【正文】 鉗等零部件。TSINGHUA UNIVERSITY二、鋁、鎂輕金屬的應(yīng)用狀況TSINGHUA UNIVERSITY鎂合金產(chǎn)業(yè)化表 1 – 作為我國(guó)汽車行業(yè)的第一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，其中長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)是，開展汽車輕量化材料應(yīng)用共性關(guān)鍵技術(shù)研究，攻克和自主掌握輕量化核心關(guān)鍵技術(shù)，提升汽車行業(yè)輕量化材料應(yīng)用水平。? 使用鋁鎂輕合金等有色金屬材料、塑料聚合物材料、陶瓷材料等密度小、強(qiáng)度高的輕質(zhì)材料，或者使用同密度、同彈性模量而且工藝性能好的截面厚度較薄的高強(qiáng)度鋼；– 采用先進(jìn)的制造工藝，使用基于新材料加工技術(shù)而成的輕量化結(jié)構(gòu)用材? 如連續(xù)擠壓變截面型材、金屬基復(fù)合材料板、激光焊接板材等。– 據(jù)測(cè)算，如汽車自重減少 50 kg，則每升燃油行駛距離可增加 1km；換言之，若自重減輕 10％，則燃油經(jīng)濟(jì)性可提高約 ％。– 認(rèn)為多材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)代表了今后汽車車身結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。– 彈性模數(shù)應(yīng)相對(duì)較低，以便與粗糙的熱變形的轉(zhuǎn)子相適應(yīng)。– 與轉(zhuǎn)子匹配，減緩整體失效，摩擦材料自身和支撐其鋼結(jié)構(gòu)之間的粘接很重要。? 趨勢(shì)：減輕簧下質(zhì)量，減少對(duì)道路的損壞；減少污染，改善總體汽車燃油消耗。– 應(yīng)耐磨，因?yàn)楦鼡Q摩擦塊或制動(dòng)蹄更容易、更便宜。– 應(yīng)該有較高的容積熱容量和良好的導(dǎo)熱性，以吸收和傳遞摩擦面產(chǎn)生的熱量，沒有過多的溫度升高。–在某些方面，成本和法規(guī)是主要因素。– 部件和產(chǎn)品的制造方法和規(guī)模對(duì)材料也有較大的影響。? 噪聲、振動(dòng)? 美學(xué)特點(diǎn)、靜態(tài)造型、色彩、紋理、感覺和氣味。– 除了直接的工程應(yīng)用問題外，材料選擇還需考慮污染和再循環(huán)利用這樣的政治問題。? 金屬在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下，具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、剛度和韌性。TSINGHUA UNIVERSITY第 3講 現(xiàn)代汽車用材料技術(shù)TSINGHUA UNIVERSITY一、汽車材料構(gòu)成現(xiàn)狀二、鋁、鎂輕金屬的應(yīng)用狀況三、汽車用鋼鐵材料現(xiàn)狀四、塑料及其它輕量化材料五、 汽車材料的再生TSINGHUA UNIVERSITY一、汽車材料構(gòu)成現(xiàn)狀TSINGHUA UNIVERSITY汽車的材料構(gòu)成? 一輛汽車由上萬個(gè)零部件組裝而成，而上萬個(gè)零部件又是由上千種不同材料、幾千種不同的規(guī)格品種加工制造出來。其它物理特性也滿足要求。TSINGHUA UNIVERSITY汽車材料選擇需要考慮的因素? 適用性：材料的性能必須滿足具體要求。? 經(jīng)濟(jì)性：經(jīng)濟(jì)因素和商業(yè)因素至關(guān)重要。? 環(huán)境相宜性：法規(guī)的要求對(duì)汽車部件的和選擇也有影響。–只有對(duì)所有方案進(jìn)行比較后，才能做出滿意的材料選擇決策，TSINGHUA UNIVERSITY案例：制動(dòng)系統(tǒng)的材料選擇分析? 在制動(dòng)系統(tǒng)操縱機(jī)構(gòu)作用下，摩擦副的相對(duì)旋轉(zhuǎn)使車速降下來的摩擦阻力矩。– 摩擦材料的最高工作溫度應(yīng)比預(yù)期的最高溫度高，以確保轉(zhuǎn)子在最惡劣的環(huán)境下完好。– 應(yīng)當(dāng)便宜并且容易制造。TSINGHUA UNIVERSITY摩擦材料選擇? 制動(dòng)塊或制動(dòng)蹄：車輪總成的靜止部分。– 應(yīng)有相對(duì)高的溫度，以防止摩擦表面產(chǎn)生熱衰減，由于復(fù)合材料的性質(zhì)，制動(dòng)塊材料的工作溫度始終低于最高溫度。– 應(yīng)當(dāng)便宜和便于制造。– 通過對(duì)多材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，既能改進(jìn)汽車性能，又能顯著減小質(zhì)量。TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY? 汽車輕量化的發(fā)展方向：– 基于改善汽車燃油效率的輕量化? 70年代的石油危機(jī)導(dǎo)致引擎相關(guān)部件的鋁化（鑄件、壓鑄）；? 車重每降低 10%，燃油效率可提高 6~8%。 TSINGHUA UNIVERSITY? 美國(guó)政府于 1993年推出的 PNGV（ Partner of New General Vehicle ）計(jì)劃：要求轎車的整備質(zhì)量降低 40%，使轎車每加侖汽油可行駛 80英里（三倍燃料效率）及有效降低排放。 – 該聯(lián)盟由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)、中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司、東風(fēng)汽車公司、浙江吉利控股集團(tuán)有限公司、奇瑞汽車有限公司、重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司、中國(guó)汽車工程研究院、吉林大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華東理工大學(xué)、寶山鋼鐵股份有限公司、西南鋁業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司等 12家單位共同組成。物理、機(jī)械特性比較材料 比重 熔點(diǎn)(℃ ) 導(dǎo)熱率(W/m) 抗拉強(qiáng)度 (MPa) 屈服強(qiáng)度 (MPa)延伸率(%)比強(qiáng)度(?/?)彈性模量(GPa)鎂合金AZ91D 598 54 250 160 7 138 45AM60B 615 61 240 130 13 133 45鋁合金A380 595 100 315 160 3 116 71鋼鐵碳素鋼 1520 42 517 400 22 80 200塑料 ABS ? 96 ? 60 93 ?P C ? ? 118 ? 95 ?鎂合金、鋁合金、鋼鐵、塑料的物理和力學(xué)性能TSINGHUA UNIVERSITY各種輕型材料與鋼材具有相同彎曲剛性和彎曲強(qiáng)度時(shí)的厚度比與質(zhì)量比值材料名稱彎曲 剛 性相同 彎曲 強(qiáng) 度相同厚度比 質(zhì) 量比 厚度比 質(zhì) 量比Mg(AZ91) Mg(Am50) Mg(AZ80T5) Mg(AZ31H24) Al(A380) Al(A356T6) Al(6061T6) Al(5182H24) 塑料（Pulse2023） TSINGHUA UNIVERSITY1. 鋁合金在汽車中的應(yīng)用狀況?鋁合金零部件生產(chǎn)采用的主要成型工藝為鑄造和變形。? 2023年北美用于發(fā)動(dòng)機(jī)支座的鋁合金達(dá) 4082t，共生產(chǎn)鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支座 25 5萬件；每輛轎車用于罩蓋、后行李箱蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件的鋁合金質(zhì)量達(dá) 223kg。 ? 主要用于制造保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、制動(dòng)器總成的保護(hù)罩、消聲罩、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、熱交換器、車身構(gòu)架、座位、車箱底板等零部件。– 良好的鑄造性能，鎂允許鑄件壁厚小至 。 – 可回收再用，比許多塑料材料更符合環(huán)保的要求。TSINGHUA UNIVERSITY按工藝分類變形鎂合金 鑄造鎂合金1. MgMn：承載力不大，耐蝕性和可焊性好2. MgAlZn：飛機(jī)、航天器中等承載結(jié)構(gòu)件3. MgZnZr：飛機(jī)結(jié)構(gòu)件4. MgLi：重量輕、抗沖擊、低承載結(jié)構(gòu)件5. MgTh：航天器耐熱結(jié)構(gòu)件6. MgRE：飛行器中等承載結(jié)構(gòu)件1. MgAlZn：綜合性能好，應(yīng)用廣泛2. MgZnZr和 MgZnZrRE： 較高室溫和高溫性能3. MgTh：抗蠕變、可焊、防滲漏按合金化元素分類MgMnMgAlZnMgZnZrMgThMgLiMgRe按合金特性分類室溫高強(qiáng)鎂合金耐熱鎂合金抗蝕鎂合金可焊鎂合金超輕鎂合金合金分類TSINGHUA UNIVERSITY鎂合金的工藝性能? 鑄造性能：– 動(dòng)力學(xué)粘度低，比鋁合金更容易充型。當(dāng)溫度超過 225 ℃ 時(shí)，鎂的塑性變強(qiáng)。? 對(duì)壓延板材的中厚板和薄板可采用等離子弧焊方法。– 切削過程中發(fā)熱少，切屑易斷，刀具磨損小，壽命顯著延長(zhǎng)，采用碳素鋼刀具加工鎂合金，刀具壽命比加工鋁合金時(shí)高 5～ 10倍。 – 由于鎂合金低的熱容量和比較高的熱膨脹特性，切削加工中細(xì)切屑容易引燃。膝墊保持架 有應(yīng)用 座架 有應(yīng)用 有應(yīng)用 有應(yīng)用 有應(yīng)用 駕駛桿部件 有應(yīng)用 有應(yīng)用 有應(yīng)用 有應(yīng)用 有應(yīng)用收音機(jī)殼 手套箱門 有應(yīng)用 門窗調(diào)節(jié)器蓋 有應(yīng)用 有應(yīng)用 陽蓬板 有應(yīng)用 有應(yīng)用 汽車底盤系統(tǒng)車輪 有應(yīng)用 ABS機(jī)架支架 有應(yīng)用 有應(yīng)用制動(dòng) /加速器支架有應(yīng)用 有應(yīng)用 有應(yīng)用 有應(yīng)用 有應(yīng)用 有應(yīng)用離合器殼 /活塞有應(yīng)用 進(jìn)氣歧管 有應(yīng)用 TSINGHUA UNIVERSITY鋼? 鋼板? 機(jī)構(gòu)制造用鋼? 鋼管? 耐熱鋼? 燒結(jié)合金TSINGHUA UNIVERSITY鋼板：約占汽車重量的 50%，幾乎全用于車身。? 可以在不增加成本的前提下實(shí)現(xiàn)車身降重 25%（以 4門轎車為參照），且靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度提高 80%，靜態(tài)彎曲剛度提高52%，第一車身結(jié)構(gòu)模量提高 58%，滿足全部碰撞法規(guī)要求。該項(xiàng)目的是從整體上研究開發(fā)新一代鋼鐵材料汽車結(jié)構(gòu)（車身、覆蓋件、懸掛系、發(fā)動(dòng)機(jī)支架及所有與結(jié)構(gòu)和安全相關(guān)的部件）。? 鍍層鋼板在北美也有很大的發(fā)展。? 先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（ AHSS）鋼種：雙相鋼（ DP， Dual Phase）、復(fù)相鋼（或多相鋼）（ CP， Complex Phase）、相變誘發(fā)塑性鋼（ TRIP， Transformationinduced Plasticity）、馬氏體鋼（ Mart， Martensite）。– 預(yù)計(jì)歐洲 2023年鍍層鋼板將在白車身中的應(yīng)用達(dá)到 91%。車門內(nèi)板、車門外板、底盤件、覆蓋件內(nèi) /外板、行李箱蓋內(nèi) /外板以及舉升門內(nèi) /外板。車身外側(cè)板、車身內(nèi)側(cè)板、車門外板、車門內(nèi)板、車后箱舉升門等等。鑄鐵材料的進(jìn)步更使之在汽車上的應(yīng)用出現(xiàn)了新亮點(diǎn)。? 球墨鑄鐵 – 鐵素體球墨鑄鐵拉伸強(qiáng)度可達(dá) 500MPa，韌性也較高，因此多用于底盤零件，有的車型甚至用作轉(zhuǎn)向節(jié)等保安件?？梢杂?ADI代替鋼制造汽車輪轂、全輪驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)齒輪、曲軸和連桿等。采用蠕鐵制造氣缸體還可改善摩擦磨損性能、降低振動(dòng)和噪音、改善排放。– 功能結(jié)構(gòu)件：多采用高強(qiáng)度工程塑料，減輕重量，降低成本，簡(jiǎn)化工藝。? 尼龍具有較好的綜合性能，用玻纖改性后的尼龍，主要性能得到很大的提高，如強(qiáng)度、制品精度、尺寸穩(wěn)定性等均有很大的提高。– 除了發(fā)動(dòng)機(jī)部件外，汽車的其他受力部件也可使用增強(qiáng)尼龍，如機(jī)油濾清器，刮雨器，散熱器格柵等。