汽车轻量化技术(学员版)二

1-294采用国内对高强钢的分类标准，普通高强度钢板是指抗拉强度或屈服强度相对较低，或采用传统工艺或对传统工艺少许改进即能生产出来的高强度钢板。如高强度IF钢板、冷轧各向同性钢、烘烤硬化钢板以及高强度低合金钢等。1普通高强钢HSS高强钢板简介及其应用2-294高强度IF钢应用：目前，IF钢主要用于汽车板深冲级和超深冲级冲压件如车身侧框架、车身后部底板、变速器传动轴盖板、后部纵梁等的生产。BMWE60侧框架性能：IF钢的屈服点范围为180-260MPa,最大抗拉强度为440MPa，断裂延伸率A80为32%。这种钢板性能高度稳定、性能参数分散度小、屈强比低、塑性应变比r值和应变硬化指数n值高。3-294冷轧各向同性钢（IS钢）冷轧各向同性钢屈服点范围为210-300MPa,最大抗拉强度为440MPa，断裂延伸率A80为36%。一般为低碳钢，主要通过Mn和P固溶强化。有好的成形性和抗时效性，适于制造汽车外板。车门外板4-294烘烤硬化钢(BH钢)BH钢的屈服强度一般在140-220MPa,最大抗拉强度为500MPa，断裂延伸率A80为30%.可为低碳或超低碳，主要通过Mn和P固溶强化。烘烤后易发生时效，屈服强度上升，有利于抗凹陷性。缺点是易时效，保质期短。其机理是高温C、N原子扩散速度加快，位错聚集而强化材料。应用：主要用于制造发动机罩外板、行李箱外板、侧围外板、A柱下部加强件、行李箱上部隔板、变速箱传动轴盖板的连接板等。5-294高强度低合金钢（HSLA钢）性能：高强度低合金钢屈服点范围为340-420N/mm2,最大抗拉强度为620N/mm2断裂延伸率A80为20%.高强度低合金钢用于对强度和防撞要求较高的部件，但其成形度不高。后部发动机支架应用：可用于A柱上部加强件、车门槛加长件、前部内侧侧框架、内侧B柱、后部发动机支架和内部侧框架等。6-294具有更加优越的性能：屈强比低；力学性能均匀;碰撞吸能疲劳寿命高；合适的应变速率敏感性（提高了撞击抗力和安全性）；良好的烘烤硬化性2先进高强钢AHSS其强度在500MPa到1500MPa之间，指需要采用先进设备及工艺方法才能生产出来的钢板，包括双相钢板（DP钢板）、相变诱发塑性钢板（TRIP钢板）和马氏体钢板（M钢板或Mart钢板）、热成形钢等。7-294双相钢（DP钢）性能：这种钢材的屈服点范围是300～340MPa，最大抗拉强度是600MPa，断裂延伸率A80是20％。组织由马氏体硬度和马氏体的量决定。这种钢具有良好的强度和延性匹配，制造方法较为容易和方便应用：在碰撞时要承受巨大能量的具有高强度的结构件，或者具有高抗压强度的车身覆盖件8-294TRIP钢（相变诱发塑性钢）性能：这种钢屈服点范围为380-450MPa,最大抗拉强度为800MPa，断裂延伸率A80为25%.TRIP钢具有高水平的吸能，并且TRIP钢在整个均匀延伸阶段都具有高水平的n值和高的烘烤硬化性，这些特征正是汽车用高强度高成形性汽车板所期望的。BMWE60A柱内部应用：TRIP主要用于碰撞时必须吸收较多能量的高强度结构件和安全件。组织：铁素体＋贝氏体＋残余奥氏体9-294马氏体钢（M钢）性能：马氏体钢的屈服点范围为750-1100MPa,最大抗拉强度为1400MPa，断裂延伸率A80为5%.BMWE60车门防撞杆应用：对防撞要求很高的部件（即在很短的变形行程内要吸收大量的能量）一般由M钢制成。如门B柱，汽车侧门的内防撞杆等。组织几乎全部由低碳马氏体组成10-294热成形钢（含微量硼合金元素的合金钢）性能：供货态强度仅500-600MPa,经加热、成形和模冷后，强度可达1500MPa。最终组织由低碳马氏体组成。可硬化性明显改善，加工后的部件最小屈服点达到1300N/mm2.使用硼钢可以最大限度的减轻重量。应用：主要应用于前、后保险杠骨架以及A柱、B柱等重点部位，在发生撞击时，尤其在正面和侧面撞击时，可有效减少驾驶舱变形，保护驾乘人员的安全。11-294各种高强钢在车身上典型应用12-294高强钢的力学性能与普通低碳钢有很大差异，由高强钢板替代普通低碳钢，会出现因材料强度增加、力学性能下降而产生的成形方面的问题及不利因素。在高强钢板成形时，比普通钢板更容易产生破裂、回弹、尺寸和形状精度不高的倾向，且成形裕度低。高强钢板成形的关键技术研究及开发是目前提高其成形性能和扩大其应用的重要瓶颈问题。高强钢成形难点13-2943.1新材料在汽车上的应用3.1.1轻金属在汽车上的应用3.1.2高强度钢在汽车上的应用3.1.3其他材料的应用3.2CAD/CAE在汽车结构设计上的应用3.3结构小型化3.4承载式车身在汽车上的应用3.5先进特种成形工艺的应用汽车轻量化之第三章汽车轻量化的主要途径14-294汽车中主要的非金属部件美国中型轿车材料比例变化(%)钢铁铝合金塑料其它19806949181990605.512.5162000511218193.1.3其他材料的应用15-294陶瓷材料非金属材料橡胶材料工程塑料其它纤维增强材料蜂窝夹层材料16-294陶瓷材料特种陶瓷纳米陶瓷陶瓷基复合材料碳化硅：轴承、活塞氮化硅：轴承、密封圈氧化铝：发动机火花塞氧化锆：绝热柴油机零件1分类陶瓷材料17-294特种陶瓷优势：高强度和硬度、低密度、高耐蚀，耐磨和耐热性；其抗拉和弯曲强度可与金属相比不足：加工困难、质脆、成本高、可靠性差应用：主要用于汽车的各种耐磨耐高温零件，如活塞、气缸、发动机、配气机构零件等；其蜂窝多空结构可用于各种传感器、减震器、消声器、催化转化器载体等。陶瓷爆震传感器18-294优势：较特种陶瓷，强度、韧性和超塑性大为提高；烧制温度降低，加工和切削性优良，生产成本下降；耐磨、耐高温高压性、抗腐蚀性、气敏性优良纳米陶瓷应用：可制作连杆、推杆、轴承、气缸内衬、活塞顶、氧传感器材料、高温燃料电池及防震的陶瓷弹簧；可用于纳米陶瓷涂层、纳米汽油、润滑剂等。三菱汽车活塞环活塞环表面渗纳米陶瓷层，一般寿命均在20万公里以上19-294陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中加入强化材料构成的复合材料应用：主要用在耐磨、耐蚀、耐高温以及对强度，比强度有较为特殊要求的部件。航空发动机典型件（可工作于1300摄氏度左右）优势：利用应变诱发相变增韧、微裂纹机制和裂纹偏转等韧化机理，在提高强度的同时，达到提高韧性，从而提高陶瓷材料的综合机械性能20-294减轻车辆自重、提高发动机热效率降低油耗、减少排气污染提高易损件寿命完善汽车智能性功能等2陶瓷在汽车上的应用（1）应用意义：（2）实例：陶瓷催化净化器载体堇青石质蜂窝陶瓷载体催化净化器壳体催化净化器内部是蜂窝状陶瓷载体，内置贵金属催化剂，能使有害尾气转化成无害的二氧化碳、氮气和水等。21-294陶瓷制动器保时捷的陶瓷制动系统（PCCB）：制动碟表面的摩擦系数比铸铁高25%，可提供充足的制动力；在活塞与制动片之间，装有陶瓷隔热体，可以在800℃下正常工作；在增强刹车性能的同时，降低车重20kg。保时捷PCCB复合陶瓷刹车盘奥迪A8W12轿车的陶瓷制动盘：比铸铁制动盘的质量降低了50%，寿命是钢质刹车盘的4倍。奥迪A8W12轿车的陶瓷制动盘22-294陶瓷涂层该涂层含有锆酸盐瓷，其好处在于：具有非常好的隔热保温效果具有高强度，高耐久性能抵抗震动，机械冲击和热骤变等外部干扰，对部件将有非常好的保护作用能够有效地防止排放系统和排气管因高温受热所导致的变形和老化兰博基尼Reventon车型采用等离子喷涂陶瓷涂层23-2943陶瓷在汽车制造业的发展前景目前陶瓷在汽车的应用并不广泛，主要原因是:①特种陶瓷对原材料要求比较严格，制造工艺复杂，成本居高不下，脆性，使用可靠性差。②陶瓷基复合材料零件的价格远比金属零件高，制造时可能产生内部裂纹。③纳米陶瓷的结构理论、物理特性还有待进一步完善。虽然陶瓷在汽车上的应用还存在一些难题，但其优越的特性越来越受到人们的关注。各国都投入大量人力、物力和财力研究开发新型陶瓷材料，研制汽车上的陶瓷零部件。相信不久的将来，陶瓷材料在汽车制造这一领域会有更大的突破。24-294陶瓷材料非金属材料橡胶材料工程塑料其它纤维增强材料蜂窝夹层材料3.1.3其他材料的应用25-294工程塑料热塑性塑料热固性塑料橡胶状塑料酚醛树脂等聚氨酯乙丙橡胶等不饱和聚酯环氧树脂聚氯乙烯聚丙烯ABS树脂饱和树脂尼龙树脂聚甲醛聚碳酸酯等1分类工程塑料26-294每100kg的塑料可替代其它材料200～300kg，可减少汽车自重，增加有效载荷；柔韧性较好，耐磨，避震，单位质量的塑料的抗冲击性不逊于金属；复杂的制品可一次成型，生产效率高，成本较低，经济效益显著，如果以单位体积计算，生产塑料制件的费用仅为有色金属的1/10；可回收利用，且每100km节油在0.5L以上；对酸、碱、盐等化学物质的腐蚀均有抵抗能力，硬聚氯乙烯，它可耐浓度达90%的浓硫酸，各种浓度的盐酸和碱液2工程塑料轻量化优势27-2943工程塑料在汽车上的应用塑料名称在汽车上的应用聚丙烯（PP）保险杠、仪表盘、门内饰板、空调零部件、蓄电池外壳、冷却风扇、方向盘ABS树脂收音机壳、仪表壳、制冷与采暖系统、工具箱、扶手、散热格板、变速箱壳、内护板、反射镜壳体聚氯乙烯PVC电线电缆包材、外装材料、地板垫、嵌材聚氨酯（PUR）座椅、仪表板、翼子板、车内地板、遮阳板、减振器、护板、保险杠聚乙烯（PE）内护板、地板、油箱、行李架、刮水器、扶手骨架聚碳酸酯（PC）保险杠、前端板、车门把手、挡泥板、前灯聚酰胺（PA）散热器盖、衬套、齿轮、皮带轮、气缸头盖、水泵叶轮聚甲醛（POM）加载齿轮、燃油系统、电气设备系统、各种轴承、衬套热塑性聚酯（PBT、PET）汽车保险杠、汽车反射镜外壳、车外部把手、安全气囊通电部件、雾灯、音响喇叭、顶棚28-294汽车里程表/门窗摇机工程塑料蜗杆尼龙发动机罩盖尼龙汽车进气歧管29-294汽车塑料制品根据其应用部位，可分为内装件、外装件、功能件戴姆勒公司的世界首款商业化塑料油底盒模块(赢得塑料工程师学会汽车分会颁发的塑料创新使用奖)工程塑料在汽车内装件和外装件上的应用由聚丁烯对苯二甲酸酯和长纤维增强热塑性塑料制造的大众汽车的天窗框架30-2944工程塑料在汽车制造业的发展和前景在日本、美国和欧洲等发达国家中，每辆轿车平均使用塑料已超过150Kg，占汽车总重量的10%我国每辆轿车塑料用量平均为100kg，占总重量的8%左右，达到国外20世纪80年代中期的水平0204060801001201401970198019902006汽车单车塑料用量kg/car汽车上塑料的使用量每年呈递增趋势31-294我国车用塑料的应用还存在一定问题：（1）汽车专用塑料牌号少，产品性能不足；（2）汽车用塑料标准混乱，不利于大批量生产与应用；（3）缺乏生产汽车专用塑料的领头企业，现有生产企业规模小而分散，技术水平不一，塑料制品产品质量难以保证今后的车用材料，正由金属向塑料方向转化，但塑料比金属材料的强度差，一般情况下，塑料化要随之增加零件壁厚，因此今后有待开发出既便宜又有高强度的塑料。可以预料，塑料在汽车工业上的应用将会越来越广泛，开发并使用全塑汽车已不是梦想，一个塑化的汽车工业时代即将到来。杰事杰新材料股份有限公司展出的采用特殊塑料制成的轿车骨架32-294陶瓷材料非金属材料橡胶材料工程塑料其它纤维增强材料蜂窝夹层材料3.1.3其他材料的应用33-294树脂传递模塑材料(RTM)玻璃纤维增强塑料（GFRP）碳纤维增强塑料（CFRP）纤维增强金属（FRM）片状/块状模压复合塑料(SMC/BMC)玻璃纤维毡增强热塑性材料(GMT)分类纤维增强材料[常用]纤维增强材料34-294SMC是用低粘度的树脂复合物浸渍片状玻璃纤维而制成的片状模压塑料复合材料优势：与钢质零件相比，SMC生产周期短，便于汽车改型，投资效益好；质量较轻，节约燃油；设计自由；制件整体性好，零件数量少；耐用性和隔热性好不足：SMC不可