汽车轻量化及轻金属材料

1、汽车轻量化及轻金属材料汽车轻量化及轻金属材料吉林大学材料科学与工程学院主讲：曹占义汽车的历史、现状和未来176919081980109年代年代年产量年产量为什么要发明汽车？为什么要发明汽车？为什么要生产汽车（商品）？为什么要生产汽车（商品）？现在生产什么样的汽车？现在生产什么样的汽车？将来生产将来生产什么样的什么样的汽车？汽车？2010102106108汽车产品的汽车产品的工程问题和工程问题和科学问题科学问题汽车材料的汽车材料的工程问题和工程问题和科学问题科学问题汽车的汽车的汽油机汽车汽油机汽车19081908年采用大量生产方式生产的福特年采用大量生产方式生产的福特T T型汽车型汽车 汽车工业

2、发展里程碑汽车工业发展里程碑规模化生产规模化生产Henry Ford (18631947)给世界装上轮子的人给世界装上轮子的人福特少年时家境贫寒，福特少年时家境贫寒，1879年去底特律年去底特律学徒，作过多年的钟表和汽车修理工。学徒，作过多年的钟表和汽车修理工。1893年制成双缸汽油机卡车年制成双缸汽油机卡车,同年同年,被聘任被聘任爱迪生照明公司的总工程师。爱迪生照明公司的总工程师。1899年福年福特组建底特律汽车公司。特组建底特律汽车公司。1903年他又建年他又建立福特汽车公司，立福特汽车公司，19031907年先后生年先后生产产A、C、N和和R型汽车。型汽车。1906年福特取得公司的大部分

3、股份并任年福特取得公司的大部分股份并任经理。经理。1913年建立了汽车装配流水线。年建立了汽车装配流水线。福特开创的标准化、专业化生产协作和福特开创的标准化、专业化生产协作和大量生产管理经验，对大量生产管理经验，对20世纪早期的世世纪早期的世界工业发展产生了重大影响。界工业发展产生了重大影响。 未来的汽车n造什么样的车？n大家（目标用户）想买什么样的车？n消费观念（安全、舒适、节能）n社会责任（环保）n信息化社会的智能化车汽车的历史、现状和未来176919081980109年代年代年产量年产量为什么要发明汽车？为什么要发明汽车？为什么要生产汽车（商品）？为什么要生产汽车（商品）？现在生产什么样

4、的汽车？现在生产什么样的汽车？将来生产将来生产什么样的什么样的汽车？汽车？2010102106108线控车线控车AUTOnomy概念车概念车轻量化_汽车（运输工具）发展的永恒主题n轻量化的意义？(单车的有效载荷、单位能耗的有效运输能力) 结构轻量化_设计和工艺问题_结构刚度和强度问题 材料轻量化_材料设计问题_材料的比刚度和比强度问题 轻量化的“效率”问题结构轻量化结构轻量化材料轻量化加载方式对杆件的比刚度和比强度的影响加载方式比刚度比屈服强度拉杆E/Y /扭转杆或管G1/2/ Y2/3 /弯-压杆或管E1/2/弯板E1/3/Y1/3/压板(纵向)E1/3/圆柱缸受内压或旋转缸体E/Y /球体

5、容器受内压E(1-)/Y /材料轻量化材料轻量化 汽车材料n用什么材料造车？（车用结构材料和功能材料）n用什么材料维护和使用车？（运行和消耗材料）n用什么工艺材料去加工车用零部件？（工艺材料）n用什么方法回收和利用旧车？汽车材料构成的沿革The structural materials in the average car运行材料：1. 油料2. 溶液3. 维修保养材料Audi A6轿车材料构成轿车材料构成材料占总用材比例材料占总用材比例钢铁58.3 玻璃2.6塑料17.1 天然材料0.6铝11.6 铜铅等2.1镁1.2 其它0.9橡胶5.6 合计100ULSAB-AVC车身用钢情况：车身用钢

6、情况：汽车用高强度钢的品种汽车用高强度钢的品种1.低碳钢（低碳钢（Mild-Mild Steel）2.无间隙原子钢（无间隙原子钢（IF-Interstitial-free）3.各向同性钢各向同性钢（IS-Isotropic）4.烘烤硬化钢烘烤硬化钢（BH-Bake Hardenable）5.低合金高强度钢（低合金高强度钢（HSLA-High Strength Low Alloy）6.双相钢（双相钢（DP-Dual Phase)7.复相钢复相钢（CP-Complex Phase）8.相变诱发塑性钢（相变诱发塑性钢（TRIP-Transformation-induced Plasticity）9.

7、马氏体钢（马氏体钢（Mart-Martensite）轻金属及其合金材料内涵n密度在5 g/cm3以下，密度明显低于钢铁、铜及其合金等常用材料的金属材料。n常用轻合金材料是以轻金属为基础的合金材料，包括：n铝及其合金n镁及其合金n钛及其合金n铍、锂及其合金均属于均属于有色金属材料范畴有色金属材料范畴汽车轻合金材料开发项目本课题组在汽车铝合金方面的研究工作成果开发的零件 汽车驱动系中镁合金典型零部件汽车驱动系中镁合金典型零部件福特变速箱福特变速箱福特发动机缸福特发动机缸体体大众发动机大众发动机缸体缸体 福特发动机网格划分图福特发动机网格划分图镁和镁合金材料_纯镁特性纯镁特性元素符号：元素符号：Mg

8、自由电子中各轨道电子状态：自由电子中各轨道电子状态：1s22s22p63s2同位素原子同位素原子78.99%Mg24 ,10.00%Mg25 ,11.01%Mg25相对原子质量：相对原子质量：24.3050原子体积：原子体积：14.0 cm3/mol晶体结构：密排六方晶体结构：密排六方( a=0. 32092, c=0.52105 )镁和镁合金材料_纯镁性质纯镁性质密度：密度：1.738 g/cm3 (20C)1.65 g/cm3 (650C, 固态固态)1.58 g/cm3 (650C, 液态液态)力学性能：力学性能：弹性模量弹性模量 (纯纯) 44 GPa(动态动态), 40 GPa(静态

9、静态) 弹性模量弹性模量 (99.8%) 45 Gpa (动态动态), 43 Gpa (静态静态)零件已经应用5年内应用510年应用10年后应用发动机下支架轮毂(5件/车)悬架支撑臂(前、后)合计质量（公斤）00463034整车合计质量（公斤）25345728424554德国大众公司已经应用和将要应用镁合金零部的名细表德国大众公司已经应用和将要应用镁合金零部的名细表底盘底盘汽车轻合金材料开发项目本课题组开发的镁合金汽车零部件本课题组开发的镁合金汽车零部件序号零件名称单重（kg）车型年装车量（万辆）铸件产量（吨）1缸盖罩盖1.2 红旗轿车3362缸盖罩盖4 解放卡车124803缸盖罩盖1.2 解放轻卡4484缸盖罩盖1 解放微型车6605正时齿轮罩盖0.5 红旗轿车3156正时齿轮罩盖0.5 解放厢式车2107发动机支架1 红旗轿车3308压缩机支架1 红旗轿车3309离合器支架1.5 红旗轿车345合计761国内外汽车材料开发主导项目本课题组开发的镁合金汽车零部件本课题组开发的镁合金汽车零部件序号零件名称单重（kg）车型年装车量（万辆）铸件产量（吨）1缸盖罩盖1.2 红旗轿车3362缸盖罩盖4 解放卡车124803缸盖罩盖1.2 解放轻卡4484缸盖罩盖1 解放微型车6605正时齿轮罩盖0.5 红旗轿车3156正时齿轮罩盖0.5 解放厢式车2107