰(zhàn)

—2013年上海材料工業(yè)

占全市工業(yè)的1/4產(chǎn)值、1/5的從業(yè)人員，但消耗全市工業(yè)的3/4能源。粗放型生產(chǎn)難以維繼，節(jié)能減排、提高產(chǎn)品附加值是必要之路。全市新材料產(chǎn)值約2000億元，僅占材料工業(yè)的22.7%，新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展任重道遠。一、面臨的機遇和挑戰(zhàn)

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二、新材料—工程塑料強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料。日本業(yè)界將它定義為“可以做為構(gòu)造用及機械零件用的高性能塑料，耐熱性在100℃以上，主要運用在工業(yè)上”。常用的五大工程塑料是POM、PA、PC、PBT、PPO。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車用塑料件已由普通裝飾件開始向結(jié)構(gòu)件、功能件方向發(fā)展。因而要求汽車用塑料材料向強度更高、沖擊性更好、超高流動的復合材料和塑料合金方向發(fā)展。—二、新材料—工程塑料強度、耐沖擊性、5新材料—工程塑料(儀表盤)新材料—工程塑料(儀表盤)6新材料—工程塑料(內(nèi)飾件)新材料—工程塑料(內(nèi)飾件)7新材料—工程塑料(保險杠、車燈)保險杠新材料—工程塑料(保險杠、車燈)保險杠8新材料—生物塑料以淀粉等天然物質(zhì)為基礎(chǔ)，在微生物作用下生成的塑料。一般廢棄塑料在自然條件下難以降解，燃燒又會釋放出有害氣體，給生態(tài)環(huán)境造成了難以治理的污染。因此，各國科學家開始研制可以自行分解的自毀或自溶塑料，以解決這個問題。有人把它稱作“綠色塑料”，它具有可再生性，因此十分環(huán)保。其用途范圍廣泛，如汽車儲物箱、車墊和內(nèi)飾。

上海石化研制的一種耐高溫型生物塑料，熱變形溫度超過100℃，可廣泛用汽車擋板、保險杠及車門內(nèi)的泡沫塑料和隔熱體。新材料—生物塑料以淀粉等天然物質(zhì)為9新材料—樹脂基復合材料

以熱固性或熱塑性合成樹脂為基體，以纖維為增強材料，經(jīng)成型可分別形成熱固性或熱塑性復合材料。前者質(zhì)量較輕、比強度高、耐腐蝕、減振性能好、可設(shè)計性強、易于加工等優(yōu)點，已在汽車工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。實踐證明，在汽車上大量使用樹脂基復合材料可以顯著減輕汽車自重、降低油耗、提高汽車安全舒適性、減少環(huán)境污染和降低汽車的制造與使用綜合成本。若以熱塑性樹脂，如PP、PE、PA、PBT、PC等為基體的熱塑性樹脂基復合材料，常用作車內(nèi)的裝飾件，在汽車工業(yè)中應(yīng)用前景十分廣闊，可以方便地囬收再利用。新材料—樹脂基復合材料以熱固性或熱10

新材料—樹脂基復合材料

與其他材料牲能的比較新材料—樹脂基復合材料

11新材料—玻纖增強樹脂基復合材料以玻纖為增強體，以熱固性樹脂或熱塑性樹脂為基體的熱固性樹脂基復合材料或熱塑性樹脂基復合材料，已廣泛用于汽車、衛(wèi)浴、建筑等方面。其中以纖玻璃纖維增強環(huán)氧等樹脂的熱固性復合材料在我國俗稱“玻璃鋼”，具有強度高、工藝性能好、價格低等特點，可用于制造保險杠、發(fā)動機罩、擋泥板，甚至于整個車身殼體。新材料—玻纖增強樹脂基復合材料以玻纖為12新材料—蜂窩復合板由兩塊較薄的面板，牢固地粘結(jié)在一層較厚的蜂窩狀芯材的兩面，制成的板材，亦稱蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板。表板與蜂窩材選擇適當，可獲得良好的抗震、隔熱、隔音等性能，做成防火蜂窩板、隔熱蜂窩板、隔音蜂窩板等。蜂窩復合板廣泛應(yīng)用在汽車、飛機、高鐵車廂等方面。如汽車地板、汽車頂棚、行李箱內(nèi)飾等部位。新材料—蜂窩復合板由兩塊較薄的面13

新材料—蜂窩復合板新材料—蜂窩復合板14新材料—碳纖維增強碳/碳復合材料

碳纖維織物增強碳或石墨化的樹脂（包括瀝青）形成的復合材料，簡稱碳-碳復合材料。碳-碳復合材料的特性主要表現(xiàn)在力學性能、熱物理性能和熱燒蝕性能三個方面。

CFRP制造的汽車板簧零件強度高，模量大，熱膨脹系數(shù)小，減磨性好，比現(xiàn)有材質(zhì)減輕76%。一旦解決了成本問題，將大量用來制造發(fā)動機系統(tǒng)中的推桿、連桿、搖桿、水泵葉輪，傳動系統(tǒng)中的傳動軸、離合器片、加速裝置及其罩等，底盤系統(tǒng)中的懸置件、彈簧片、框架、散熱器等，車體上的車頂內(nèi)外襯、地板、側(cè)門等。新材料—碳纖維增強碳/碳復合材料碳纖維織15

新材料—陶瓷基與金屬基復合材料

以高性能無機纖維或晶須為增強體的一類復合材料。主要有金屬基復合材料，即以特種無機纖維或晶須增強金屬材料、金屬陶瓷等；陶瓷基的復合材料，即以特種無機纖維、晶須、顆粒、板晶等增韌補強陶瓷材料。陶瓷基復合材料通?？煞譃轭w粒補強陶瓷基復合材料和纖維補強陶瓷基復合材料兩類。新材料—陶瓷基與金屬基復合材料以高性能16

新材料—陶瓷基與金屬基復合材料內(nèi)燃機應(yīng)用已較廣泛。燃燒室部分隔熱，減少冷卻系統(tǒng)的容量和尺寸。在高強度柴油機中還有效降低活塞環(huán)槽區(qū)的溫度，可取消對活塞的專門冷卻。配氣機構(gòu)中的氣門、挺柱、搖臂及彈簧座改用陶瓷，發(fā)動機可提高轉(zhuǎn)速來提高功率，降低氣門彈簧的彈力而降低功率損耗。用作氣門座、搖臂頭等易磨損部件，減少磨損、延長壽命。柴油機的渦流室安裝陶瓷鑲塊后，改善了發(fā)動機低負荷時的燃燒、低溫啟動性能，降低了燃燒噪聲和排污量。渦輪增壓器零件中增壓器渦輪，轉(zhuǎn)動慣量僅為金屬渦輪的30%，“渦輪滯后”現(xiàn)象得以改善，同時使增壓器的動態(tài)性能提高了36%，能在更高溫度下工作。新材料—陶瓷基與金屬基復合材料內(nèi)燃機應(yīng)用已較廣泛。燃燒室17

新材料—高強度鋼

目前，國外把屈服強度在1370MPa以上，抗拉強度在1620MPa以上的合金鋼稱超高強度鋼。國內(nèi)，屈服強度在210~550MPa和抗拉強度在270~700MPa的鋼為高強鋼（HSS），而屈服強度大于550MPa和抗拉強度大于700MPa的鋼為超高強鋼。按冶金學特征進行分類：普通高強度鋼（C-Mn)鋼、高強度(IF)鋼、烘烤硬化鋼(BH鋼)、低合金高強度鋼(HSLA鋼)和先進高強度鋼：雙相鋼(DP)、多相鋼(CP)、相變誘導塑性鋼(TRIP)、熱成形鋼(HF）。BH鋼車身進入涂裝在烘烤爐中受熱時，使碳、氮原子在“位錯”處析出，提高了工件的屈服強度，故稱為烘烤硬化鋼。新材料—高強度鋼目前，國外把屈18

新材料—高強度鋼

DP鋼主要用于汽車的結(jié)構(gòu)件和安全件，如前內(nèi)縱梁、后內(nèi)縱梁、中支柱里板、座椅橫梁等零件。TRIP在變形過程中,殘余奧氏體會誘導相變轉(zhuǎn)化為馬氏體，引起相變強化和塑性增長。比雙相鋼成形性更好，同樣具有BH鋼性能，擁有更好的擴孔性。目前在汽車行業(yè)尚沒有得到大規(guī)模應(yīng)用。CP鋼強度可達800-1000MPa，特別適合于汽車的車門防撞桿、保險杠和中立柱等安全件。HF是通過把高強度硼合金鋼板加熱到880-950℃，使之均勻奧氏體化；然后送入內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形；之后保壓快速冷卻淬火，使奧氏體變成馬氏體，強度可達1500MPa，新材料—高強度鋼DP鋼19

新材料—鋁合金

鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素，含量高于7%，鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的有色金屬結(jié)構(gòu)材料。鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導電性、導熱性和抗蝕性。汽車用鋁合金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金在汽車上的使用量最多，占80%以上，分為重力鑄造件，低壓鑄造件和其它特種鑄造零件。變形鋁合金包括板材、箔材、擠壓材、鍛件等。新材料—鋁合金鋁是地殼中含量最豐富20

新材料—鈦合金

密度為4.51g/cm3，介于鋁和鐵之間。比強度高于鋁合金和鋼，韌性也與鋼鐵的相當?？刮g性能好，優(yōu)于不銹鋼，工作溫度區(qū)間寬，?253℃還能保持良好的塑性，耐熱鈦合金的工作溫度可達550℃左右，還具有良好的加工性和焊接性能。新一代汽車上主要用在發(fā)動機元件和底盤部件上。鈦可制作發(fā)動機系統(tǒng)閥門、閥簧、閥簧承座和連桿等部件以及底盤部件中的彈簧、排氣系統(tǒng)、半軸和緊固件等。。新材料—鈦合金密度為4.51g/c21新材料—鈦合金(鈦合金在汽車中應(yīng)用)新材料—鈦合金(鈦合金在汽車中應(yīng)用)22

新材料—鎂合金

金屬鎂熔點650℃,是工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，密度1.738g·cm-3，約為鋁的2/3，鋼的1/4，接近工程塑料的密度。比強度高、抗拉強度、屈服強度、伸長率與鋁合金鑄件相當;熱傳導性好，具有良好的耐腐蝕性能、電磁屏蔽性能、防輻射性能;良好的焊接和鑄造性能;具有良好的阻尼系數(shù)，對振動能量的吸收能力強，消震性能優(yōu)于鋁合金和鑄鐵。用于驅(qū)動和傳動部件上可以降低噪聲，用于座椅、輪圈、方向盤可以減少振動，在汽車發(fā)出碰撞后很好地吸收沖擊能量，提高汽車的安全性和舒適性。新材料—鎂合金金屬鎂熔點65023.三、新工藝—注射成型技術(shù)將注射機內(nèi)配有粘結(jié)劑的黏稠狀金屬/合金/金屬化合物粉末料，或配有粘結(jié)劑的黏稠陶瓷粉體料，在柱塞或螺桿推力作用下進入模腔成型，經(jīng)過脫模、烘干、燒結(jié)獲得制品的過程。在注射機內(nèi)經(jīng)加熱、改性、熔融的塑料，在柱塞或螺桿推力作用下，通過壓力將融溶狀態(tài)的膠體注入摸腔而成型，經(jīng)冷卻成產(chǎn)品。注射成型幾乎適用于所有的熱塑性塑料和多種粉末冶金、先進陶瓷制品。注射成型也成功地用于成型某些熱固性塑料。.三、新工藝—注射成型技術(shù)將注射機內(nèi)配有粘結(jié)24新工藝—注射成型示意圖新工藝—注射成型示意圖25

新工藝—塑料焊接技術(shù)是熱塑性塑料二次加工的主要方法之一，利用熱塑性塑料受熱熔融的特點，憑著熱的作用，使兩個塑料部件的表面同時熔融，在外力的作用下，使兩個部件結(jié)為一體，稱為焊接?？煞譃橥ㄟ^外加熱源軟化、通過機械運動方式軟化、和通過電磁作用軟化幾種。新工藝—塑料焊接技術(shù)是熱塑性塑料二次加工的主要方法之26

新工藝—紅外焊接技術(shù)這類似于電熱板焊接，將需要焊接的兩部分固定在貼近電熱板的地方，但不與電熱板接觸。在熱輻射的作用下，連接部分被熔融，然后移去熱源，將兩部分對接，壓在一起完成焊接。這種方式不產(chǎn)生焊渣、無污染，焊接強度大，主要用于PVDF、PP等精度要求很高的管路系統(tǒng)的連接。經(jīng)紅外焊接后的兩個部件，它們之間的接合強度遠比采用其他焊接工藝的強度要高。部件間的焊縫可抵達100%的氣密性,因而不會有漏風或漏液體的景象發(fā)生。新工藝—紅外焊接技術(shù)這類似于電熱板27

新工藝—攪拌摩擦焊利用工件端面相互運動、相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端部達到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種方法。摩擦焊可以方便地連接同種或異種材料，包括金屬、部分金屬基復合材料、陶瓷及塑料。由一個圓柱體或其他形狀（如帶螺紋圓柱體）的攪拌針伸入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉(zhuǎn)，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化。同時對材料進行攪拌摩擦來完成焊接的。新工藝—攪拌摩擦焊利用工件端面相互28

新工藝—半固態(tài)成形技術(shù)

液態(tài)金屬/合金從液相到固相冷卻過程中，或固態(tài)向熔融液態(tài)過程中，一面進行強烈攪拌，一面進行鑄造(壓鑄)，產(chǎn)品具有高質(zhì)量、高性能和高合金化的特點，因此具有強大的生命力。

除軍事裝備上的應(yīng)用外，開始主要集中用于車輛的關(guān)鍵部件上，例如，用于汽車輪轂，可提高性能、減輕重量、降低廢品率。半固態(tài)金屬鑄造工藝被認為是21世紀最具發(fā)展前途的近凈成形和新材料制備技術(shù)之一。新工藝—半固態(tài)成形技術(shù)液態(tài)金29

新工藝—激光拼焊技術(shù)

采用激光能源，將若干不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂層的鋼材、不銹鋼材、鋁合金材等進行自動拼合和焊接，形成一塊整體板材、型材、夾芯板等，以滿足零部件對材料性能的不同要求，以最輕的重量、最優(yōu)結(jié)構(gòu)和最佳性能實現(xiàn)裝備輕量化。激光拼焊板已廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)，不僅降低整車的制造成本、物流成本、整車重量、裝配公差、油耗和廢品率，而且可以減少外圍加強件數(shù)量，簡化裝配步驟，同時使車輛的碰撞能力、沖壓成型率和抗腐能力提高。新工藝—激光拼焊技術(shù)采用激光能源30新工藝—激光拼焊板的應(yīng)用新工藝—激光拼焊板的應(yīng)用31

新工藝—冷金屬過渡技術(shù)冷金屬過渡技術(shù)是將送絲運動與熔滴過渡過程進行數(shù)字化協(xié)調(diào)焊接。電弧燃燒過程中，焊絲向熔池方向運動，當焊絲與熔池接觸時，電弧熄滅，短路接觸時，焊絲回抽幫助熔滴脫落，保持很小的短路電流，焊絲再向熔池方向運動，冷金屬過渡過程重復進行。熱量輸入量大幅降低，可以焊接承受熱容量低的基材，實現(xiàn)鋼與鋁焊接以及0.3mm以上薄板的無飛濺、高質(zhì)量MIG/MAG熔焊和MIG釬焊。新工藝—冷金屬過渡技術(shù)冷金屬過渡32

新工藝—冷金屬過渡技術(shù)新工藝—冷金屬過渡技術(shù)33

新工藝—噴射沉積成形技術(shù)

把金屬熔融、液態(tài)金屬霧化，在高速氣流下霧化，在尚未完全凝固前噴射沉積制成金屬材料產(chǎn)品的一種新工藝技術(shù)。所獲材料晶粒細小、組織均勻、能夠抑制宏觀偏析等快速凝固技術(shù)的各種優(yōu)點。對發(fā)展新材料、改革傳統(tǒng)工藝、提升材料性能、節(jié)約能耗、減少環(huán)境污染都具有重大作用。噴射成形主要應(yīng)用在鋼鐵產(chǎn)品以及高強度鋁合金方面。新工藝—噴射沉積成形技術(shù)34

新工藝—熱沖壓成形技術(shù)將硼鋼鋼板加熱至奧氏體化狀態(tài)，快速轉(zhuǎn)移到模具中高速沖壓成形，在保證一定壓力的情況下，制件在模具腔(本)體中以大于27℃/s的冷卻速度進行淬火處理，保壓淬火一段時間，以獲得具有均勻馬氏體組織的超高強鋼零件的成形方式。

得到的是超高強度的車身零件?？梢詼p輕車身重量；能提高車身安全性、舒適性；改善了沖壓成形性；提高了零件尺寸精度；可以提高焊接性、表面硬度、抗凹性和耐腐蝕性；降低了沖壓機噸位要求。新工藝—熱沖壓成形技術(shù)將硼鋼鋼板加熱至35新工藝—熱沖壓成形工藝流程新工藝—熱沖壓成形工藝流程36

新工藝—內(nèi)高壓成形工藝

通過內(nèi)部加壓和軸向加力補料把管坯壓入到模具型腔，使其成形為所需要的工件。對于軸線為曲線的零件，需要把管坯預彎成接近零件形狀，然后加壓成形。

成形的構(gòu)件質(zhì)量輕，產(chǎn)品質(zhì)量好，設(shè)計靈活，經(jīng)截面設(shè)計與壁厚設(shè)計，許多汽車零部件都能用標準管材，通過內(nèi)高壓成形，制成結(jié)構(gòu)復雜的單一整體構(gòu)件，工藝過程簡捷。又具有近凈成形與綠色制造等特點，利于汽車輕量化。

大多數(shù)液壓成形工序只需一個與零件形狀一致的凸模（或液壓成形沖頭），液壓成形機上的橡膠隔膜起到通常凹模的作用，因而模具成本比傳統(tǒng)模具少約50%。新工藝—內(nèi)高壓成形工藝通過內(nèi)部37

新工藝—旋壓成形技術(shù)

通過旋轉(zhuǎn)使之受力點由點到線、由線到面，同時在某個方向給予一定的壓力，使金屬材料沿著這一方向變形和流動，而成型某一形狀的技術(shù)。金屬材料必須具有塑性變形或流動性能，是強力旋壓和普通旋壓兩者的結(jié)合。

CDC-S系列數(shù)控旋壓機是生產(chǎn)旋壓皮帶輪的專用設(shè)備。產(chǎn)品已經(jīng)廣泛用于汽車發(fā)動機中，如電機輪、水泵輪、空調(diào)輪和風扇輪等。按照皮帶輪的槽型和加工工藝可分成三大類：劈開輪、折疊輪和多楔輪。新工藝—旋壓成形技術(shù)

通過旋轉(zhuǎn)使38

新工藝—鎖鉚連接

鎖鉚鉚釘在外力的作用下，通過穿透第一層材料和中間層材料，并在底層材料中進行流動和延展，形成一個相互鑲嵌的塑性變形的鉚釘連接，稱作鎖鉚連接。它具有較高的抗拉強度和抗剪強度、很高的動態(tài)疲勞強度、很高的動態(tài)疲勞強度、并具有撞擊能量吸引特性。鉚接過程可以實現(xiàn)自動化，一次成型效率高。新工藝—鎖鉚連接鎖鉚鉚釘在外力的作39

后面一張圖里有幾匹馬?

后面一張圖里有40這張圖里有

幾匹馬？這張圖里有

幾匹馬？41答案答案42創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)型發(fā)展提高洞察力，未雨綢繆。密切關(guān)注產(chǎn)業(yè)鏈上下游發(fā)展趨勢、變革動態(tài)。明處、暗處商機要看清，前后左右要顧及，遠近目標要清晰，時間節(jié)點要扣牢。關(guān)注科技發(fā)展、政策導向。創(chuàng)新驅(qū)動、轉(zhuǎn)型發(fā)展，關(guān)鍵在產(chǎn)學研用的緊密度。產(chǎn)業(yè)發(fā)展，關(guān)鍵在同行是“親家”，團結(jié)就是力量。創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)型發(fā)展提高洞察力，未雨綢繆。密切關(guān)注產(chǎn)43措施與建議組建產(chǎn)、學、研、用緊密合作聯(lián)盟，緊跟汽車發(fā)展方向，攻克產(chǎn)業(yè)化難關(guān)，形成自主品牌。推進技術(shù)市場和金融市場整車廠牽頭，上下游聯(lián)手，合理定價、利益共享，逐步健全材料、零部件供應(yīng)體系，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。措施與建議組建產(chǎn)、學、研、用緊密合作聯(lián)盟，緊跟汽車44

謝謝請大家批評指正！

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上海市新材料協(xié)會陳士信

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新材料、新工藝

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零部件行業(yè)的新機遇

上海市新材料協(xié)會

新材料、新工藝46一、面臨的機遇和挑戰(zhàn)我國是全球材料生產(chǎn)、消費、出口大國。材料生產(chǎn)進入微利、虧損時期。“十一五”期間全國新材料年均增長率接近20%，2010年，年產(chǎn)值6500億元，大部分新材料依賴進口。2015年，新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模要達2萬億元，年均增長25%。新材料綜合保障能力提髙到70%、關(guān)鍵新材料保障能力要達到50%。2013年，國產(chǎn)汽車累計生產(chǎn)2211.68萬輛、銷售2198.41萬輛;高鐵建設(shè)快馬加鞕，躍出國門，然而一些關(guān)鍵零部件仍靠進口;C919將飛上藍天，所用材料和零部件100%舶來品。一、面臨的機遇和挑戰(zhàn)我國是全球材料生產(chǎn)、消費、出口大國。材料47

一、面臨的機遇和挑戰(zhàn)

—2013年上海材料工業(yè)

總產(chǎn)值(億)企業(yè)數(shù)職工(萬)消費標煤(萬t)全市工業(yè)32088.889772266.75519.11

0.17煉油、化工4377.4679313.9

2498.000.57鋼鐵工業(yè)1555.481424.6

04.550.90有色行業(yè)471.261642.6

46.510.10金屬制品942.0778016.5

73.310.08化纖與橡塑制品916.5576915.1

128.71

0.14非金屬礦物制品542.374147.0

105.980.20材料工業(yè)8805.19305759.6

4257.06

0.48材料占市工業(yè)27.44%31.3%22.3%77.13%(t/萬元)

一、面臨的機遇和挑戰(zhàn)

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一、

面臨的機遇和挑戰(zhàn)

—2013年上海材料工業(yè)

占全市工業(yè)的1/4產(chǎn)值、1/5的從業(yè)人員，但消耗全市工業(yè)的3/4能源。粗放型生產(chǎn)難以維繼，節(jié)能減排、提高產(chǎn)品附加值是必要之路。全市新材料產(chǎn)值約2000億元，僅占材料工業(yè)的22.7%，新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展任重道遠。一、面臨的機遇和挑戰(zhàn)

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二、新材料—工程塑料強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料。日本業(yè)界將它定義為“可以做為構(gòu)造用及機械零件用的高性能塑料，耐熱性在100℃以上，主要運用在工業(yè)上”。常用的五大工程塑料是POM、PA、PC、PBT、PPO。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車用塑料件已由普通裝飾件開始向結(jié)構(gòu)件、功能件方向發(fā)展。因而要求汽車用塑料材料向強度更高、沖擊性更好、超高流動的復合材料和塑料合金方向發(fā)展?！?、新材料—工程塑料強度、耐沖擊性、50新材料—工程塑料(儀表盤)新材料—工程塑料(儀表盤)51新材料—工程塑料(內(nèi)飾件)新材料—工程塑料(內(nèi)飾件)52新材料—工程塑料(保險杠、車燈)保險杠新材料—工程塑料(保險杠、車燈)保險杠53新材料—生物塑料以淀粉等天然物質(zhì)為基礎(chǔ)，在微生物作用下生成的塑料。一般廢棄塑料在自然條件下難以降解，燃燒又會釋放出有害氣體，給生態(tài)環(huán)境造成了難以治理的污染。因此，各國科學家開始研制可以自行分解的自毀或自溶塑料，以解決這個問題。有人把它稱作“綠色塑料”，它具有可再生性，因此十分環(huán)保。其用途范圍廣泛，如汽車儲物箱、車墊和內(nèi)飾。

上海石化研制的一種耐高溫型生物塑料，熱變形溫度超過100℃，可廣泛用汽車擋板、保險杠及車門內(nèi)的泡沫塑料和隔熱體。新材料—生物塑料以淀粉等天然物質(zhì)為54新材料—樹脂基復合材料

以熱固性或熱塑性合成樹脂為基體，以纖維為增強材料，經(jīng)成型可分別形成熱固性或熱塑性復合材料。前者質(zhì)量較輕、比強度高、耐腐蝕、減振性能好、可設(shè)計性強、易于加工等優(yōu)點，已在汽車工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。實踐證明，在汽車上大量使用樹脂基復合材料可以顯著減輕汽車自重、降低油耗、提高汽車安全舒適性、減少環(huán)境污染和降低汽車的制造與使用綜合成本。若以熱塑性樹脂，如PP、PE、PA、PBT、PC等為基體的熱塑性樹脂基復合材料，常用作車內(nèi)的裝飾件，在汽車工業(yè)中應(yīng)用前景十分廣闊，可以方便地囬收再利用。新材料—樹脂基復合材料以熱固性或熱55

新材料—樹脂基復合材料

與其他材料牲能的比較新材料—樹脂基復合材料

56新材料—玻纖增強樹脂基復合材料以玻纖為增強體，以熱固性樹脂或熱塑性樹脂為基體的熱固性樹脂基復合材料或熱塑性樹脂基復合材料，已廣泛用于汽車、衛(wèi)浴、建筑等方面。其中以纖玻璃纖維增強環(huán)氧等樹脂的熱固性復合材料在我國俗稱“玻璃鋼”，具有強度高、工藝性能好、價格低等特點，可用于制造保險杠、發(fā)動機罩、擋泥板，甚至于整個車身殼體。新材料—玻纖增強樹脂基復合材料以玻纖為57新材料—蜂窩復合板由兩塊較薄的面板，牢固地粘結(jié)在一層較厚的蜂窩狀芯材的兩面，制成的板材，亦稱蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板。表板與蜂窩材選擇適當，可獲得良好的抗震、隔熱、隔音等性能，做成防火蜂窩板、隔熱蜂窩板、隔音蜂窩板等。蜂窩復合板廣泛應(yīng)用在汽車、飛機、高鐵車廂等方面。如汽車地板、汽車頂棚、行李箱內(nèi)飾等部位。新材料—蜂窩復合板由兩塊較薄的面58

新材料—蜂窩復合板新材料—蜂窩復合板59新材料—碳纖維增強碳/碳復合材料

碳纖維織物增強碳或石墨化的樹脂（包括瀝青）形成的復合材料，簡稱碳-碳復合材料。碳-碳復合材料的特性主要表現(xiàn)在力學性能、熱物理性能和熱燒蝕性能三個方面。

CFRP制造的汽車板簧零件強度高，模量大，熱膨脹系數(shù)小，減磨性好，比現(xiàn)有材質(zhì)減輕76%。一旦解決了成本問題，將大量用來制造發(fā)動機系統(tǒng)中的推桿、連桿、搖桿、水泵葉輪，傳動系統(tǒng)中的傳動軸、離合器片、加速裝置及其罩等，底盤系統(tǒng)中的懸置件、彈簧片、框架、散熱器等，車體上的車頂內(nèi)外襯、地板、側(cè)門等。新材料—碳纖維增強碳/碳復合材料碳纖維織60

新材料—陶瓷基與金屬基復合材料

以高性能無機纖維或晶須為增強體的一類復合材料。主要有金屬基復合材料，即以特種無機纖維或晶須增強金屬材料、金屬陶瓷等；陶瓷基的復合材料，即以特種無機纖維、晶須、顆粒、板晶等增韌補強陶瓷材料。陶瓷基復合材料通常可分為顆粒補強陶瓷基復合材料和纖維補強陶瓷基復合材料兩類。新材料—陶瓷基與金屬基復合材料以高性能61

新材料—陶瓷基與金屬基復合材料內(nèi)燃機應(yīng)用已較廣泛。燃燒室部分隔熱，減少冷卻系統(tǒng)的容量和尺寸。在高強度柴油機中還有效降低活塞環(huán)槽區(qū)的溫度，可取消對活塞的專門冷卻。配氣機構(gòu)中的氣門、挺柱、搖臂及彈簧座改用陶瓷，發(fā)動機可提高轉(zhuǎn)速來提高功率，降低氣門彈簧的彈力而降低功率損耗。用作氣門座、搖臂頭等易磨損部件，減少磨損、延長壽命。柴油機的渦流室安裝陶瓷鑲塊后，改善了發(fā)動機低負荷時的燃燒、低溫啟動性能，降低了燃燒噪聲和排污量。渦輪增壓器零件中增壓器渦輪，轉(zhuǎn)動慣量僅為金屬渦輪的30%，“渦輪滯后”現(xiàn)象得以改善，同時使增壓器的動態(tài)性能提高了36%，能在更高溫度下工作。新材料—陶瓷基與金屬基復合材料內(nèi)燃機應(yīng)用已較廣泛。燃燒室62

新材料—高強度鋼

目前，國外把屈服強度在1370MPa以上，抗拉強度在1620MPa以上的合金鋼稱超高強度鋼。國內(nèi)，屈服強度在210~550MPa和抗拉強度在270~700MPa的鋼為高強鋼（HSS），而屈服強度大于550MPa和抗拉強度大于700MPa的鋼為超高強鋼。按冶金學特征進行分類：普通高強度鋼（C-Mn)鋼、高強度(IF)鋼、烘烤硬化鋼(BH鋼)、低合金高強度鋼(HSLA鋼)和先進高強度鋼：雙相鋼(DP)、多相鋼(CP)、相變誘導塑性鋼(TRIP)、熱成形鋼(HF）。BH鋼車身進入涂裝在烘烤爐中受熱時，使碳、氮原子在“位錯”處析出，提高了工件的屈服強度，故稱為烘烤硬化鋼。新材料—高強度鋼目前，國外把屈63

新材料—高強度鋼

DP鋼主要用于汽車的結(jié)構(gòu)件和安全件，如前內(nèi)縱梁、后內(nèi)縱梁、中支柱里板、座椅橫梁等零件。TRIP在變形過程中,殘余奧氏體會誘導相變轉(zhuǎn)化為馬氏體，引起相變強化和塑性增長。比雙相鋼成形性更好，同樣具有BH鋼性能，擁有更好的擴孔性。目前在汽車行業(yè)尚沒有得到大規(guī)模應(yīng)用。CP鋼強度可達800-1000MPa，特別適合于汽車的車門防撞桿、保險杠和中立柱等安全件。HF是通過把高強度硼合金鋼板加熱到880-950℃，使之均勻奧氏體化；然后送入內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形；之后保壓快速冷卻淬火，使奧氏體變成馬氏體，強度可達1500MPa，新材料—高強度鋼DP鋼64

新材料—鋁合金

鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素，含量高于7%，鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的有色金屬結(jié)構(gòu)材料。鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導電性、導熱性和抗蝕性。汽車用鋁合金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金在汽車上的使用量最多，占80%以上，分為重力鑄造件，低壓鑄造件和其它特種鑄造零件。變形鋁合金包括板材、箔材、擠壓材、鍛件等。新材料—鋁合金鋁是地殼中含量最豐富65

新材料—鈦合金

密度為4.51g/cm3，介于鋁和鐵之間。比強度高于鋁合金和鋼，韌性也與鋼鐵的相當?？刮g性能好，優(yōu)于不銹鋼，工作溫度區(qū)間寬，?253℃還能保持良好的塑性，耐熱鈦合金的工作溫度可達550℃左右，還具有良好的加工性和焊接性能。新一代汽車上主要用在發(fā)動機元件和底盤部件上。鈦可制作發(fā)動機系統(tǒng)閥門、閥簧、閥簧承座和連桿等部件以及底盤部件中的彈簧、排氣系統(tǒng)、半軸和緊固件等。。新材料—鈦合金密度為4.51g/c66新材料—鈦合金(鈦合金在汽車中應(yīng)用)新材料—鈦合金(鈦合金在汽車中應(yīng)用)67

新材料—鎂合金

金屬鎂熔點650℃,是工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，密度1.738g·cm-3，約為鋁的2/3，鋼的1/4，接近工程塑料的密度。比強度高、抗拉強度、屈服強度、伸長率與鋁合金鑄件相當;熱傳導性好，具有良好的耐腐蝕性能、電磁屏蔽性能、防輻射性能;良好的焊接和鑄造性能;具有良好的阻尼系數(shù)，對振動能量的吸收能力強，消震性能優(yōu)于鋁合金和鑄鐵。用于驅(qū)動和傳動部件上可以降低噪聲，用于座椅、輪圈、方向盤可以減少振動，在汽車發(fā)出碰撞后很好地吸收沖擊能量，提高汽車的安全性和舒適性。新材料—鎂合金金屬鎂熔點65068.三、新工藝—注射成型技術(shù)將注射機內(nèi)配有粘結(jié)劑的黏稠狀金屬/合金/金屬化合物粉末料，或配有粘結(jié)劑的黏稠陶瓷粉體料，在柱塞或螺桿推力作用下進入模腔成型，經(jīng)過脫模、烘干、燒結(jié)獲得制品的過程。在注射機內(nèi)經(jīng)加熱、改性、熔融的塑料，在柱塞或螺桿推力作用下，通過壓力將融溶狀態(tài)的膠體注入摸腔而成型，經(jīng)冷卻成產(chǎn)品。注射成型幾乎適用于所有的熱塑性塑料和多種粉末冶金、先進陶瓷制品。注射成型也成功地用于成型某些熱固性塑料。.三、新工藝—注射成型技術(shù)將注射機內(nèi)配有粘結(jié)69新工藝—注射成型示意圖新工藝—注射成型示意圖70

新工藝—塑料焊接技術(shù)是熱塑性塑料二次加工的主要方法之一，利用熱塑性塑料受熱熔融的特點，憑著熱的作用，使兩個塑料部件的表面同時熔融，在外力的作用下，使兩個部件結(jié)為一體，稱為焊接?？煞譃橥ㄟ^外加熱源軟化、通過機械運動方式軟化、和通過電磁作用軟化幾種。新工藝—塑料焊接技術(shù)是熱塑性塑料二次加工的主要方法之71

新工藝—紅外焊接技術(shù)這類似于電熱板焊接，將需要焊接的兩部分固定在貼近電熱板的地方，但不與電熱板接觸。在熱輻射的作用下，連接部分被熔融，然后移去熱源，將兩部分對接，壓在一起完成焊接。這種方式不產(chǎn)生焊渣、無污染，焊接強度大，主要用于PVDF、PP等精度要求很高的管路系統(tǒng)的連接。經(jīng)紅外焊接后的兩個部件，它們之間的接合強度遠比采用其他焊接工藝的強度要高。部件間的焊縫可抵達100%的氣密性,因而不會有漏風或漏液體的景象發(fā)生。新工藝—紅外焊接技術(shù)這類似于電熱板72

新工藝—攪拌摩擦焊利用工件端面相互運動、相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端部達到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種方法。摩擦焊可以方便地連接同種或異種材料，包括金屬、部分金屬基復合材料、陶瓷及塑料。由一個圓柱體或其他形狀（如帶螺紋圓柱體）的攪拌針伸入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉(zhuǎn)，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化。同時對材料進行攪拌摩擦來完成焊接的。新工藝—攪拌摩擦焊利用工件端面相互73

新工藝—半固態(tài)成形技術(shù)

液態(tài)金屬/合金從液相到固相冷卻過程中，或固態(tài)向熔融液態(tài)過程中，一面進行強烈攪拌，一面進行鑄造(壓鑄)，產(chǎn)品具有高質(zhì)量、高性能和高合金化的特點，因此具有強大的生命力。

除軍事裝備上的應(yīng)用外，開始主要集中用于車輛的關(guān)鍵部件上，例如，用于汽車輪轂，可提高性能、減輕重量、降低廢品率。半固態(tài)金屬鑄造工藝被認為是21世紀最具發(fā)展前途的近凈成形和新材料制備技術(shù)之一。新工藝—半固態(tài)成形技術(shù)液態(tài)金74

新工藝—激光拼焊技術(shù)

采用激光能源，將若干不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂層的鋼材、不銹鋼材、鋁合金材等進行自動拼合和焊接，形成一塊整體板材、型材、夾芯板等，以滿足零部件對材料性能的不同要求，以最輕的重量、最優(yōu)結(jié)構(gòu)和最佳性能實現(xiàn)裝備輕量化。激光拼焊板已廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)，不僅降低整車的制造成本、物流成本、整車重量、裝配公差、油耗和廢品率，而且可以減少外圍加強件數(shù)量，簡化裝配步驟，同時使車輛的碰撞能力、沖壓成型率和抗腐能力提高。新工藝—激光拼焊技術(shù)采用激光能源75新工藝—激光拼焊板的應(yīng)用新工藝—激光拼焊板的應(yīng)用76

新工藝—冷金屬過渡技術(shù)冷金屬過渡技術(shù)是將送絲運動與熔滴過渡過程進行數(shù)字化協(xié)調(diào)焊接。電弧燃燒過程中，焊絲向熔池方向運動，當焊絲與熔池接觸時，電弧熄滅，短路接觸時，焊絲回抽幫助熔滴脫落，保持很小的短路電流，焊絲再向熔池方向運動，冷金屬過渡過程重復進行。熱量輸入量大幅降低，可以焊接承受熱容量低的基材，實現(xiàn)鋼與鋁焊接以及0.3mm以上薄板的無飛濺、高質(zhì)量MIG/MAG熔焊和MIG釬焊。新工藝—冷金屬過渡技術(shù)冷金屬過渡77

新工藝—冷金屬過渡技術(shù)