第二章汽車生產(chǎn)用工程材料

鋼是以鐵和碳為基本組成元素的鐵碳合金。具有良好的使用性能和工藝性能。價(jià)格低廉，供應(yīng)充足。

結(jié)構(gòu)鋼主要用來(lái)制造汽車結(jié)構(gòu)件(如車身、底盤(pán))和汽車零件(如齒輪、連桿、軸等)。一、鋼按其化學(xué)成分、力學(xué)性能和冶金質(zhì)量等特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)鋼又可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等。結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼合金彈簧鋼非調(diào)質(zhì)鋼在汽車生產(chǎn)中需要采購(gòu)大量的鋼材，主要是指用于鍛造零件毛坯或直接切削加工成零件的型材和用于沖壓加工所用的板材。二、型材、板材與供貨狀態(tài)型材熱軋圓鋼和方鋼：實(shí)際生產(chǎn)中常采用圓鋼作原毛坯，多數(shù)用作鍛件坯料，也有少數(shù)直接用于切削加工。冷拉圓鋼、方鋼：因其尺寸公差和表面質(zhì)量?jī)?yōu)于熱軋型材，常用于自動(dòng)切削和冷熱頂鍛中。板材在汽車車身與車架的生產(chǎn)中，大量使用冷軋或熱軋優(yōu)質(zhì)碳素鋼板，其中車身覆蓋件沖壓所需鋼板的質(zhì)量要求較高。１）

車身覆蓋件用冷軋薄鋼板

２）汽車大梁及其他中厚板沖壓件用鋼板１)車身覆蓋件用冷軋薄鋼板

(１)深拉深用冷軋鋁鎮(zhèn)靜薄鋼板的技術(shù)要求。

①分類、代號(hào)。按表面質(zhì)量分為3組:

特別高級(jí)的精整表面Ⅰ

高級(jí)的精整表面Ⅱ

較高的精整表面Ⅲ按拉深級(jí)別分為3級(jí):

用于沖制拉深最復(fù)雜的零件ZF用于沖制拉深很復(fù)雜的零件HF用于沖制拉深復(fù)雜的零件F②鋼的牌號(hào)及化學(xué)成分和性能。③表面質(zhì)量分為3組。Ⅰ組表面：正面(表示質(zhì)量好的一面)不得有任何缺陷。反面允許有深度不大于厚度偏差1/4的輕微麻點(diǎn)和輕微劃痕。

Ⅱ組表面：正面允許有小于鋼板厚度公差1/2的輕微麻點(diǎn)、劃痕和軋輥壓痕。反面允許有厚度偏差范圍內(nèi)不大于鋼板厚度最小范圍的下列缺陷：輕微的麻點(diǎn)、劃痕和軋輥壓痕。

Ⅲ組表面：正面允許有鋼板厚度公差1/2范圍內(nèi)的輕微麻點(diǎn)、劃痕及軋輥壓痕。反面允許在厚度偏差范圍內(nèi)但不得使鋼板厚度超出允許的最小范圍內(nèi)的下列缺陷：輕微的麻點(diǎn)、劃痕和軋輥壓痕。④沖壓成型性能試驗(yàn)方法及指標(biāo)值。(２)超深沖IF冷軋鋼板。在超低碳鋼中加入足夠量的Ti和Nb，使鋼中的碳、氮原子完全被固定成碳、氮化合物Ti(C、N），Nb(C、N)，鋼中無(wú)間隙固溶原子存在，這種鋼即稱為“無(wú)間隙原子鋼”，簡(jiǎn)稱IF鋼。

IF鋼冷軋鋼板具有雜質(zhì)元素(Si、Mn、P和S)含量少、屈服點(diǎn)低、低屈強(qiáng)比、塑性伸長(zhǎng)率大、硬化指數(shù)n值和厚向異性系數(shù)r值高等優(yōu)點(diǎn)，具有很優(yōu)異的深沖性能。(３)深拉深用的表面涂覆薄鋼板。為了提高汽車覆蓋件的抗腐蝕性能，開(kāi)發(fā)了鍍鋅冷軋板和鍍鋁冷軋板。這兩種表面涂覆鋼板的拉深性能更優(yōu)異，尤其適合于轎車車身覆蓋件的生產(chǎn)。①鍍鋅鋼板。

汽車用鍍鋅鋼板有電鍍鋅鋼板和熱鍍鋅鋼板兩大類，其中電鍍鋅鋼板的拉深性能更好。電鍍鋅鋼板的牌號(hào)、化學(xué)成分與性能，見(jiàn)表2-9和表2-10。②鍍?nèi)刍X鋼板。

此類鋼板是在深拉深鋼板的表面鍍以薄層熔化鋁，從而提高鋼的耐腐蝕性和易涂覆性。目前國(guó)內(nèi)采用的鍍鋁鋼板的牌號(hào)及種類見(jiàn)表2-11，表中JIS系日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。２)汽車大梁及其他中厚板沖壓件用鋼板

制造汽車縱梁、橫梁用低合金熱軋鋼板：①尺寸、外形。鋼板尺寸應(yīng)符合GB/T3273—2005。厚度允許偏差應(yīng)符合表2-14(GB/T709—2006)。②技術(shù)要求。鋼板的鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分及機(jī)械性能和工藝性能應(yīng)符合表2-15的規(guī)定。行車安全、節(jié)約能源與環(huán)境保護(hù)是當(dāng)代汽車工業(yè)所面臨的三大重要課題。其中整車輕量化與零部件塑料化是直接與節(jié)能、安全相關(guān)的最佳技術(shù)措施。實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，除了運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，使其結(jié)構(gòu)更合理與緊湊之外，更重要的是采用新型材料。一、塑料及其在汽車中的應(yīng)用塑料是以有機(jī)合成樹(shù)脂為主要成分(40%~95%)，在一定的溫度和壓力下能模塑成具有一定尺寸和形狀的零件，并在常溫下保持該形狀的一類材料的總稱。有關(guān)塑料使用和加工成型的熱性能主要有以下幾項(xiàng)：(１)線脹系數(shù)和成型收縮率。線脹系數(shù)———溫度升高1℃時(shí)，每1cm長(zhǎng)的塑料的伸長(zhǎng)量。成型收縮率———塑料在熱模中成型，脫模冷卻后成為制品，必然有收縮之自然現(xiàn)象，即制品尺寸小于模腔尺寸，這就是成型收縮量，以mm/mm表示。成型收縮量乘以100%即為成型收縮率。(２)比熱容。比熱容是1g塑料溫度升高1℃所需的熱量。塑料的比熱容通常是鋼材的3~5倍。

(３)導(dǎo)熱系數(shù).指單位面積、單位厚度的塑料試樣，溫差為1℃時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)所通過(guò)的,熱量，常用W/(m·K)作單位。塑料的導(dǎo)熱系數(shù)僅為鋼的1%左右，所以是良好的隔熱材料。(４)耐熱性。塑料的耐熱性是指溫度與變形之間的關(guān)系?？梢杂貌煌姆椒y(cè)定其應(yīng)變-溫度曲線來(lái)研究耐熱性。最常用的方法有馬丁耐熱法、維卡耐熱法和熱變形溫度試驗(yàn)法3種。

(５)玻璃化溫度。通常將塑料高聚物的容積-溫度或形變-溫度曲線中的突變點(diǎn)表示為玻璃化溫度Tg。在Tg的前后，塑料的許多性能如形變、比熱容、硬度、密度、折光率等均有突然性變化。當(dāng)塑料的溫度降至Tg時(shí)，就成為玻璃態(tài)固體。(６)熔體流動(dòng)速率(亦稱熔融指數(shù))。熔體流動(dòng)速率MI是熱塑性塑料在一定溫度和壓力下，熔體在10min內(nèi)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管的質(zhì)量值，以g/10min表示。MI值越大，該塑料在熔融時(shí)的流動(dòng)性越好，反之亦然。采用成型加工才能將液態(tài)或固態(tài)的塑料制成形狀一定、規(guī)格不同、性能各異的塑料制品。最常用的塑料成型加工方法有擠出、注塑、壓延、吹塑4種。１)擠出成型

熱塑性塑料混料后，在擠出機(jī)料筒中受到外熱及機(jī)械剪應(yīng)力、摩擦熱的作用而塑化熔融，再在螺桿的推進(jìn)下，熔融的物料通過(guò)濾板進(jìn)入有不同型孔的擠出口模，而制得連續(xù)長(zhǎng)度的各種異型材(板、棒、管、膜等)，這種塑料成型方法稱為擠出成型法。擠出成型屬于塑料一次加工，主要生產(chǎn)量大面廣的各類型材。２)注塑成型

注塑成型也稱注射成型，塑料顆粒在注塑機(jī)料筒內(nèi)塑化熔融成流動(dòng)狀態(tài)后，以很高的壓力和較快的速度通過(guò)狹小的噴嘴注射到閉合的溫度較低的模具中，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的保壓與冷卻定型，開(kāi)啟模具即可獲得塑料制品。這種成型方法即為注塑成型。注塑成型所用的注射模如圖2-1所示，這類模具一般由以下8個(gè)部分組成。成型零部件澆注系統(tǒng)推出機(jī)構(gòu)排氣系統(tǒng)合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)側(cè)向分型的抽芯機(jī)構(gòu)加熱和冷卻系統(tǒng)支撐零部件３)壓延成型

壓延成型是采用輥筒進(jìn)行連續(xù)壓延(類似軋制)將塑料成型為片材的加工方法。通過(guò)多個(gè)輥筒進(jìn)行多道次熱壓延，將經(jīng)混料與塑化的物料壓延成不同厚度的片材或薄膜。

經(jīng)過(guò)壓延輥出來(lái)的薄膜，再經(jīng)過(guò)壓花輥就可得到帶花紋的薄膜。若將布料和薄膜分別導(dǎo)入壓延輥經(jīng)過(guò)熱壓，就可得到人造革制品。４)吹塑成型

吹塑成型實(shí)際上是擠出成型和注塑成型再加上壓縮空氣的吹脹而成型的，它包括吹塑薄膜與中空成型兩種。其中，在擠出機(jī)前端裝設(shè)吹塑口模，把擠出的熔融薄管坯用壓縮空氣自由地吹脹成薄膜管，冷卻后再折疊卷繞成雙層單膜的吹塑成型。亦稱為擠出吹塑法，用擠出機(jī)或注塑機(jī)先成型熔融的型坯(拉管)，再將型坯放入模具中，合模后用壓縮空氣吹脹使其貼緊模腔而冷卻定型，這樣吹塑中空制品(如瓶)的成型工藝，亦稱中空成型。汽車主要塑料制品的分類

(1)汽車軟內(nèi)飾制品。

(2)工程塑料注塑硬質(zhì)汽車塑料制品。二、高強(qiáng)度鋼板汽車用高強(qiáng)度鋼板的定義，分類與應(yīng)用實(shí)例關(guān)于高強(qiáng)度鋼板的定義、界定與分類，在國(guó)際上尚有不同的提法。如日本將σb>340Mpa的冷軋鋼板和σb>490Mpa的熱軋鋼板稱為高強(qiáng)度鋼板(HSS)；而德國(guó)則將σs>300Mpa的冷軋鋼板稱為高強(qiáng)度鋼板(HSS)；將300Mpa

<σs<600Mpa的稱為先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板(AHSS)，將σs>600Mpa者稱為超高強(qiáng)度鋼板。１)高強(qiáng)度鋼板的分類與應(yīng)用實(shí)例

目前應(yīng)用于汽車車身制件的高強(qiáng)度鋼板主要有以下幾類：①雙相鋼。其主要組織成分為鐵素體、馬氏體、奧氏體，其中馬氏體含量在5%~20%之間。其化學(xué)成分主要是碳和錳，也可有適量的鉻、鉬及CrMo，此類鋼板具有較低的屈強(qiáng)比、高硬化指數(shù)和高烘烤硬化性能。一般用于制造要求有較高強(qiáng)度和較高抗碰撞吸收性能且成型要求嚴(yán)格的零件，如車輪輪轂、保險(xiǎn)杠、懸架系統(tǒng)件和加強(qiáng)板類件。②相變誘導(dǎo)塑相鋼TRIP。其主要組織成分是鐵素體、貝氏體和殘留奧氏體，主要化學(xué)成分是碳、硅、錳。TRIP板最大優(yōu)點(diǎn)是兼具高強(qiáng)度和高延伸性能，故可沖壓成形較復(fù)雜的零件；它還具有高碰撞吸能性能，能在車身遭到碰撞時(shí)通過(guò)自身形變來(lái)吸收能量而不向外傳遞，常用于制作保險(xiǎn)杠和底盤(pán)類件。此外，它還具有優(yōu)異的高速力學(xué)性能和抗疲勞性能，故可制作結(jié)構(gòu)件及其加強(qiáng)件以及深拉深件，如機(jī)油盤(pán)、車門(mén)、罩殼等。③復(fù)相鋼CP。其主要組織成分為細(xì)微鐵素體和高比例的硬相。此類鋼的屈服強(qiáng)度σs為800~1000MPa，并具有較高的吸收碰撞能性能和吸收擴(kuò)孔性能，特別適于制作車門(mén)、防撞桿等零件。④烘烤硬化鋼BH。其具有一定的高溫硬化性能，在烘烤之前σs低，便于沖壓成型。在白車身涂裝時(shí)經(jīng)過(guò)烘烤，鋼板便產(chǎn)生硬化，從而提高了車身的強(qiáng)度和剛度。⑤馬氏體鋼。其主要組織成分是通過(guò)將高溫的奧氏體組織快速淬火，轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l狀馬氏體。該類鋼強(qiáng)度高，但成型性能差。主要用于成型性要求較低的車身零件來(lái)替代管狀件。常見(jiàn)高強(qiáng)度鋼板的命名法、牌號(hào)及特征值主要介紹我國(guó)寶鋼公司及日本產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼板。①上海寶鋼公司產(chǎn)品的命名法及其技術(shù)性能。②日本生產(chǎn)的汽車用高強(qiáng)度鋼板。

日本生產(chǎn)的熱軋和冷軋鋼板的系列產(chǎn)品的規(guī)格和特征值分別見(jiàn)表2-19和表2-20。超高強(qiáng)度鋼板沖壓件的熱成型工藝

１)間接熱成型工藝

２)直接熱成型工藝三、激光拼焊板激光拼焊板是指將不同厚度、不同成分、不同力學(xué)性能、不同輪廓形狀及不同表面涂鍍的多片母材板用激光拼焊在一起制成沖壓成型前的整塊板坯。通常將生產(chǎn)激光拼焊板和用激光拼焊板制造車身沖壓件的技術(shù)合稱為激光拼焊板技術(shù)。采用該項(xiàng)新技術(shù)能顯著降低車身質(zhì)量，減少油耗與排污，提高構(gòu)件的強(qiáng)度與抗撞性，還可簡(jiǎn)化制造工藝、優(yōu)化用材、降低生產(chǎn)成本。有關(guān)激光拼焊板成型中的質(zhì)量問(wèn)題及對(duì)策

(１)優(yōu)化具體沖壓成型件所用激光拼焊板的焊縫位置與方向，以增強(qiáng)整體板料塑性變形的協(xié)調(diào)性。(２)針對(duì)不等厚激光拼焊板成型時(shí)薄側(cè)母材一方易發(fā)生起皺和焊縫移動(dòng)的問(wèn)題，采用“階梯形壓邊圈”或“階梯形壓邊圈＋焊縫夾緊柱”兩種控制焊縫移動(dòng)的措施，來(lái)抑制薄側(cè)母材的起皺和破裂趨勢(shì)。(３)采用變壓邊力和增設(shè)優(yōu)化拉深筋相結(jié)合的方法，如采用帶液氮彈簧的壓邊圈以增大壓邊力；在難成型部位處調(diào)整壓料面設(shè)計(jì)并添加優(yōu)化的拉深筋，便可防止起皺和局部拉裂。四、鋁合金汽車用鋁合金的品種

鑄造鋁合金

變形鋁合金鋁合金密度小，其密度約為鋼鐵1/3，但其比強(qiáng)度和比剛度高，其成型性能及切削性能良好，并具有良好的抗腐蝕性。因此，鋁合金成為汽車輕量化中替代鋼鐵的最具潛力的金屬材料。鑄造鋁合金

該類合金按化學(xué)成分主要分為鋁硅系合金、鋁銅系合金及鋁鎂系合金。其特點(diǎn)主要是具有熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好，收縮率小，不易吸氣和氧化，產(chǎn)生熱裂、冷裂和變形的傾向小。因此，廣泛用于制作汽車用鑄件，包括壓鑄件、重力鑄造件，低壓鑄件和半固態(tài)壓鑄件等。變形鋁合金

此類鋁合金的化學(xué)成分不同于鑄造鋁合金，主要性能要求是具有較高的延展性和冷、熱狀態(tài)下的良好的塑性成型性，以滿足采用塑性成形工藝將其加