【文章內容簡介】 劉 闖，姚 嘉， 盧 佳木斯學學報(自然科版 )[13] 呂莉雯，沈麗珍主編 轎車霧部件斷材料及其應用 北京理工大學出版社，1999。年。[14] 杜明義， 用鋁合金材料實現(xiàn)汽車輕量化（東北輕合金有限責任公司，黑龍江哈爾濱150060）生產(chǎn)鋁合金汽車車身的相關技術進展在世界汽車工業(yè)日益重視節(jié)能、環(huán)保的迫切形勢下，減輕汽車自重以降低能耗、減少廢氣排放、提高效率已成為各大汽車企業(yè)競爭力的重要方向；而使用鋁合金代替鋼鐵材料則是各國汽車制造商采用的主要手段之一。因為，汽車質量每減輕1%，%~1%。轎車每降低100公斤重量。汽車車身約占汽車總重的30%，在汽車內外板上用鋁合金板代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的鋼板可使車身減重約40%~50%；如采用鋁合金覆蓋件整車減重10%~15%，可見采用鋁合金車身板的減重效果十分顯著。為鋁合金在汽車輕量化應用方面提供了很好的應用基礎和市場前景，必然為鋁合金汽車覆蓋件的應用帶來更大機遇，同時也對國內鋁合金制造成型技術提出了新的挑戰(zhàn)。1先進的成型技術(1)熱力液壓成型技術液壓成型是提高極限深沖比的一種成型方法，即在深沖時，材料被壓入充滿液體的模腔內成型。熱態(tài)熱力成型是將加熱到一定溫度的專用耐熱油充入到經(jīng)過預熱的模具型腔，然后按照設計的加載路徑對鋁合金板材進行沖壓成型。，認為鋁合金板材的適宜成型溫度為攝氏150~300度。~350度時力學性能的研究，認為鋁合金板的延伸率隨著溫度升高而提高，隨著應變速率的提高而降低，應變速率的敏感性則隨著溫度升高而增加，說明高溫可以提高材料的塑性。熱態(tài)熱力成型技術較為成熟，應用也較多，其優(yōu)點為∶可提高成型極限；成型零件的回彈性小；模具結構簡單；可以加工形狀復雜的零件。隨著技術研發(fā)的不斷推進，該技術將有可能使鋁合金汽車車身覆蓋件的規(guī)?；瘧贸蔀榭赡堋?2)超塑性成型技術金屬在一定的組織、結構等內部條件和變形溫度、變形速率等外部條件下，金屬將顯示出特大延伸率，這一性能被稱作超塑性。在適當溫度(T，Tm為溶化溫度)，適當應變速率(101~104/秒)條件下，對某些經(jīng)過特殊處理的鋁合金材料進行沖壓成型，即為超塑性成型。日本和瑞士等國的汽車公司曾研究用超塑性成型方法生產(chǎn)大型鋁合金覆蓋件，為超塑性成型技術在汽車工業(yè)中的應用開辟了廣闊前景。目前，超塑性成型周期已降到10分鐘以下，成型表面質量也可以達到“A級”。美國摩根汽車公司Aero8型車的鋁制外覆蓋件即采用了超塑性成型與手工成型相結合的工藝。福特汽車公司的FordGT型全鋁結構車，幾乎所有覆蓋件都是用超塑性成型技術生產(chǎn)的。超塑性成型的優(yōu)點是∶能生產(chǎn)出符合空氣動力學形狀要求的零件，使用的模具成本較低；超塑性成型能把多個零件整合為一個零件，減少了連接和裝配的步驟，降低了生產(chǎn)成本。(3)電磁復合沖壓成型技術電磁復合沖壓成型技術是把傳統(tǒng)的沖壓成型與局部電磁成型結合在一起進行復合加工。該技術在汽車覆蓋件成型時，需要特殊形狀的電磁線圈，用來完成對復雜曲面殼體特殊部位的成型。美國俄亥俄州立大學對汽車鋁合金門內板的電磁復合沖壓成型進行了研究，完全達到了鋼板成型的效果。外觀和強度基本達到了使用要求。電磁復合沖壓成型周期短，沖裁時間只需10^3~10^4秒，一次成型周期可控制在5秒鐘內，如果能實現(xiàn)自動化裝卸料，電磁沖壓的效率極高，可以適用于汽車制造業(yè)的批量生產(chǎn)。電磁成型技術可明顯提高鋁合金板的成型極限，提高其成型性，改善沖壓成品的縮頸、撕裂及起皺現(xiàn)象。2先進的焊接技術鋁合金材料具有氧化能力強、熱導率高、焊接能耗比鋼板顯著、線性膨脹系數(shù)大、對光和熱的反射能力強、熱裂紋傾向性大等特點，焊接過程中容易形成氫氣孔，出現(xiàn)高溫強度和塑性較低、合金元素易蒸發(fā)燒損等問題。因此，在生產(chǎn)過程中必須采取相應的焊接工藝和措施來減少變形與缺陷，以維持焊縫合金的組織與機械性能。對于鋁合金汽車車身而言，常用焊接方法為點焊、MIG焊、氬張焊以及激光焊等。(1)激光焊接及激光MIG復合焊接技術激光焊接采用激光作為焊接熱源，機器人作為運動系統(tǒng)。MIG焊是通過電弧熱作為熱源，熔化填充的焊絲金屬，把母材連接到一起的過程。激光復合焊接則是兩種方法同時作用于焊接區(qū)。激光和電弧在不同程度和形式上影響復合焊接的性能。激光復合焊接可以結合兩者的優(yōu)點，既能獲得所需的焊縫形貌，又能在焊接速度較高的前提下，充分利用電弧焊的穩(wěn)定性。MIG激光復合焊為汽車工業(yè)提供了一種全新的焊接技術，激光熱源具有能量密度高、加熱集中、焊接速度快、焊接變形小等特點，可實現(xiàn)簿板的快速連接。因此，可以焊接較厚的焊縫。該技術不僅具有寬廣的應用范圍，同時，還可減少投資成本、縮短生產(chǎn)時間和提高生產(chǎn)效率。采用氬氣保護的MIG激光復合焊，具有更好的電弧穩(wěn)定性。另外，雙焦點激光焊接技術在焊接鋁合金材料方面也有很好的應用前景。BMW(寶馬)汽車公司甚至已開始用該技術大批量生產(chǎn)鋁合金汽車覆蓋件。(2)攪拌摩擦焊接技術攪拌摩擦焊(FSW)是靠摩擦產(chǎn)生的熱量進行焊接，具有顯著的節(jié)能效果。日本富士重工開始應用FSW焊接技術進行1毫米的鋁合金簿板對接，通過夾具控制，可以實現(xiàn)高精度位置配合，通過設定與接合面相接觸工具的最佳轉速，能夠穩(wěn)定實施鋁合金簿板結構的高質量攪拌摩擦焊接。攪拌摩擦焊是一種前沿技術，已經(jīng)引起國外眾多研究者和企業(yè)的重視。該技術有節(jié)能、無焊頭磨損以及焊縫機械性能與板材接近等優(yōu)點。自2000年以來,中國汽車工業(yè)迅速發(fā)展,汽車的產(chǎn)量迅速增加。2009年,中國汽車產(chǎn)銷量已達1 364萬輛,產(chǎn)銷量均躍居世界第一。汽車保有量已超過7 000萬輛,節(jié)能減排刻不容緩。大量的試驗和理論分析已經(jīng)表明,汽車輕量化是汽車節(jié)能減排的重要手段。對乘用車每減重10%,可節(jié)油6%~8%,排放降低4%[1,2],輕量化的實施可以通過優(yōu)化設計、合理選材以及先進的工藝技術實施[1]。鋁合金是重要的輕量化材料, g/cm3(僅為鋼的1/3),典型的鋁質零件一次減重效果可達30%~40%,二次減重則可進一步提高到50%[2]。目前鋁合金應用有鑄件、擠壓材、鍛件和變形板材等。1995—2000年,鋁合金在汽車上的應用增長了80%[3]。鋁合金具有高的強重比,如要達到AA5128同樣的強重比,鋼的抗拉強度應達750 MPa。在汽車中,采用鋁零件所節(jié)省的能量是生產(chǎn)該零件所用原鋁生產(chǎn)耗能的6~12倍[4]。2006年歐、美、日等國家和地區(qū)的小汽車平均用鋁量已經(jīng)達到127 kg/輛。歐洲鋁協(xié)預測,2015年前,歐洲小汽車用鋁量將增至300 kg/輛[車身新材料的種類以及新材料應用的現(xiàn)狀2010年11月15日11:24騰訊汽車我要評論(0) 字號：T|T 隨著汽車技術的發(fā)展，汽車的功能日益完善，汽車的結構越來越復雜，傳統(tǒng)的汽車通常由幾千個零件組成，現(xiàn)代高級矯車由幾萬個零部件組成。為滿足汽車節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適的要求，實現(xiàn)輕量化、高強度、高性能的目標，構成汽車的材料也發(fā)生了巨大的變化。通常按照材料的成分，將汽車材料分為金屬材料和非金屬材料兩大類。隨著汽車技術的發(fā)展，未來汽車材料除金屬材料、非金屬材料外，復合材料和納米材料也將獲得廣泛應用。一．車身新材料的種類 ■新型結構材料從前的高強度鋼板，拉延強度雖高于低碳鋼板，但延伸率只有后者的50％，故只適用于形狀簡單、延伸深度不大的零件?，F(xiàn)在的高強度鋼板是在低碳鋼內加入適當?shù)奈⒘吭兀?jīng)各種處理軋制而成，其抗拉強度高達420N/mm2，是普通低碳鋼板的2~3倍，深拉延性能極好，可軋制成很薄的鋼板，是車身輕量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中國奇瑞汽車公司與寶鋼合作，2001年在試制樣車上使用的高強度鋼用量為262kg，占車身鋼板用量的46%，對減重和改進車身性能起到了良好的作用。轉播到騰訊微博美國轎車材料構成要有含磷冷軋鋼板、烘烤硬化冷軋鋼板、冷軋雙相鋼板和高強度1F冷軋鋼等，車身設計師可根據(jù)板制零件受力情況和形狀復雜程度來選擇鋼板品種。含磷高強度冷軋鋼板：含磷高強度冷軋鋼板主要用于轎車外板、車門、頂蓋和行李箱蓋升板，也可用于載貨汽車駕駛室的沖壓件。主要特點為：具有較高強度，比普通冷軋鋼板高15％~25％；良好的強度和塑性平衡，即隨著強度的增加，伸長率和應變硬化指數(shù)下降甚微；具有良好的耐腐蝕性，比普通冷軋鋼板提高20％；具有良好的點焊性能；烘烤硬化冷軋鋼板：經(jīng)過沖壓、拉延變形及烤漆高溫時效處理，屈服強度得以提高。這種簡稱為BH鋼板的烘烤硬化鋼板既薄又有足夠的強度，是車身外板輕量化設計首選材料之一；冷軋雙向鋼板：具有連續(xù)屈服、屈強比低和加工硬化高、兼?zhèn)涓邚姸燃案咚苄缘奶攸c，經(jīng)烤漆后強度可進一步提高。適用于形狀復雜且要求強度高的車身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如車門加強板、保險杠等；超低碳高強度冷軋鋼板：在超低碳鋼（C≤％）中加入適量鈦或鈮，以保證鋼板的深沖性能，再添加適量的磷以提高鋼板的強度。實現(xiàn)了深沖性與高強度的結合，特別適用于一些形狀復雜而強度要求高的沖壓零件。轉播到騰訊微博汽車材料應用部件輕量化迭層鋼板：迭層鋼板是在兩層超薄鋼板之間壓入塑料的復合材料，~，塑料層的厚度占總厚度的25％~65％。與具有同樣剛度的單層鋼板相比，質量只有57％。隔熱防振性能良好，主要用于發(fā)動機罩、行李箱蓋、車身底板等部件。與汽車鋼板相比，鋁合金具有密度小（）、比強度高、耐銹蝕、熱穩(wěn)定性好、易成形、可回收再生等優(yōu)點，技術成熟。德國大眾公司的新型奧迪A2型轎車，由于采用了全鋁車身骨架和外板結構，使其總質量減少了135kg，比傳統(tǒng)鋼材料車身減輕了43％，使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奧迪A8通過使用性能更好的大型鋁鑄件和液壓成型部件，車身零件數(shù)量從50個減至29個，車身框架完全閉合。這種結構不僅使車身的扭轉剛度提高了60%，還比同類車型的鋼制車身車重減少50%。由于所有的鋁合金都可以回收再生利用，深受環(huán)保人士的歡迎。根據(jù)車身結構設計的需要，采用激光束壓合成型工藝，將不同厚度的鋁板或者用鋁板與鋼板復合成型，再在表面涂覆防腐蝕材料使其結構輕量化且具有良好的耐腐蝕性。鋁合金已成為僅次于鋼材的汽車用金屬材料，能夠為汽車提供各種鋁合金鑄件、沖壓結構件和拉制的鋁型材。鋁合金主要用于制造發(fā)動機缸體、活塞、進氣支管、氣缸蓋、變速器殼體、矯車的骨架、車身、座椅支架、車輪等部件。，僅為鋼材密度的35％，鋁材密度的66％。此外它的比強度、比剛度高，阻尼性、導熱性好，電磁屏蔽能力強，尺寸穩(wěn)定性好，因此在航空工業(yè)和汽車工業(yè)中得到了廣泛的應用。鎂的儲藏量十分豐富，鎂可從石棉、白云石、滑石中提取，特別是海水的鹽分中含 %的鎂。近年來鎂合金在世界范圍內的增長率高達20％。鑄造鎂合金的車門由成型鋁材制成的門框和耐碰撞的鎂合金骨架、內板組成。另一種鎂合金制成的車門，它由內外車門板和中間蜂窩狀加強筋構成，每扇門的凈質量比傳統(tǒng)的鋼制車門輕10kg，且剛度極高。隨著壓鑄技術的進步，已可以制造出形狀復雜的薄壁鎂合金車身零件，如前、后擋板、儀表盤、方向盤等。，僅是鐵的1/2，但強度和硬度超過了鋼，且不易生銹。用鈦合金鑄造的汽車發(fā)動機部件更輕、更堅固和更耐腐蝕，鈦合金車身可以承受更大的作用力。泡沫合金板由粉末合金制成，其特點是密度小，~／cm3，彈性好，當受力壓縮變形后，可憑自身的彈性恢復原料形狀。泡沫合金板種類繁多，除了泡沫鋁合金板外，還有泡沫鋅合金、泡沫錫合金、泡沫鋼等，可根據(jù)不同的需要進行選擇。由于泡沫合金板的特殊性能，特別是出眾的低密度、良好的隔熱吸振性能，深受汽車制造商的青睞。目前，用泡沫鋁合金制成的零部件有發(fā)動機罩、行李箱蓋等。蜂窩夾芯復合板是兩層薄面板中間夾一層厚而極輕的蜂窩組成。根據(jù)夾芯材料的不同，可分為紙蜂窩、玻璃布蜂窩、玻璃纖維增強樹脂蜂窩、鋁蜂窩等；面板可以采用玻璃鋼、塑料、鋁板和鋼板等材料。由于蜂窩夾芯復合板具有輕質、比強度和比剛度高、抗振、隔熱、隔音和阻燃等特點，故在汽車車身上獲得較多應用，如車身外板、車門、車架、保險杠、座椅框架等。英國發(fā)明了一種以聚丙烯作芯，鋼板為面板的薄夾層板用以替代鋼制車身外板，使零件質量減輕了50%~60%，且易于沖壓成型。與通用塑料相比，工程塑料具有優(yōu)良的機械性能、電性能、耐化學性、耐熱性、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性等特點，且比要取代的金屬材料輕、成型時能耗少。二十世紀七十年代起，以軟質聚氯乙烯、聚氨酯為主的泡沫類、襯墊類、緩沖材料等塑料在汽車工業(yè)中被廣泛采用。福特公司開發(fā)的LTD試驗車，塑料化后的車身取得了輕量化方面的明顯成果（見表2）。轉播到騰訊微博福特LTD試驗車的輕量化效果中國工程塑料工業(yè)普遍存在工藝落后、設備陳舊、規(guī)模小、品種少、質量不穩(wěn)定的狀況，而且價格高，缺乏市場競爭力。工程塑料在汽車上的應用僅相當于國外上世紀八十年代的水平。，而日本轎車平均為14kg/輛，寶馬則更高。但這種局面將很快被打破，由上海普利特復合材料有限公司投資新建、國內最大的汽車用高性能ABS工程塑料生產(chǎn)基地日前在上海建成投產(chǎn)。此項目引進了世界先進的工程塑料生成線和試驗檢測儀器等設備，形成了年產(chǎn)15,000噸高性能ABS工程塑料的能力。工程塑料用于汽車可實現(xiàn)輕量化和節(jié)能，且可回收和循環(huán)利用。目前六大類的塑料：PP、PUR、PVC、ABS、PA和PE在汽車上得到廣泛的應用，通常用于制造車身覆蓋件、車門門襤、車身內外裝飾件和水箱面罩、保險杠和車輪護罩等。復合材料是一種多相材料，是由有機高分子、無機非金屬和金屬等原材料復合而成。目前玻璃纖維增強樹脂復合材料和碳纖維增強樹脂復合材料在汽車上已經(jīng)獲得成功的應用。玻璃纖維增強樹脂復合材料耐腐蝕、絕緣性好，特別是有良好的可塑性，對模具要求較低，對制造車身大型覆蓋件的模具加工工藝較簡易，生產(chǎn)周期短，成本較低。在矯車和客車上，采用玻璃纖維增強樹脂復合材料制造的矯車車身覆蓋件、客車前后圍覆蓋件和貨車駕駛室等零部件。高強度纖維復合材料，特別是碳纖維復合材料（CFRP），因其質量小，而且具有高強度、高剛性，有良好的耐蠕變與耐腐蝕性，因而是很有前途的汽車用輕量化材料。碳纖維復合材料在汽車上的應用，美國開展的最好。 二十世紀八十年代后期，