汽车常用的几种金属材料

知识点：汽车常用的几种金属材料

黑色金属各种钢板铁板等有色金属铝合金镁合金钛合金泡沫合金板非金属玻璃塑料高分子纤维复合材料汽车制造企业在车身生产中开始逐步使用新材料。有些是采用了合金钢、高强度钢和超高强度钢作为车身材料，还有些车身局部或整体采用了铝质板材，修复这些采用特殊钢质板材或铝质板材的事故车时，采用正确的修复工艺对车辆进行修复，才能保证特殊材料车身的修复质量。一、材料的类型二、适用于车身制造的钢的分类按照其拉伸强度分类拉伸强度钢分类生产工艺普通钢小于300MPa深冲钢轧制高强度钢300-480MPa烘烤硬化钢烘烤硬化350-730MPa微合金钢各向同性钢晶粒细化和沉淀硬化340-480MPa磷钢无间隙钢（IF钢）固溶淬火（硬解）高强度钢500-600MPa双相钢（DP钢）硬化过程600-800MPa相变诱发塑性钢（TRIP钢）硬化过程超高强度钢>800MPa多相钢（CP钢）硬化过程超高强度热成型钢>1000MPa马氏体钢硬化过程使用性能：指各个零件或构件在正常工作时金属材料应具备的性能，它决定了金属材料的应用范围、使用的可靠性和寿命。包括力学性能、物理性能、化学性能。例如：镀锌薄钢板广泛应用在汽车上，这是因为它有良好的抗腐蚀能力。采用的镀锌钢板厚度从0.5至3.0毫米，其中车身复盖件多用0.6至0.8毫米的镀锌钢板。德国奥迪轿车的车身部件绝大部分采用镀锌钢板（部分用铝合金板），美国别克轿车采用的钢板80%以上是双面热镀锌钢板，上海帕萨特车身的外复盖件采用电镀锌工艺，内复盖件内部采用热镀锌工艺，可以使车身防锈蚀保质期长达11年。三、汽车车身金属材料的性能要求工艺性能：指金属材料在冷、热加工过程中应具备的性能，它决定了金属材料的加工方法。包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能。如图所示的晶格显示了晶体结构内任意选定的一个截面。插图中用黄色标出的原子显示了晶体结构的一个基本单元–这里为简单立方体结构。简单立方体结构。四、钢板的组织构成与性能提高的方法什么是晶体？晶体有固定的熔点,在熔化过程中,温度始终保持不变。如:冰,海波,各种金属等。体心立方晶体：八个金属离子处于立方体的角上。另外一个金属离子处于立方体的中心。金属有：铬、钼、钒、钨以及低于900°C的铁。面心立方晶体：金属离子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。有铅、铝、铜、镍和温度高于900°C的铁。密排六方晶格：在正六面柱体的各顶点和上下面中心各有一个金属离子。在正六面柱体内还有3个金属离子。具有这种晶格的金属有：镁、钛、锌。体心立方面心立方密排六方晶格1.金属晶体形式与晶体结构的改变金属晶体形式主要分为三种：替代铁素体原子的替代原子（如：磷）这种各向同性钢的最低拉伸强度在300到400MPa之间，最小屈服强度在260到550MPa之间。2.提高钢性能的方法溶在铁原子之间的合金材料（如：碳和氮）1）通过固溶硬化提高钢强度烘烤硬化钢的最低拉伸强度在300到480MPa之间，最小屈服强度在180到360MPa之间。烘烤硬化钢用于车身外饰（如车门、发动机罩、行李箱盖、前挡泥板和车顶）和重要的结构件（门柱或纵梁的加强件）。由于弹性极限较高，恢复原形时需要较高的力。由于其低合金性能，很容易进行焊接。2）通过烘烤硬化提高强度3）通过硬质相提高金属强度钢通过硬质相提高其强度，形成所谓的“多相钢”，其强度通过“硬化”和“软化”过程（即多相）到达不同的微晶机构。硬化和软化部件，通过各自不同的淬火完成。多相钢的强度范围在500到1400MPa之间。多相钢多相体钢分为下列几种：多相钢具有高钢性、高能量吸收、高抗变形力的特点。最常用的特性是其高能量吸收性，同时保证组件不变形，B柱强度及下横梁的强度。这种钢板的恢复难度比较大，一般应该直接更换部件。但是其有最优的焊接性能。DP钢（双相钢）TRIP钢（相变诱发塑性钢）CP钢（多相钢）MS钢（马氏体钢）3.汽车中常用的钢“DP”（双相）钢DP钢有很高强度和很好的抗变形性能，其抗拉强度在500到600MPa之间。“双相钢”含有0.12%的碳、0.5%的硅和1.46%的锰。“Trip”（相变诱发塑性）钢TRIP钢强度和成形性之间的结合非常好，抗拉强度Rm在600到800MPa之间。“Trip”钢的结构中含有最多20%的残余奥氏体。残余奥氏体会在以后的变形过程中转化为马氏体，并实现凝固。TRIP钢一般含有0.15-0.4%碳、1-2%硅和0.5-2%的锰。“CP”（多相）钢CP钢为高强度钢到超高强度钢转变的标志，其拉伸强度Rm超过800MPa。CP钢具有高能量吸收性和高抗变形力。CP钢含碳量很低，低于0.2%，并含有微合金元素如：锰、硅、钼和硼。“MS”（马氏体）钢MS钢属于超高强度钢。其抗拉强度Rmv从1000MPa到1400MPa以上。由于材料特性的偏差危险，应尽可能减少铁素体含量，通过合金锰、钡和铬达到需要的晶体转换。通过含碳量控制其强度。低碳钢300mpa高强度钢550mpa超高强度钢1000mpa铝合金塑料五、车身材料构成铝合金系列合金元素热处理与否特征用途5xxx铝-镁Al-Mg非热处理型在所有非热处理铝合金中，此种合金强度最强，且焊接性及耐腐蚀性都很好。抗蚀，易于焊接，易于成型/加工使用于建材、船舶和汽车熔接结构材6xxx铝-镁-硅Al-Mg-Si热处理型此种合金强度强、耐腐蚀性佳且具有抗压性。良好的加工性，防蚀使用于建筑材料中的窗框与汽车外板件7xxx铝-锌-镁Al-Zn-Mg热处理型此热处理合金是最强的铝合金使用于汽车和机车的车架和保险杆加强梁8xxx其它种铝合金──特殊用途用于汽车制造的铝合金材料类型1.载荷：零件和工具在使用过程中所受的力，按作用方式不同，可分为拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等，又可分为静载荷和动载荷。2.静载荷——力的大小不变或变化缓慢的载荷。如静拉力、静压力等。3.动载荷——力的大小和方向随时间而发生改变。如冲击载荷、交变载荷、循环载荷等。4.应力：材料在任一时刻所受的力除以横截面积之商。用“σ”表示。5.变形：金属在外力的作用下尺寸和形状的变化，“弹性变形”和“塑性变形”6.弹性变形——去除外力后，物体能完全恢复原状的变形。7.塑性变形——当外力取消后，物体的变形不能完全恢复，而产生的永久变形。六、力学概念力学性能是指在力的作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力—应变关系的性能，通俗地讲是指材料抵抗外力引起的变形和破坏的能力。金属材料的力学性能主要有：刚度、强度、弹性、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度和疲劳强度等。力学性能金属材料的刚度、强度、弹性、塑性是通过拉伸实验来测定的，标准试样如图所示，把试样安装在拉伸试验机上，并对试样施加一个缓慢增加的轴向拉力，试样产生变形，直至断裂。拉伸实验拉伸试样1.强度：材料在力的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。分为抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度等。2.塑性：塑性是金属在外力作用下能稳定地改变自己的形状和尺寸，而各质点间的联系不被破坏的性能。塑性：指金属材料在静载荷作用时，在断裂前产生塑性变形的能力，反映材料塑性的力学性能指标有延伸率δ和断面收缩率Ψ。弹性极限：金属材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值，单位MPa。即：试样发生完全弹性变形的最大载荷（N）；试样的原始横截面积（mm2）。式中3.弹性什么是拉伸曲线：描述构件应力与应变的曲线屈服极限σs

：开始产生屈服现象时的应力称为屈服点，其含义指在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力，也即材料抵抗微量塑性变形的能力。条件屈服极限：有些塑性较低的材料没有明显的屈服点，难于确定产生塑性变形的最小应力。规定当试样产生0.2%的塑性变形时所对应的应力σ0.2作为材料开始产生明显塑性变形时的屈服强度，称为条件屈服极限。试样发生屈服时的载荷（N）；试样的原始横截面积（mm2）。式中抗拉强度σb:当负荷继续增加超过s点后，变形量随着负荷的增加而急剧增加，当负荷超过b点，变形集中在试样的某一部位上，试样在该部位出现缩颈现象，拉伸变形集中在缩颈处。继续施加负荷，试样断裂。材料断裂前所承受的最大应力，即为抗拉强度（强度极限）。试样被拉断前所承受的最大载荷（N）；试样的原始横截面积（mm2）。式中钢材的屈服强度与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越小，结构零件的可靠性越高。延伸率：指试样拉断后其标距长度的相对伸长值。即：断面收缩率：指试样拉断后缩颈处横截面积的最大相对收缩值。

硬度指金属材料抵抗外物压入其表面的能力，也是衡量金属材料软硬程度的一种力学性能指标。工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。4.硬度布氏硬度洛氏硬度维氏硬度疲劳现象：在循环力或交变力作用下工作的，尽管这种应力远小于材料的屈服点，但经一定循环次数后断裂的现象交变应力（周期性应力）：应力的大小、方向周期性变化。有对称周期性应力和非对称周期性应力。疲劳：构件在低于屈服强度的交变应力作用下，经过较长时间工作而发生突然断裂，无明显的塑性变形的现象。疲劳断裂原因：由于零件中存在疲劳源（如裂纹、夹杂、刀痕等缺陷），在循环力或交变力作用下疲劳源处产生疲劳裂纹，并不断扩展，导致零件即发生突然断裂。5.疲劳强度韧性：韧性是