汽车工程材料分类

1、 十种汽车材料汽车工程材料分类复合材料在传统汽车上，只有1%的汽油用于运送乘客，其余都用于驱动汽车本身运动。所以降低汽车驱动运动的能量对于节省汽油十分有利。复合材料主要用于发动机罩、翼子板、车门、车顶板、导流罩、车厢后挡板等，甚至出现了全复合材料的卡车驾驶室和轿车车身。解决方案：提高燃油效率+减轻汽车自重方案一：采用轻质的碳复合材料取代钢铁，这种材料已经用于制造网球拍和高尔夫球球棒。 碳纤维的汽车能减轻一半以上的重量，因而燃油的效率也将提高一倍，也就是说使用同等重量的燃油可以运行以前两倍的距离。而且碳纤维汽车在碰撞后能保护乘客，因为材料会破碎成很小的碎片，从而减缓了撞击，这也是减轻汽车重量的好

2、处之一。Fiberforge公司主管赖特-戴维斯（Dwight Davis）表示：“碳纤维汽车的碎片在经过缓冲器后已经失去了大部分能量，因此不会给用户造成很大的伤害。”复合材料特征：1、复合材料是多相体系（由两种或两种以上的不同物质组成）； 2、它们的组合必须具有复合效果（即复合材料比单一组成的材料具有更好的综合性能），从而实现强强联合。/view/d050270d6c85ec3a87c2c567.html复合材料主要由增强材料和基体材料两大部分组成；增强材料：在复合材料中不构成连续相赋于复合材料的主要力学性能，如玻璃钢中的玻璃纤维，CFRP（碳纤维增强塑料）中的碳纤维素就是增强材料。基体：构

3、成复合材料连续相的单一材料如玻璃钢（GRP）中的树脂（环氧树脂）就是基体。按基体不同，复合材料可分为三大类：树脂复合材料金属基复合材料无机非金属基复合材料，如陶瓷基复合材料。工艺一、 聚合物基复合材料成型加工技术 手糊成型（hand lay up） /blog/static/114899002201011851232866/手糊成型示意图依次在模具表面施加脱模剂胶衣一层粘度为一层粘度为0.3-0.4PaS的中等活性液体热固性树脂(须待胶衣凝结后)一层纤维增强材料(玻纤、芳纶、碳纤维.)，纤维增强材料有表面毡、无捻粗纱布(方格布)等几种。以手持辊子或刷子使树脂浸渍纤维增强材料，并驱除气泡，压实基

4、层。铺层操作反复多次，直到达到制品的设计厚度。树脂因聚合反应，常温固化。可加热加速固化。(2)原材料树脂 不饱和聚酯树脂、已烯基酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。纤维 玻纤、碳纤、芳纶等。虽然厚的芳纶织物难于手工将树脂浸透，亦可用。芯材 任意。(5)典型产品舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳体、建筑模型。2、树脂传递成型(RTM)/blog/static/114899002201011851232866/ 树脂传递成型示意图RTM是一种闭模低压成型的方法。将纤维增强材料置于上下模之间；合模并将模具夹紧；在压力下注射树脂；树脂固化后打开模具，取下产品。树脂胶凝过程开始前，必须让树脂充满模腔，压

5、力促使树脂快速传递到模个内，浸渍纤维材料。RTM是一低压系统，树脂注射压力范围0.4-0.5MPa,当制造高纤维含量(体积比超过50%)的制品，如航空航天用零部件时，压力甚至达0.7MPa。纤维增强材料有时可预先在一个模具内预成型大致形状(带粘结剂)，再在第二个模具内注射成型。为了提高树脂浸透纤维能力，可选择真空辅助注射(VARI-vacuum saaistedrsin injection)。注意树脂一经将纤维材料浸透，树脂注口要封闭，以便树脂固化。注射与固化可在室温或加热条件下进行。模具可以复合材料与钢材料 制作。若采用加热工艺。宜用钢模。(2)原材料树脂：一般多用环氧、不饱和聚酯、乙烯基脂

6、及酚醛；当加温时，高温树脂台双马列来酰亚胺树脂亦可用。法国 Vetrotex公司开发了热塑性树脂RTM。纤维：任意。常用玻纤连续毡、缝编材料(其纤维间的缝隙得于树脂传递)、无捻粗纱布；玻纤与热塑性塑料的复合纱及其织物与片材(法国Vetrotex商品名TWINTEX)。芯材：不用蜂窝，因蜂窝空格全被树脂填满，压力会导致其破坏。可用耐溶剂发泡材料PU、PP、CL、VC等。(5)典型产品小型飞机与汽车零部件、客车座椅、仪表壳3、纤维缠绕(FW) /blog/static/114899002201011851232866/纤维缠绕示意图通常采用直接无捻粗纱作为增强材料。粗纱排列在纱架上。粗纱自纱架上退

7、绕，通过张力系统、树脂槽、绕丝嘴，由小车带动其往复移动并缠绕在回转的芯轴(模)上。纤维缠绕角度与纤维排列密度根据强度设计，并由芯轴(模)转速与小车往复速度之比，精确地控制。固化后将缠绕的复合材料制品脱模。对某些两端密闭的产品不用脱模，芯模即包在复合材料产品内，作为内衬。(2)原材料树脂：任意。环氧、不饱和聚酯、乙烯基脂及酚醛树脂。纤维：任意。无捻粗纱、缝编和无纺织物。生产管罐时，常用表面毡、短切原丝作为内衬材料。芯材：可用。虽然复合材料制品通常是单一壳体，一般不用。典型产品 管道、贮罐、气瓶(消防呼吸气瓶、压缩天然气瓶等)、固体火箭发动机壳体。4、RIM(Reaction Injection

8、Molding-反应注射成型) /blog/static/114899002201011851232866/图5RIM示意图(1)概要将两种或两种以上的组分在混合区低压(0.5MPa)混合后，即在低压(0.5-1.5MPa)下注射到闭模中反应成型，此即为工艺过程。若组分一为多元醇，一为异氰酸酯，则反应生成聚氨酯 。为增加强度，可直接在一种组分内行加入磨碎玻纤原丝和(或)填料。弈可采用长纤维(如连续纤维毡、织物、复合毡、短切原丝等的预成型物等)增强，在注射前，将长纤维增强材料预先置模具内。用此法可得到高力学性能的制品。这种工艺称为SRIM(Structural Reaction Injectio

9、n Molding-结构反应注射成型)。(2)原材料树脂：常用聚氨酯体系或聚氨酯/脲混合体系；亦可采用环氧、尼龙、聚酯等基本；纤维：常用长0.2-0.4mm的磨碎玻璃纤维；芯材：不用。(5)主要产品汽车仪表盘、保险杠、建筑门、窗、桌、沙发、电绝缘件。5、拉挤成型 (Pultrusion)(1)概要主要采用玻璃纤维无捻粗纱(使用前预先放置在纱架上)，它提供纵向(沿生产线方向)增强。其它类型的增强有连续原丝毡、织物等，它们补充横向增强，表面毡则用于提高成品表面质量。树脂中可加入填料，改进型材料性能(如阻燃)，并降低成本。拉挤成型的程序是1)使玻璃纤维增强材料浸渍树脂；2)玻璃纤维预成型后进入加热模

10、具内，进一步浸渍(挤胶)、基本树脂固化、复合材料定型；3)将型材按要求长度切断。现在已有变截面的、长度方向呈弧型的拉挤制品成型技术。拉挤成型将增强材料浸渍树脂有两种方式：胶槽浸渍法：通常采用此法，即将增强材料通过树脂槽浸胶，然后进入模具。此法设备便宜作业性好，适于不饱和聚酯树脂，乙烯基酯树脂。注入浸渍法：玻纤增强材料进入模具后，被注入模具内的树脂所浸渍。此法适于凝胶时间短、粘度高、生产附产物的树脂基体，如酚醛、环氧、双马来酰亚胺树脂。注入浸渍法/blog/static/114899002201011851232866/(2)原材料树脂：常用不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂；纤维

11、：拉挤用玻璃纤维无捻粗纱、连续毡、缝编毡、缝编复合毡、织物、玻纤表面毡、聚酯纤维表面毡等；芯材：一般不用，现有以PU发泡材料为芯材，外为连续拉挤框型型材，作为保温墙板的。(3)典型产品建筑屋顶横梁、椽子、门窗框架型材、墙板、石油开采抽油杆、帐篷竿、梯子、桥梁、工具把、手机微波站罩壳、汽车板簧、传动轴、电缆管、光纤光缆芯、钓鱼竿、隔栅、汽车空调器罩、扩轨罩。 6、真空袋法法成型(Vacuum bag process)/blog/static/114899002201011851232866/真空袋法成示意图此法是手糊法与喷射法的延伸。将手糊或喷射好的积层在树脂的A阶段与模具在一 起，在积层上覆以

12、HYPERLINK /cat_1210011.html橡胶袋，周边密封，在后用真空泵抽真空，积层从而受到不大于1个气压的压力，而被压实、成型。(2)原材料树脂：主要采用环氧树脂、酚醛树脂。不饱和聚酯树脂与乙烯基酯树脂则因真空泵将树脂中的苯乙烯(交联剂)过度抽出，可能会造成问题，故一般不用；纤维：同手糊法；芯材：任意。(3)典型产品艇、赛车、芯材粘结、飞机鼻锥雷达罩、机翼、方向舵。金属基复合材料成型加工技术金属基复合材料的成型加工技术因基体材料的不同而不同，一般有以下几种铸造方法：压力铸造法、机械搅拌法、喷射分散法、离心铸造法、中间合金法、涂覆铸造法、渗透铸造法。喷射分散法：一般用于航空航天工业

13、。用粉末冶金工艺，铝和铝锂复合材料通过充填陶瓷颗粒可以提高强度、模量和耐热性。Cospray工艺是在威尔士大学于1969年前推出的Cosprey工艺的基础上发展出来的。后者是将熔融的铝喷到模板上，集聚沉积成锭块，而新工艺则可使整块锭的性能保持恒定。通过对整个喷雾沉积过程进行控制，可以制造出具有均匀一致的显微结构的材料，并可使增强颗粒在铝复合材料中分布的均匀一致。 铸造凝固复合法是在基体处于熔融状态下进行的复合的方法，主要有铸造法、加压或非加压含浸法以及原生（in-situ）复合法。粉末冶金复合法是颗粒强化复合材料的最常用的制备方法。其工艺过程见图3-6。搅拌法：通过高速旋转的搅拌使金属液产生漩

14、涡，然后向旋涡中逐渐投入颗粒，使其分散。 三、 陶瓷基复合材料加工技术纤维增强陶瓷基复合材料的性能取决于多种因素，故在实际中针对不同的材料的制作方法也会不同，成型技术的不断研究与改进正是为了能获得性能更为优良的材料。目前采用的纤维增强陶瓷基复合材料的成型方法主要有以下几种：1 泥浆烧铸法：在陶瓷泥浆中把纤维分散，然后浇铸在石膏模型中。2 热压烧结法：将长纤维切短，然后分散并与基体粉末混合，再用热压烧结的方法及可制得高性能的复合材料。3 浸渍法：适用于长纤维。首先把纤维编织成所需形状，然后用陶瓷泥浆浸渍，干燥后进行焙烧。复合材料的应用福特公司所做的研究表明,复合材料可以将零部件的数量减为原来的8

15、0%,加工费用相对钢材降低60%,粘结费用相对焊接减少25%到40%。日产布尔巴特汽车前端板,用钢板制造时由20多个零件组成,而用复合材料只需7个零件。Audi 乘用车多功能支架、仪表板托架、座椅骨架、发动机护板、蓄电池托架均改用玻璃钢制造。形状记忆合金形状记忆合金在室温下非常柔软，极易变形，具有形状记忆功能。首先将其制成某一形状，并记住这一原始形状，然后施以变形呈另一形状，经加热再自行恢复到原来的形状，即所谓的形状记忆效应。典型的形状记忆合金是NiTi合金。在车辆上常用的为Ti50Ni50，它可用来制造风扇自动离合器、轮胎防滑钉、雾灯罩自动开闭装置、手动变速器、电磁阀、散热器护栅活门等。下图

16、所示为发动机冷却风扇离合器。/view/1c6b2572f242336c1eb95e41.html工艺1、 熔炼目前工业生产NiTi合金的主要方法有真空感应一次熔炼法(VIM)。真空自耗+真空感应熔炼法(VAR+VlM)和真空感应水冷铜坩埚熔炼法后者制备合金的成分均匀性好。但成材率低。合金成分及杂质(C、H、N、O)控制是熔炼合金面临的关键问题。可采用多次熔炼和高温均匀化来改善铸锭性能。通常铸锭经850880均匀化退火12h，再锻造开坯DI。锻造和热轧(铸锭开坯)镍钛基形状记忆合金具有较好的热加工性，可锻造、热挤、热轧、旋锻、拉拔等，生产各种规格的板、带、丝、棒、管。热旋锻和热拉丝通过热旋锻和

17、热拉丝或直接热拉丝能获得所需规格NiTi合金丝材。冷轧、冷拔和中间退火高强度钢板 含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高1525；良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20；具有良好的点焊性能；烘烤硬化冷轧钢板：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之一；冷轧双向钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强

18、度及高塑性的特点，经烤漆后强度可进一步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如车门加强板、保险杠等；超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢（C0.005）中加入适量钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提高钢板的强度。实现了深冲性与高强度的结合，特别适用于一些形状复杂而强度要求高的冲压零件。轻量化迭层钢板：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2565。与具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有57。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。工艺所用模具拉延模和整形模：模

19、具材料必须具备优异的抗磨损和抗黏着性能。切边模：模具材料必须具备优异的抗磨损和抗崩刃性能。合金类 铝合金：与汽车钢板相比，铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。德国HYPERLINK /car_brand/147/大众公司的新型HYPERLINK /car_brand/140/奥迪A2型轿车，由于采用了全铝车身骨架和外板结构，使其总质量减少了135kg，比传统钢材料车身减轻了43，使平均HYPERLINK /car_public/1/fuelcostrank_2.shtml#list=5,3,7油耗降至每百公里3升的水平。全新H

20、YPERLINK /car_serial/217/奥迪A8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50个减至29个，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60%，还比同类车型的钢制车身车重减少50%。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。根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将不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材料使其结构轻量化且具有良好的耐腐蚀性。铝合金已成为仅次于钢材的汽车用金属材料，能够为汽车提供各种铝合金铸件、冲压结构件和拉制的铝型材。铝合金主要用于制造发动机缸体、活塞、进气支管、气缸盖、变速器壳体、矫

21、车的骨架、车身、座椅支架、车轮等部件。镁合金：镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35，铝材密度的66。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的盐分中含 3.7%的镁。近年来镁合金在世界范围内的增长率高达20。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车门轻10kg，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

22、件，如前、后挡板、仪表盘、方向盘等。钛的比重为4.6g/cm3，仅是铁的1/2，但强度和硬度超过了钢，且不易生锈。用钛合金铸造的汽车发动机部件更轻、更坚固和更耐腐蚀，钛合金车身可以承受更大的作用力。泡沫合金板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。泡沫合金板种类繁多，除了泡沫铝合金板外，还有泡沫锌合金、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。 工程塑料中国工程塑料工

23、业普遍存在工艺落后、设备陈旧、规模小、品种少、质量不稳定的状况，而且价格高，缺乏市场竞争力。工程塑料在汽车上的应用仅相当于国外上世纪八十年代的水平。如上海桑塔纳轿车塑料用量仅为2.86kg/辆，红旗CA7228型轿车为2.4kg/辆，而日本轿车平均为14kg/辆，宝马则更高，为35.64kg/辆。但这种局面将很快被打破，由上海普利特复合材料有限公司投资新建、国内最大的汽车用高性能ABS工程塑料生产基地日前在上海建成投产。此项目引进了世界先进的工程塑料生成线和试验检测仪器等设备，形成了年产15,000吨高性能ABS工程塑料的能力。工程塑料用于汽车可实现轻量化和节能，且可回收和循环利用。目前六大类

24、的塑料：PP、PUR、PVC、ABS、PA和PE在汽车上得到广泛的应用，通常用于制造车身覆盖件、车门门褴、车身内外装饰件和水箱面罩、保险杠和车轮护罩等。陶瓷材料由于陶瓷本身具有的特殊力学性能以及对热、电、光等的物理性能，陶瓷材料特别是特种陶瓷在汽车上的应用日益受到人们的重视。我国已成功研制钛酸铝陶瓷-铝合金复合排气管、氮化硅陶瓷柴油机涡轮增压转子和球轴承等汽车部件。汽车的构造材料可反映人类所应用材料的技术水平。目前，6 类主要材料如钢铁塑料铝橡胶玻璃共占轿车质量的90%，其余10%为其他多种材料，包括有色金属（铜、铅、锌、锡等），车中装备的液体（燃油、润滑剂、其他油品和水基液等）， 油漆、纤维

25、制品。如富康轿车用料为钢55%，铸铁12%，塑料12%，铝6%，橡胶3%。常见汽车材料的构成如下图所示。/auto/lbx/cycl.jpg八、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，如车身外板、车门、车架、保险杠、座椅框架等。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50%60%，且易于冲压成型。

26、 超塑形材料这种具有象拉面般柔软的金属叫做超塑性合金。最初发现的超塑性合金是锌与22铝的合金。1920年，德国人ROSENHAIN在Zn-4Cu-7Al合金在低速弯曲时，可以弯曲近180。于是发现这种合金经冷轧后具有暂时的高塑性。工艺超塑性体积成形包括不同的方式（例如模锻、挤压等）。超塑性体积成形中模具与成形件处于相同的温度，因此它也属于等温成形的范畴，只是超塑性成形中对于材料，对于应变速率及温度有更严格的要求。柴油机连杆模锻件摩擦材料摩擦材料是一种以摩擦为主要功能、兼有结构性能要求的复合材料。汽车用摩擦材料主要是用于制造制动摩擦片和离合器片。这些摩擦材料主要采用石棉基摩擦材料，随着对环保和安

27、全的要求越来越高，逐渐出现了半金属型摩擦材料、复合纤维摩擦材料、陶瓷纤维摩擦材料。 由于摩擦材料在汽车上主要用于制造制动系和传动系的零件，要求有足够高的而且稳定的摩擦系数和较好的耐磨性。高分子材料塑料塑料根据加热后的情况又可分为热塑性塑料和热固性塑料。加热后软化，形成高分子熔体的塑料成为热塑性塑料。主要的热塑性塑料有聚乙烯（PE1）、聚丙烯（PP 2）、聚苯乙烯（PS 3）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，俗称有机玻璃 4）、聚氯乙烯（PVC 5）、尼龙（Nylon 6)、聚碳酸酯（PC 7）、聚氨酯（PU 8 ）、聚四氟乙烯（特富龙, PTFE 9）、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE 10

28、 )。 加热后固化，形成交联的不熔结构的塑料称为热固性塑料。常见的有环氧树脂11, 酚醛塑料, 聚酰亚胺,三聚氰氨甲醛树脂等。塑料的加工方法包括注射，挤出，膜压，热压，吹塑等等。工程塑料分类聚酰胺（PA）由于它独特的低比重、高抗拉强度、耐磨、自润滑性好、冲击韧性优异、具有刚柔兼备的性能而赢得人们的重视，加之其加工简便、效率高、比重轻（只有金属的1/7）、可以加工成各种制品来代替金属，广泛用于汽车及交通运输业。典型的制品有泵叶轮、风扇叶片、阀座、衬套、轴承、各种仪表板、汽车电器仪表、冷热空气调节阀等零部件，大约每辆汽车消耗尼龙制品达3.64千克。聚酰胺在汽车工业的消费比例最大，其次是电子电气。

29、聚碳酸酯（PC）虽为热塑性树脂，但其既具有类似有色金属的强度，同时又兼备延展性及强韧性，它的冲击强度极高，用铁锤敲击不能被破坏，能经受住电视机荧光屏的爆炸。聚碳酸酯的透明度又极好，并可施以任何着色。由于聚碳酸酯的上述优良性能，已被广泛用于各种安全灯罩、信号灯，体育馆、体育场的透明防护板，采光玻璃，高层建筑玻璃，汽车反射镜、挡风玻璃板，飞机座舱玻璃，摩托车驾驶安全帽。用量最大的市场是计算机、办公设备、汽车、替代玻璃和片材，CD和DVD光盘是最有潜力的市场之一。 聚甲醛（POM）被誉为“超钢”，这是由于它具有优越的机械性能和化学性能，因此它可用作许多金属和非金属材料所不能胜任的材料，主要用作各种精密度高的小模数齿轮、几何面复杂的仪表精密件、自来水龙头及爆气管道阀门。我国使用聚甲醛用于农业喷灌机械上，可以节省大量铜材。 聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）是一种热塑性聚酯，非增强型的PBT与其它热塑性工程塑料相比，加工性能和电性能较好。PBT玻璃化温度低，模具温度在50时即可迅