【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 – 作為我國汽車行業(yè)的第一個技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，其中長期發(fā)展目標是，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度鋼；– 采用先進的制造工藝，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)濟性可提高約 ％。– 認為多材料結(jié)構(gòu)設(shè)計代表了今后汽車車身結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。– 彈性模數(shù)應(yīng)相對較低，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：減輕簧下質(zhì)量，減少對道路的損壞；減少污染，改善總體汽車燃油消耗。– 應(yīng)耐磨，因為更換摩擦塊或制動蹄更容易、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)模對材料也有較大的影響。? 噪聲、振動? 美學(xué)特點、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)和動態(tài)條件下，具有適當(dāng)?shù)膹姸?、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? 一輛汽車由上萬個零部件組裝而成，而上萬個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)濟性：經(jīng)濟因素和商業(yè)因素至關(guān)重要。? 環(huán)境相宜性：法規(guī)的要求對汽車部件的和選擇也有影響。–只有對所有方案進行比較后，才能做出滿意的材料選擇決策，TSINGHUA UNIVERSITY案例：制動系統(tǒng)的材料選擇分析? 在制動系統(tǒng)操縱機構(gòu)作用下，摩擦副的相對旋轉(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? 制動塊或制動蹄：車輪總成的靜止部分。– 應(yīng)有相對高的溫度，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。– 通過對多材料結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，既能改進汽車性能，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? 美國政府于 1993年推出的 PNGV（ Partner of New General Vehicle ）計劃：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)盟由中國汽車工程學(xué)會、中國第一汽車集團公司、東風(fēng)汽車公司、浙江吉利控股集團有限公司、奇瑞汽車有限公司、重慶長安汽車股份有限公司、中國汽車工程研究院、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)集團有限責(zé)任公司等 12家單位共同組成。物理、機械特性比較材料 比重 熔點(℃ ) 導(dǎo)熱率(W/m) 抗拉強度 (MPa) 屈服強度 (MPa)延伸率(%)比強度(?/?)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度時的厚度比與質(zhì)量比值材料名稱彎曲 剛 性相同 彎曲 強 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)動機支座的鋁合金達 4082t，共生產(chǎn)鋁合金發(fā)動機支座 25 5萬件；每輛轎車用于罩蓋、后行李箱蓋、發(fā)動機等零部件的鋁合金質(zhì)量達 223kg。 ? 主要用于制造保險杠、發(fā)動機罩、制動器總成的保護罩、消聲罩、防抱死制動系統(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、航天器中等承載結(jié)構(gòu)件3. MgZnZr：飛機結(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：– 動力學(xué)粘度低，比鋁合金更容易充型。當(dāng)溫度超過 225 ℃ 時，鎂的塑性變強。? 對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，采用碳素鋼刀具加工鎂合金，刀具壽命比加工鋁合金時高 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機架支架 有應(yīng)用 有應(yīng)用制動 /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 進氣歧管 有應(yīng)用 TSINGHUA UNIVERSITY鋼? 鋼板? 機構(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)動機支架及所有與結(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。? 先進高強度鋼（ 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)計歐洲 2023年鍍層鋼板將在白車身中的應(yīng)用達到 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。鑄鐵材料的進步更使之在汽車上的應(yīng)用出現(xiàn)了新亮點。? 球墨鑄鐵 – 鐵素體球墨鑄鐵拉伸強度可達 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。可以用 ADI代替鋼制造汽車輪轂、全輪驅(qū)動雙聯(lián)桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、發(fā)動機正時齒輪、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、降低振動和噪音、改善排放。– 功能結(jié)構(gòu)件：多采用高強度工程塑料，減輕重量，降低成本，簡化工藝。? 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，如強度、制品精度、尺寸穩(wěn)定性等均有很大的提高。– 除了發(fā)動機部件外，汽車的其他受力部件也可使用增強尼龍，如機油濾清器，刮雨器，散熱器格柵等。