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1、新型汽车材料应用1金属材料教研室21.1.汽车材料的种类汽车材料的种类制造零部件材料制造零部件材料变速箱齿轮变速箱齿轮 汽车上每个零部件的生产制造都涉及到材料问题。 据统计，汽车上的零部件约2万多个，从汽车的设计、选材、加工制造，到汽车的使用、维修和养护无一不涉及到材料。31.1.汽车材料的种类汽车材料的种类-汽车运行材料汽车运行材料汽车运行材料汽车运行材料-汽油汽油汽车运行材料汽车运行材料-润滑油润滑油41.1.汽车材料的种类汽车材料的种类制造零部件材料制造零部件材料 金属材料 非金属材料复合材料 黑色金属 有色金属 (Cu(Cu、AlAl、TiTi、Mg Mg ) ) 钢 铸铁 高分子材料

2、 陶瓷材料52.2.汽车发展对材料的要求汽车发展对材料的要求除满足强度和使用寿命的要求外，除满足强度和使用寿命的要求外，还应满足性能、外观、安全、价格还应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。、环保、节能等方面的需要。自自19781978年世界爆发石油危机以来，年世界爆发石油危机以来，作为轻量化材料的高强度钢板、表作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升，有色金属材面处理钢板逐年上升，有色金属材料总体有所增加，其中，铝的增加料总体有所增加，其中，铝的增加明显；非金属材料也逐步增长，近明显；非金属材料也逐步增长，近年来开发的高性能工程塑料、复合年来开发的高性能工程塑料、复合

3、材料，不仅替代了普通塑料，而且材料，不仅替代了普通塑料，而且品种繁多，在汽车上的应用范围广品种繁多，在汽车上的应用范围广泛。泛。在选择钢板厚度的时候主要考虑结构形状、刚度、强度、安全、重量、工艺等因素。汽车钢板主要分为结构钢材（例如前纵梁， B柱加强筋等）、表面钢板、底板/防火墙等。由于他们的作用不同，一般厚度也不同，大致范围如下：结构钢材1.5mm以上、表面钢板0.70.9mm、底板/防火墙一般在1.1mm以下。62.2.汽车发展对材料的要求汽车发展对材料的要求汽车发展产生的负面影响汽车发展产生的负面影响 能源问题能源问题: :发达国家汽车耗能占总能发达国家汽车耗能占总能耗的耗的40% 40

4、% 环境问题环境问题: :在城市汽车排放物占总污在城市汽车排放物占总污染物的染物的55%55%72.2.汽车发展对材料的要求汽车发展对材料的要求 减轻汽车自重减轻汽车自重 提高燃烧效率提高燃烧效率 采用无污染能源采用无污染能源 排放净化排放净化节能、减污染的措施节能、减污染的措施82.2.汽车发展对材料的要求汽车发展对材料的要求 满足减轻汽车自重、提高燃满足减轻汽车自重、提高燃烧效率的要求烧效率的要求 研究无污染能源、排放净化研究无污染能源、排放净化相关的材料相关的材料汽车材料研究发展方向汽车材料研究发展方向93.3.汽车材料的研究与发展趋势汽车材料的研究与发展趋势 传统材料的改进传统材料的改

5、进 钢铁材料改进工艺、提高比强度、开发新钢铁材料改进工艺、提高比强度、开发新品种品种 含磷固溶强化钢板含磷固溶强化钢板 烘烤硬化钢板（烘烤硬化钢板（BHBH） 无间隙原子钢板（无间隙原子钢板（IFIF） 奥贝球铁、蠕墨铸铁奥贝球铁、蠕墨铸铁 103.3.汽车材料的研究与发展趋势汽车材料的研究与发展趋势 开发应用高比强度的材料开发应用高比强度的材料 增加铝材在汽车上的应用增加铝材在汽车上的应用 发动机缸盖、变速箱壳体发动机缸盖、变速箱壳体 散热器、车轮、铝结构件散热器、车轮、铝结构件 底盘和悬挂系统底盘和悬挂系统 车身车身3.3.汽车材料的研究与发展趋势汽车材料的研究与发展趋势11来源：铝、镁合

6、金在东风商用车发动机中的应用3.3.汽车材料的研究与发展趋势汽车材料的研究与发展趋势12来源：铝、镁合金在东风商用车发动机中的应用据不完全统计，我国目前乘用车平均用铝合金量约为 125kg 左右， 较 10 年前 90kg 左右增长了35 kg，典型乘用车用铝合金零部件如表所示。3.3.汽车材料的研究与发展趋势汽车材料的研究与发展趋势13来源：铝、镁合金在东风商用车发动机中的应用14车身用新材料车身用新材料15日本日本美洲豹美洲豹全铝车身全铝车身XJ z “XJ”铝合金车体材的详细比例为，铝合金车体材的详细比例为，85%为板材，为板材，10%为冲压件，另外为冲压件，另外5%为铸件为铸件。z 板

7、材材质方面，外装嵌板、内装嵌板板材材质方面，外装嵌板、内装嵌板和结构嵌板分别采用的是和结构嵌板分别采用的是6111合金、合金、5182合金和合金和5457合金。合金。16日本美洲豹全铝车身日本美洲豹全铝车身XKz 所采用的铸件中，支撑车身侧面的防所采用的铸件中，支撑车身侧面的防撞支柱部分及车门前脸部分采用的是撞支柱部分及车门前脸部分采用的是真空模具铸造，支撑保险杠的金属零真空模具铸造，支撑保险杠的金属零件为砂型铸造。件为砂型铸造。z 冲压件方面，保险杠内的加固材料等冲压件方面，保险杠内的加固材料等采用采用7108-T6合金，车门防撞下梁（合金，车门防撞下梁（Impact Beam）采用）采用6

8、082-T6合金，合金，侧面车架前部及车顶纵梁（侧面车架前部及车顶纵梁（Roof Rail）等采用）等采用6036-T6合金，上侧车合金，上侧车门防撞梁等采用门防撞梁等采用6060-T4合金。合金。 17捷豹捷豹Advanced Lightweight Coupe z 铝合金构架车体结构的铝合金构架车体结构的XJ车系，让全球车系，让全球车迷都看到了车迷都看到了JAGUAR在轻量化合金车在轻量化合金车体技术上的进步。体技术上的进步。z 经过轻量化工程后的安全车体经过轻量化工程后的安全车体自重减轻自重减轻了了40%，同时同时车身强度车身强度也比传统钢制也比传统钢制提提高了高了60%。搭配。搭配V8

9、铝合金缸体引擎，铝合金缸体引擎，当然更重要的是轻量化车体保证了其卓当然更重要的是轻量化车体保证了其卓越的操控品质及生动的行路特性，从而越的操控品质及生动的行路特性，从而使之具备更具魅力的性能精髓。使之具备更具魅力的性能精髓。18高强度钢板高强度钢板z 从前的高强度钢板，拉延强度虽高于从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的低碳钢板，但延伸率只有后者的50，故只适用于形状简单、延伸深度不，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。大的零件。z 现在的高强度钢板是在现在的高强度钢板是在低碳钢内加入低碳钢内加入适当的微量元素适当的微量元素，经各种处理轧制而，经各种处理轧制而成，其抗

10、拉强度高达成，其抗拉强度高达420N/mm2，是，是普通低碳钢板的普通低碳钢板的23倍倍，深拉延性能，深拉延性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。轻量化的重要材料。19轻量化迭层钢板轻量化迭层钢板z 迭层钢板是在两层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为迭层钢板是在两层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.20.3mm，塑料层的厚度占总厚度的，塑料层的厚度占总厚度的2565。与具有同样刚度。与具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有的单层钢板相比，质量只有57。z 隔热防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。隔热

11、防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。20铝合金铝合金z与汽车钢板相比与汽车钢板相比，铝合金具有密度小（，铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。再生等优点，技术成熟。z德国大众公司的新型奥迪德国大众公司的新型奥迪A2型轿车，由于采用型轿车，由于采用了全铝车身骨架和外板结构，使其总质量了全铝车身骨架和外板结构，使其总质量减少了减少了135kg，比传统钢材料，比传统钢材料车身减轻了车身减轻了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、全新奥迪全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数量从液压成型部件，车身零件数量从50个减至个减至29个个，车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭，车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了转刚度提高了60%，还比同类车型的钢制车身，还比同类车型的钢制车身车重减少车重减少50%。由于所有的铝合金都可以回收。由于所有的铝合金都可以回收再生利用，深受环保人士的欢迎。再生利用，深受环保人士的欢迎。21铝合金铝合金 根据车身结构设计的需要，根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将不采用激光束压合成型工艺，将不同厚度的铝板或者用

13、铝板与钢板同厚度的铝板或者用铝板与钢板复合成型，再在表面涂覆防腐蚀复合成型，再在表面涂覆防腐蚀材料使其结构轻量化且具有良好材料使其结构轻量化且具有良好的耐腐蚀性。的耐腐蚀性。22镁合金镁合金z镁的密度为镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的，仅为钢材密度的35，铝材密度的，铝材密度的66。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。中得到了广泛的应用。z铸造镁合金的车门由成型铝材制成的门框和耐碰撞的镁合金铸造镁合金的车

14、门由成型铝材制成的门框和耐碰撞的镁合金骨架、内板组成。另一种镁合金制成的车门，它由内外车门骨架、内板组成。另一种镁合金制成的车门，它由内外车门板和中间蜂窝状加强筋构成，每扇门的净质量比传统的钢制板和中间蜂窝状加强筋构成，每扇门的净质量比传统的钢制车门轻车门轻10kg，且刚度极高。随着压铸技术的进步，已可以，且刚度极高。随着压铸技术的进步，已可以制造出形状复杂的薄壁镁合金车身零件，如前、后挡板、仪制造出形状复杂的薄壁镁合金车身零件，如前、后挡板、仪表盘、方向盘等。表盘、方向盘等。镁合金方向盘骨架23镁合金镁合金 德国宝马采用镁合金的直列德国宝马采用镁合金的直列6 6缸引擎。曲轴箱（缸引擎。曲轴箱

15、（Crank ShaftCrank Shaft）内部采用铝合金，而外部则采用镁内部采用铝合金，而外部则采用镁合金。合金。 新型引擎重新型引擎重161kg161kg，通过使用，通过使用镁合金等手段使重量降低了镁合金等手段使重量降低了7 7（10kg10kg）。曲轴自身重量在使用普通）。曲轴自身重量在使用普通铸铁时可控制到原来的铸铁时可控制到原来的57%57%，比使比使用铝合时轻用铝合时轻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，其特点是密度小，仅为0.40.7gcm3，弹性好，当受力压缩变形后，可凭自身的弹性恢复原料形状。z 泡沫合金板种类繁多，除了泡沫铝合金板外，还

16、有泡沫锌合金、泡沫锡合金、泡沫钢等，可根据不同的需要进行选择。由于泡沫合金板的特殊性能，特别是出众的低密度、良好的隔热吸振性能，深受汽车制造商的青睐。目前，用泡沫铝合金制成的零部件有发动机罩、行李箱盖等。 25蜂窝夹芯复合板蜂窝夹芯复合板z 蜂窝夹芯复合板蜂窝夹芯复合板是两层薄面板中间夹一层厚而极轻的蜂窝组成。根是两层薄面板中间夹一层厚而极轻的蜂窝组成。根据夹芯材料的不同，可分为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、玻璃纤维增强树据夹芯材料的不同，可分为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、玻璃纤维增强树脂蜂窝、铝蜂窝等；面板可以采用玻璃钢、塑料、铝板和钢板等材脂蜂窝、铝蜂窝等；面板可以采用玻璃钢、塑料、铝板和钢板等材料。由于蜂

17、窝夹芯复合板具有轻质、比强度和比刚度高、抗振、隔料。由于蜂窝夹芯复合板具有轻质、比强度和比刚度高、抗振、隔热、隔音和阻燃等特点，故在汽车车身上获得较多应用，热、隔音和阻燃等特点，故在汽车车身上获得较多应用，如车身外如车身外板、车门、车架、保险杠、座椅框架板、车门、车架、保险杠、座椅框架等。等。z 英国发明了一种以聚丙烯作芯，钢板为面板的薄夹层板用以替代钢英国发明了一种以聚丙烯作芯，钢板为面板的薄夹层板用以替代钢制车身外板，使零件质量减轻了制车身外板，使零件质量减轻了50%60%，且易于冲压成型。，且易于冲压成型。 26海绵铝板海绵铝板 z 德国卡尔曼德国卡尔曼(Karmann)公司开发了一种汽

18、车工业罕见而用于轿车车公司开发了一种汽车工业罕见而用于轿车车身的崭新材料身的崭新材料-作为轻金属一项革新应用的作为轻金属一项革新应用的海绵铝板海绵铝板。z 这种海绵铝板的两侧是铝薄板，中间充满了孔隙极多的铝质海绵。这种海绵铝板的两侧是铝薄板，中间充满了孔隙极多的铝质海绵。据称，其重量只有钢的一半，但其刚性却是钢的据称，其重量只有钢的一半，但其刚性却是钢的10倍。这种海绵夹倍。这种海绵夹心材料可以冲压成形。铝质海绵芯板要求在密闭模中进行二次加热心材料可以冲压成形。铝质海绵芯板要求在密闭模中进行二次加热，外皮保持完整，而内部则充满了气泡。其工艺比常规冲压复杂一，外皮保持完整，而内部则充满了气泡。其

19、工艺比常规冲压复杂一些，但仍比常见的轻质蜂窝板容易加工。些，但仍比常见的轻质蜂窝板容易加工。z 卡尔曼公司说，材料的刚性使海绵板特别适合做车身的承载结构，卡尔曼公司说，材料的刚性使海绵板特别适合做车身的承载结构，如如底板、驾驶室前壁、顶板、行李舱壁等底板、驾驶室前壁、顶板、行李舱壁等。其示范车身样品是该公。其示范车身样品是该公司过去向大众汽车公司提供的卡尔曼司过去向大众汽车公司提供的卡尔曼-弗亚弗亚(Karmann-Ghia) 车身的车身的一种最新变型，由轻质海绵铝板底和复合铝板外壳组成一种最新变型，由轻质海绵铝板底和复合铝板外壳组成 。27宝马宝马X5采用的铝镁缸体采用的铝镁缸体重量减轻重量

20、减轻30KG功率增加功率增加30KW油耗减少油耗减少3扭矩增加扭矩增加17铝铝镁镁28为法国为法国SORA公司为雷诺汽车公司开发的全公司为雷诺汽车公司开发的全复合材料轿车车身和重型卡车驾驶室复合材料轿车车身和重型卡车驾驶室 29z制造发动机罩制造发动机罩美国通用公司引进玻璃纤维增强的不饱和聚酯玻璃纤维增强的不饱和聚酯发动机罩显著点优显著点优：减轻重量（一般质量减轻1，油耗可降低12），降噪 良好的热稳定性、阻燃性；高分子材料在汽车动力系统中的应用进展30z制造发动机活塞、缸体制造发动机活塞、缸体以开孔的铝海绵为材料骨架，将液晶聚酯注塑在其中，形成树脂/金属复合体,具有导热率高，力学性能优异，质量减轻了4050）。高分子材料在汽车动力系统中的应用进展31z制造汽车凸轮轴制造汽车凸轮轴传统是用钢制造，生产工艺复杂；现在美国通用公司研制出聚苯硫醚/钢复合材料凸轮轴，减轻总量达50，并且缩短生产周期。高分子材料在汽车动力系统中的应用进展32z制造汽车油箱制造汽车油箱制造汽车油箱是工程塑料在发动机燃油系统中最大应用，通常汽车油箱由高密度聚乙烯吹塑制成。良好的阻渗性高分子材料在汽车动力系统中的应用进展33高强度纤维复合材料高强度纤维复合材料z 高强度纤维复合材料，特别是碳纤维复合材料（高强度纤维复合材料，特别是碳纤维复合材料（CFRP），因