新能源汽車輕量化技術(shù) 課件 項目2 汽車常用材料認識

新能源汽車輕量化技術(shù)項目2汽車常用材料認識任務(wù)一汽車常用黑色金屬介紹1、金屬分類2、鋼材分類及應(yīng)用3、鑄鐵及應(yīng)用

任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹1.金屬材料分類金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用最廣的材料之一，其具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性和工藝性能等。冶金學上通常將金屬分為黑色金屬和有色金屬兩大類.黑色金屬是指鐵、鉻、錳及其合金材料，包括鑄鐵，碳鋼和合金鋼等材料；有色金屬是指鐵、鉻、錳以外的金屬材料，常用的有鋁、鎂、銅及其合金，稀有金屬等。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹鋼材是指以鐵元素為基礎(chǔ)的合金材料，鋼材是應(yīng)用最為廣泛的鐵碳合金材料，也被稱為“工業(yè)的骨骼”。鋼材的種類繁多，根據(jù)鋼材的生產(chǎn)方式、使用特點、力學性能等也有不同的分類方法。鋼材分類通常包括按鋼材的化學成分、鋼材冶煉質(zhì)量、冶煉方法、金相組織特征、材料用途、力學性能等分類方式。2.鋼材分類及應(yīng)用任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹按化學成分分類按材料的化學成分，鋼材可以分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳含量低于0.25%的碳素鋼稱為低碳鋼。碳素鋼低碳鋼包括大部分普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和一部分優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。碳含量為0.25%～0.60%的碳素鋼稱為中碳鋼。中碳鋼具有良好的熱加工和切削加工性能，焊接性能較差。廣泛用于建筑結(jié)構(gòu)材料和各種機械零件生產(chǎn)制造。碳含量從0.60%至1.70%的碳素鋼稱為高碳鋼。高碳鋼經(jīng)過適當?shù)臒崽幚砉に嚳梢垣@得優(yōu)良的力學性能，通常具有高強度、高硬度、高的彈性極限和疲勞極限等優(yōu)點。同時，高碳鋼可焊接性能和塑性變形能力差。高碳鋼主要用于制造彈簧和耐磨性要求高的零部件。2.鋼材分類及應(yīng)用任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹按冶煉方法分類按鋼材冶煉方法可以分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼。平爐鋼是指用平爐冶煉的的鋼材，主要是碳素鋼和普通低合金鋼。冶煉中在平爐熔池中用氬氣處理鋼水的工藝，在容量為150t、300t和430t平爐中進行了試煉。轉(zhuǎn)爐鋼是指在轉(zhuǎn)爐內(nèi)以液態(tài)生鐵為原料，將高壓空氣或氧氣從轉(zhuǎn)爐的頂部、底部、側(cè)面吹入爐內(nèi)熔化的生鐵液中，使生鐵中的雜質(zhì)被氧化去除而煉成的鋼。電爐鋼是以電為能源的煉鋼爐生產(chǎn)的鋼，主要包括電弧爐、感應(yīng)電爐、電渣爐、電子束爐、自耗電弧爐等，通常所說的電爐鋼是用堿性電弧爐生產(chǎn)的鋼。電爐鋼有各種類型，多為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼及合金鋼。2.鋼材分類及應(yīng)用任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹按用途分類按照用途分類，鋼材可以分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼等類型。其中，結(jié)構(gòu)鋼包括優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和合金彈簧鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼以兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字代表鋼材平均碳含量。例如，45鋼即表示碳含量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼。碳素工具的牌號以字母“T”開頭，以及含量數(shù)字組成，如T10A表示含碳量為1%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。合金工具鋼和高速工具的牌號表示方法于合金結(jié)構(gòu)鋼類似，但一般不標明含碳量數(shù)字，如圖Cr12MoV表示含平均含碳量1.6%，平均含鉻量為12%，平均含鉬量為0.5%的合金工具鋼。2.鋼材分類及應(yīng)用任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹按力學性能分類屈服強度和抗拉強度是評價鋼材強度性能的兩個重要參數(shù)。根據(jù)鋼材強度性能等級可以分為低強度剛度、高強度和超高強度等類型。行業(yè)中對高強度鋼、超高強度鋼并沒有統(tǒng)一的定義，有的就采用低強度鋼和高強度鋼進行分類。本書參照超輕鋼車身先進汽車概念（UltraLightSteelAutoBody-AdvanceVehicleConcept，ULSAB-AVC）對汽車用鋼材進行分類如表2-1所示。2.鋼材分類及應(yīng)用任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹鋼材牌號標記時可以按照鋼材屈服強度和抗拉強度特性進行標記，如X

a/b，中X為鋼材的種類標記，a為該鋼材的屈服強度下限值（單位為MPa），b為該鋼材的抗拉強度下限值（單位為MPa）。例如：DP590/980是指最低屈服強度為590MPa，最低抗拉強度為980MPa的雙相鋼。2.鋼材分類及應(yīng)用任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用高強鋼的特點高強鋼以其抗拉強度高而著稱，相比鋁合金、鎂合金等輕量化材料具有以下優(yōu)點：（1）原材料價格低、經(jīng)濟性好。通常情況下，高強度原材料價格比普通鋼材略高，但僅相當于鋁合金材料價格的三分之一左右。（2）力學性能優(yōu)越，易于保證零件剛度。高強鋼的彈性模量通常為200～210GPa，其彈性模量相當于鋁合金彈性模量的3倍左右，有利于保證零件設(shè)計的剛度要求。（3）成型工藝性、焊接性能良好。高強鋼具有良好的斷裂延伸率，便于沖壓成型和焊接生產(chǎn)，適合制造復(fù)雜的汽車零件和焊接組裝，零件制造成本低。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用高強鋼與普通低碳相比具有以下優(yōu)勢：（1）具有較高的烘烤硬化性能，通過涂裝烘烤，可以提升強度。（2）能量吸收效率高，適合用于制造碰撞吸能區(qū)域的零件設(shè)計。（3）具有較高的疲勞強度性能，易于保證零件使用壽命。（4）具有較高的防撞能力和抗凹性能。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹外覆蓋件汽車外覆蓋件包括翼子板、側(cè)圍外板、車門外板、發(fā)動機罩外板、行李箱蓋外板等各類外觀可見零件。因為這類零件始終暴露在用戶視線可見范圍，其表面質(zhì)量要求高，必須具有抗腐蝕能力，同時應(yīng)保證強度和剛性的要求。其次，由于用戶審美需要，車輛外觀造型越來越復(fù)雜，這就要求外覆蓋件材料需要有良好的成型性，因此要求其具備良好的塑性和延展性?，F(xiàn)在的乘用車外覆蓋件一般使用料厚0.6mm～1.0mm的薄板沖壓成型，其表面采用鍍鋅涂層或使用鋅鐵合金鋼板。發(fā)動機罩、前后車門、側(cè)圍外板、行李箱蓋等外板多采用BH烘烤硬化鋼、優(yōu)質(zhì)低碳鋼等材料制造，其屈服強度較低，多數(shù)都在200MPa左右，斷裂延伸率較高δ≥30%，這有利于保證零件完成較大成型拉延深度。2.鋼材分類及應(yīng)用任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用側(cè)圍外板任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用內(nèi)覆蓋件汽車內(nèi)覆蓋件對外觀質(zhì)量的要求沒有外覆蓋件那么高，但是通常內(nèi)覆蓋件比外覆蓋件具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、更深的拉延深度。因此汽車內(nèi)覆蓋對塑性應(yīng)變比和延伸率要求高，由于其拉伸深度大，對變形均勻性也要求較高，板料厚一般選用0.8mm~1.2mm優(yōu)質(zhì)低碳鋼生產(chǎn)，斷裂延伸率可達40%以上。如圖2-4所示為采用優(yōu)質(zhì)低碳鋼（DC06）拉伸成型的某尾門內(nèi)板零件，該尾門內(nèi)板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體拉伸深度達300mm，還涉多處局部凸臺、起筋和支架等細節(jié)特征。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用尾門內(nèi)板任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用汽車前碰撞橫梁通常是一個獨立的總成結(jié)構(gòu)，采用螺栓與車輛前端縱梁進行連接。前碰撞橫梁的主要作用是通過變形來吸收車輛正面碰撞的能量。低速碰撞時，碰撞橫梁可以吸收絕大部分能量，可以有效保護車身結(jié)構(gòu)。由于碰撞橫梁采用螺栓與前縱梁連接，即便碰撞橫梁碰撞變形后不能修復(fù)，也可以可以局部更換，這有助于降低車輛修理成本。高速碰撞時，前碰撞橫梁也是重要吸能裝置，有助于減小前縱梁或者乘員艙的結(jié)構(gòu)變形。隨著整車結(jié)構(gòu)耐撞性能要求的不斷提升，要求前碰撞橫梁更充分地發(fā)揮碰撞吸能功能，因此，高強鋼、超高強度鋼常被用于制造前碰撞橫梁。如圖2-5為某前碰撞橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用抗拉強度1000Mpa級的雙相鋼DP980成型并焊接組成封閉截面。根據(jù)整車質(zhì)量和碰撞性能要求，前碰撞橫梁材料厚度為1.5mm~2.5mm。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用前碰撞橫梁任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用汽車前縱梁是汽車中最重要的承載部件，絕大多數(shù)前置前驅(qū)車型的動力總成系統(tǒng)都是安裝在前縱梁上。同時，前縱梁也是正面高速碰撞主要吸能和變形區(qū)域。整車結(jié)構(gòu)耐撞性開發(fā)通常要求高速碰撞時乘員艙盡量小，避免乘員因空間過度擠壓而導(dǎo)致嚴重傷害，這就要求車輛結(jié)構(gòu)在前縱梁根部前完成絕大部分碰撞能量吸收和承擔結(jié)構(gòu)變形功能。如圖2-6為某前縱梁結(jié)構(gòu)，采用槽型內(nèi)板加外板焊接形成封閉型腔，并且槽型內(nèi)板內(nèi)還布置加強件等，通常采用抗拉強度600~800Mpa的優(yōu)質(zhì)高強度鋼，厚度1.5~2.5mm。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用前縱梁結(jié)構(gòu)任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用乘用車B柱結(jié)構(gòu)除了安裝固定車門外，也是構(gòu)成車身骨架主要部件，是側(cè)面碰撞保護乘員安全的重要結(jié)構(gòu)。按照乘用車側(cè)面碰撞試驗規(guī)范，碰撞臂障撞擊位置主要集中在B柱前后區(qū)域。B柱下端連接門檻梁，上端連接頂蓋邊梁，共同組成車身承載框架結(jié)構(gòu)。隨著碰撞安全性能要求的不斷提高，乘用車B柱結(jié)構(gòu)廣泛采用高強鋼、超高強度鋼制造，提升乘員保護能力。如圖2-7所示為某B車型B柱及上下連接結(jié)構(gòu)，根據(jù)碰撞設(shè)計需要B柱子通常由內(nèi)外板及加強件組成，材料抗拉強度通常大于800MPa，甚至有的采用抗拉強度高達1200MPa以上的超高強鋼材料。與B柱連接的門檻梁和頂蓋邊梁的材料抗拉強度也通常達到600MPa以上，門檻梁已經(jīng)較多的采用1000MPa及以上的超高強鋼材料制造。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用B柱及上下連接結(jié)構(gòu)任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用如圖2-8以某麥弗遜懸架為例，前懸架中的副車架總成、下控制總成等零件多數(shù)都采用鈑金沖焊形成封閉型腔結(jié)構(gòu)。這類零件在工作過程將承載較大的沖擊載荷，零件強度性能要求高，因此通常采用高強度鋼制作而成。該案例中的副車架、下擺臂零件片體均采用屈服強度250MPa以上，抗拉強度500MPa以上鋼材制造。穩(wěn)定桿具有較大受力，左右兩端相對位移大等工作特點，要求零件具有高強度和抗扭變形能力，通常制作成實心桿件，材料多采用60Si2MnA等彈簧鋼制造。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用前懸架零件材料任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用車架是非承載式車身車輛結(jié)構(gòu)中最重要的承載結(jié)構(gòu)，車身系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等都是以車架為安裝基礎(chǔ)。皮卡、中大型SUV等車型較多的采用帶車架的非承載式車身結(jié)構(gòu)，如圖2-9所示為某皮卡的車架。該車架結(jié)構(gòu)主要采用剛強度鋼板沖壓和氣體保護焊制造工藝，前端碰撞吸能結(jié)構(gòu)材料抗拉強度可達600~1000MPa，中后段及安裝連接支架使用鋼材主要是以抗拉強度達到500MPa以上的高強度鋼為主。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用車架結(jié)構(gòu)任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用汽車傳動軸和半軸主要用于傳遞扭矩載荷，是影響汽車安全及舒適度的重要部件。傳動軸和半軸在工作中承受著較高的扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力，因此既要考慮扭轉(zhuǎn)和彎曲強度，又必須有高的疲勞強度，轎車和輕型車的半軸多采用冷擠壓，載重汽車的半軸多采用鍛造。國內(nèi)各大鋼廠目前生產(chǎn)的傳動牌號有：50MnB、40Cr、35CrMo等。如圖2-10所示的半軸采用40Cr制造，傳動軸采用35CrMo制造。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用半軸與傳動軸任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用彈簧鋼主要用于生產(chǎn)制造汽車鋼板彈簧、汽車扭力桿、螺旋彈簧、氣門彈簧等。對于汽車懸架板簧用熱軋扁鋼，主要是Si-Mn系鋼，產(chǎn)量最大的是60Si2Mn(A),約占60%~70%。國產(chǎn)汽車閥門彈簧鋼在數(shù)量、質(zhì)量、品種、規(guī)格上與汽車工業(yè)的需求由較大差距，鋼號以50CrVA、55SiCr為主，如圖2-11所示輕型汽車鋼板彈簧就是采用55SiCr制造任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用齒輪鋼是對可用于加工制造齒輪的鋼材的統(tǒng)稱，汽車行業(yè)主要應(yīng)用齒輪鋼生產(chǎn)制造汽車變速箱軸、齒類零件；汽車驅(qū)動橋差速器主從動齒、星形齒、半軸齒輪；轉(zhuǎn)向器蝸輪、蝸桿、齒條；發(fā)動機正時齒輪等。汽車齒輪鋼不但要求有良好的強韌性、耐磨性，承受沖擊、彎曲和接觸盈利，而且還要變形小、精度高、噪音低。齒輪鋼一般有低碳鋼如20#鋼，低碳合金鋼如：20Cr、20CrMnTi等，中碳鋼：35#鋼、45#鋼等，中碳合金鋼：40Cr、42CrMo、35CrMo等。如圖2-12所示汽車轉(zhuǎn)向機內(nèi)部的蝸桿主要35CrMo制造。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹2.鋼材分類及應(yīng)用軸承鋼主要用于制造汽車電機軸承、輪轂軸承等零件。汽車用軸承鋼對材料的化學成分和內(nèi)部組織及均有相應(yīng)的要求。鋼材的物理、化學、機械性能和金相組織都是由化學成分決定的，改變了化學成分，就改變了鋼的基本性質(zhì)，因此，軸承鋼的化學成分必須符合標準規(guī)定的允許范圍。軸承鋼材要求內(nèi)部要致密、部組織要均勻、純凈度要高。常用的軸承鋼材料代表牌號GCr15、GCr15SiMn、GCr18Mo；汽車輪轂軸承常用材料代表牌號是S55C、R1070，如圖2-13所示。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹3.鑄鐵及應(yīng)用鑄鐵及分類鑄鐵是含碳量大于2.11%（一般為2.5～4%）的鐵碳合金。它是以鐵、碳、硅為主要組成元素并比碳鋼含有較多的錳、硫、磷等雜質(zhì)的多元合金。鑄鐵材料具有多種分類方式，常見的分類主要包括按斷口特征分類和按石墨形態(tài)分類等。根據(jù)鑄鐵材料斷口特征通常分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵和麻口鑄鐵三類。根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)不同，鑄鐵可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵三類。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹3.鑄鐵及應(yīng)用白口鑄鐵中碳除少數(shù)溶于鐵素體外，其余的碳都以滲碳體的形式存在于鑄鐵中，其斷口呈銀白色，故稱白口鑄鐵。白口鑄鐵質(zhì)地硬而脆，抗沖擊載荷能力極差，不能進行切削加工。工業(yè)生產(chǎn)中很少直接應(yīng)用白口鑄鐵來制作機械零件，其主要用于可鍛鑄鐵的毛坯或者制作耐磨性要求高的零部件。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹3.鑄鐵及應(yīng)用灰口鑄鐵：碳含量較高，通?？蛇_2.7%~4.0%。其碳元素主要以片狀石墨的形態(tài)存在，斷口呈現(xiàn)灰色，因此被成為灰鑄鐵?；诣T鐵具有良好的抗壓強度和硬度性能，減震性良好，凝固收縮量小，具有良好的鑄造工藝性?；诣T鐵中的碳以片狀石墨存在，其耐磨性良好。灰鑄鐵常用于制造機床床身、汽缸、箱體等結(jié)構(gòu)。灰口鑄鐵的材料牌號通常以“HT”和最低抗拉強度組合而成，表示灰口鑄鐵，例如HT150表示抗拉強度下極限為150MPa的灰鑄鐵。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹3.鑄鐵及應(yīng)用由于灰鑄鐵具有良好的機械性能和鑄造工藝性能，以及優(yōu)越的減震性和耐磨性，自然成為汽缸體的首選材料。目前，大部分灰鑄鐵缸體鑄件均由HT200、HT250、HT300等材質(zhì)制備而成。鑄鐵發(fā)動機缸體缸蓋任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹3.鑄鐵及應(yīng)用麻口鑄鐵是兼有灰口鑄鐵和白口鑄鐵組織成分的混合體。通常認為麻口鑄鐵組織的形成是由于不恰當?shù)暮辖鸪煞趾屠鋮s速度，使得鑄鐵的冷卻凝固中形成既有石墨又有滲碳體的組成成分。微觀成分分析發(fā)現(xiàn)麻口鑄鐵成分主要包括萊氏體+珠光體+石墨或珠光體+滲碳體+石墨。由于萊氏體或滲碳體的存在，所以麻口鑄鐵硬度高、很脆，加工性不好，力學性能也不好，生產(chǎn)制造中應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)麻口組織。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹3.鑄鐵及應(yīng)用可鍛鑄鐵是白口鑄鐵經(jīng)過石墨化退火處理得到的一種高韌性的鑄鐵?？慑戣T鐵內(nèi)部的石墨主要成團絮狀和絮狀，有時候也有少量的團球狀?？慑戣T鐵具有較高的強度、塑性和沖擊韌性。根據(jù)材料成分、熱處理工藝和性能特征等，可以分為黑口可鍛鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵、白心可鍛鑄鐵和球墨可鍛鑄鐵四類。可鍛鑄鐵主要用于汽車車橋的橋殼、閥體、管接頭等受沖擊和振動載荷作用的零部件?？慑戣T鐵的牌號是以鑄鐵類型、最低抗拉強度和最低斷裂延伸率等信息組成。例如：KTH330-08表示最低抗拉強度為330MPa，最低斷裂延伸率為8%的的黑心可鍛鑄鐵。KTZ550-04表示最低抗拉強度為550MPa，最低斷裂延伸率為4%的的珠光體可鍛鑄鐵。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹3.鑄鐵及應(yīng)用球墨鑄鐵是20世紀五十年代才逐步發(fā)展起來的一種高強度鑄鐵形式。通過球化處理使得鑄鐵內(nèi)部呈現(xiàn)球狀石墨，極大程度的提高鑄鐵的機械性能，特別是其具有較高的塑性和韌性，其綜合性能幾近于鋼材。因此被廣泛用于鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受力復(fù)雜等機械零件，例如發(fā)動機曲軸、凸輪軸、齒輪機構(gòu)、液壓缸體等。球墨鑄鐵的牌號通常采用材料名、材料最低抗拉強度和最低延伸率組成，例如：QT450-10是指最低抗拉強度為450MPa，最低斷裂延伸率為10%的球墨鑄鐵。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹3.鑄鐵及應(yīng)用對于工作載荷較大的部件連接，其支架對強度和耐久性能要求高，通常采用鑄造成型制造。不論是乘用車還是商用車行業(yè)，承載性能要求高的支架都可以采用灰鑄鐵、球墨鑄鐵等材料制造。任務(wù)1汽車常用黑色金屬介紹3.鑄鐵及應(yīng)用球墨鑄鐵支架球墨鑄鐵轉(zhuǎn)向節(jié)任務(wù)2汽車常用有色金屬介紹1.有色金屬認識輕質(zhì)有色金屬材料具有密度低、比強度和比剛度高等特性，在汽車輕量化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，尤其是在新能源汽車產(chǎn)業(yè)。按鋁合金抗拉強度進行分類，可以分為低強度鋁合金，中強度鋁合金，高強度鋁合金和超高強度鋁合金。低強度鋁合金是指抗拉強度小于100MPa的鋁合金材料；中強度鋁合金是指抗拉強度在100MPa到300MPa之間的鋁合金材料；高強度鋁合金是指抗拉強度為300MPa到500MPa的鋁合金材料；超高強度鋁合金是指抗拉強度大于500MPa的鋁合金材料。鎂合金是以鎂元素為基礎(chǔ)材料并加入其他元素組成的合金。鎂合金材料的其特點是：密度小（1.8g/cm3左右），比強度高，比彈性模量大，散熱性能好，減震性能良好，抗電磁干擾性能好，其承受沖擊載荷能力比鋁合金更大，具有良好的耐有機物和堿的腐蝕性能。鎂合金還具有良好的成型工藝性，廣泛的應(yīng)用電子電器、汽車工業(yè)以及航空航天等領(lǐng)域。任務(wù)2汽車常用有色金屬介紹2.鋁合金及應(yīng)用鋁合金按其成分和加工方法又分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金是先將合金配料熔鑄成坯錠，再進行塑性變形加工，通過軋制、擠壓、拉伸、鍛造等方法制成各種塑性加工制品。鑄造鋁合金是將配料熔煉后用砂模、鐵模、熔模和壓鑄法等直接鑄成各種零部件的毛坯。鋁合金材料具有比強度高的特性，被廣泛應(yīng)用制造零部件以降低整車重量?，F(xiàn)如今，鋁合金材料幾乎可以代替鋼材，制造車輛絕大部零件。任務(wù)2汽車常用有色金屬介紹2.鋁合金及應(yīng)用汽車輪轂:支撐輪胎的圓桶形、中心裝配在軸上的部件，如圖所示。常見的汽車輪轂有鋼質(zhì)輪轂及鋁合金質(zhì)輪轂。鋼質(zhì)輪轂質(zhì)量大，外形單一，不符合如今低碳、時尚的理念。鋁合金輪轂采用鑄造和機械加工相結(jié)合的方式生產(chǎn)，滿足車輪強度與安裝精度要求，同時具有失衡量與慣性矩小、易于結(jié)構(gòu)輕量化、滿足高剛性要求、耐久性良好、制造工藝穩(wěn)定、方便大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。任務(wù)2汽車常用有色金屬介紹2.鋁合金及應(yīng)用鋁合金材料具有熔點低、液體流動性好等特點，方便采用鑄造進行成型制造，因此被廣泛應(yīng)用于制造汽車零部件。鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)鋁合金動力總成殼體任務(wù)2汽車常用有色金屬介紹2.鋁合金及應(yīng)用鋁合金后副車架任務(wù)2汽車常用有色金屬介紹2.鋁合金及應(yīng)用全鋁合金車身任務(wù)2汽車常用有色金屬介紹3.鎂合金及應(yīng)用鎂合金的比重雖然比塑料重，但其單位重量的強度和彈性率比塑料高得多。所以，在滿足同樣強度要求情況下的零部件，鎂合金的零部件能做得比塑料的薄而且輕。另外，由于鎂合金的比強度也比鋁合金和鐵高，因此，在不減少零部件的強度下，可減輕鋁或鐵的零部件的重量。鎂合金相對比強度（強度與質(zhì)量之比）最高。比剛度（剛度與質(zhì)量之比）接近鋁合金和鋼，遠高于工程塑料。鎂合金受到?jīng)_擊載荷時，吸收的能量比鋁合金件大一半，所以鎂合金具有良好的抗震減噪性能。鎂合金熔點比鋁合金熔點低，壓鑄成型性能好。鎂合金鑄件抗拉強度與鋁合金鑄件相當，一般可達250MPa，最高可達600MPa以上。屈服強度，延伸率與鋁合金也相差不大。鎂合金件穩(wěn)定性較高壓鑄件的鑄造行加工尺寸精度高，可進行高精度機械加工。鎂合金具有良好的壓鑄成型性能，壓鑄件壁厚最小可達0.5mm。適應(yīng)制造汽車各類壓鑄件。任務(wù)2汽車常用有色金屬介紹3.鎂合金及應(yīng)用座椅系統(tǒng)是汽車的重要組成部分，也是駕乘人員使用最多的部件之一。座椅系統(tǒng)由座椅骨架、調(diào)節(jié)裝置、泡沫和面料等部分組成，其中座椅骨架是座椅系統(tǒng)的核心部件，是支撐乘員的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。除了強度耐久性能要求外，緩沖減震性能對座椅骨架系統(tǒng)尤為重要，座椅骨架優(yōu)良的減震效果可以有效提升乘坐舒適性。鎂合金的阻尼系數(shù)大，減震吸能效果明顯優(yōu)于鋼材。以駕駛員座椅為例，采用傳統(tǒng)的鋼材制造座椅骨架其重量為10~15kg，在相同功能和強度要求下，采用鎂合金材料制造的座椅骨架可以減重40%~50%，減重效果非常明顯，如圖2-23所示。圖2-23鎂合金座椅骨架任務(wù)2汽車常用有色金屬介紹3.鎂合金及應(yīng)用汽車方向盤由骨架、安裝附件和外蒙皮組成，其骨架為安裝需要，通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此外，汽車高速碰撞時，駕駛?cè)藛T頭部甚至胸部不可避免的會撞擊方向盤，這就要求汽車方向盤骨架既要有一定的強度，又要具備一定的減震吸能功能，以減少駕駛?cè)藛T傷害。如圖2-24所示，現(xiàn)在乘用車方向盤骨架多數(shù)都采用鎂合金材料制造。合理設(shè)計方向盤骨架結(jié)構(gòu)，采用鑄造和機械加工相結(jié)合的方式制造，既保證方向盤骨架具有所需強度、固有頻率，由保證其具備充分碰撞吸能功能。圖2-24鎂合金方向盤骨架任務(wù)2汽車常用有色金屬介紹3.鎂合金及應(yīng)用隨著鎂合金技術(shù)的發(fā)展以及人們對汽車輕量化的重視，鎂合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。如圖2-25所示，鋁合金能制造汽車零部件產(chǎn)品，鎂合金基本都是適用的，包括制造鎂合金輪轂、鎂合金缸體缸蓋、鎂合金CCB管梁、鎂合金前端框架和鎂合金覆蓋件等。圖2-25鎂合金應(yīng)用任務(wù)2汽車常用有色金屬介紹4.其他有色金屬及應(yīng)用鋼材及合金鋼、鋁合金、鎂合金等金屬材料基本涵蓋了汽車整車產(chǎn)品材料使用。隨著汽車制造技術(shù)的進步發(fā)展，尤其是新能源汽車技術(shù)發(fā)展。作為汽車電力輸送載體的線纜制造要求越來越高。導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能良好的銅及銅合金的應(yīng)用日益普遍，部分高端車型的關(guān)鍵承載零件采用鈦合金制造。圖2-26銅芯高壓電線任務(wù)2汽車常用有色金屬介紹4.其他有色金屬及應(yīng)用圖2-27特斯拉鈦合金底盤護板鈦合金相對傳統(tǒng)的汽車高強鋼、鋁合金等材料也有成本高、加工難度大、安全性差的缺點。鈦合金價格昂貴，制造一輛鈦合金車輛需要更多的材料和工藝成本，導(dǎo)致車輛售價更高。目前鈦合金材料僅僅應(yīng)用在一些高端車型上。特斯拉ModelS采用鈦合金板加固電池包地板。利用鈦合金高強度性能保護汽車電池包，減少事故發(fā)生。任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹1.非金屬材料非金屬材料通俗的講就是指金屬材料以外的其他材料，是由非金屬元素或化合物構(gòu)成的材料。非金屬材料種類眾多，按照不同的特點或者用途有不同的分類方式。例如按材料來源，按化學成分等分類。按材料來源可以分為天然非金屬材料和人造非金屬材料。按材料的化學成分主要分為有機非金屬材料和無機非金屬材料。任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹1.非金屬材料無機非金屬材料，是指以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料。無機非金屬材料也是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。在材料學中，無機非金屬材料是與有機高分子材料和金屬材料并列的三大材料類型之一。各種規(guī)格的平板玻璃、儀器玻璃和普通的光學玻璃以及日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和電瓷等與人們的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，它們具有產(chǎn)量大、用途廣等特點。除此之外，其他產(chǎn)品如搪瓷、碳化硅、氧化鋁、輝綠巖、玄武巖、碳素材料、非金屬礦（石棉、云母、大理石等）也都屬于傳統(tǒng)的無機非金屬材料。任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹1.非金屬材料有機非金屬材料也就是有機高分子材料，又稱聚合物或高聚物。有機高分子材料是由一種或幾種分子或分子團（結(jié)構(gòu)單元或單體）以共價鍵結(jié)合成具有多個重復(fù)單體單元的大分子?？梢允翘烊划a(chǎn)物如纖維、蛋白質(zhì)和天然橡膠等，也可以是用合成方法制得的，如合成橡膠、合成樹脂、合成纖維等非生物高聚物等。有機非金屬材料通常具有密度低、塑性好、耐腐蝕、剛度低、成型好等特性，被廣泛用于建筑行業(yè)、電子工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等領(lǐng)域。在汽車工業(yè)領(lǐng)域，有機非金屬材料被廣泛用于制造汽車儀表臺面板、車門護板、減震橡膠塊、排氣吊耳等零部件。任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹工程塑料是一種重要的有機非金屬材料，其主要成分是由含有碳和氫元素的有機物質(zhì)制備而成的材料。工程塑料的特點主要包括：輕質(zhì)、低成本、柔性、易塑性、耐腐蝕性等。工程塑料是目前汽車制造中應(yīng)用最廣泛的非金屬材料之一。汽車的車身、內(nèi)飾、機械設(shè)備和零部件中都大量使用了塑料制品。目前，汽車制造中主要采用的塑料有聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍、聚酰胺等。工程塑料具有密度小、物理性能良好、耐化學腐蝕等優(yōu)點。大多數(shù)工程塑料的密度為1100~1300kg/m3，據(jù)研究表明，每100kg工程塑料可以替代其它材料200～300kg,可有效減少汽車整體重量。2.工程塑料及應(yīng)用任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹2.工程塑料及應(yīng)用如圖2-28所示，汽車前保險杠主要用于外觀裝飾，通常設(shè)計通風孔，為散熱器、；冷凝器等通風散熱。汽車前保險杠結(jié)構(gòu)尺寸大、造型復(fù)雜，通常采用工程塑料注塑成型，利用塑料材料良好制造工藝性和低成性。采用工程塑料制造汽車前保險杠可以大幅降低產(chǎn)品重量。利用塑料的高溫流動性，注塑形成復(fù)雜的加強筋結(jié)構(gòu)和卡扣結(jié)構(gòu)，便于零部件卡插安裝，總成產(chǎn)品具有良好的總裝工藝性。圖2-28塑料保險杠任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹2.工程塑料及應(yīng)用如圖2-29所示為乘用車儀表臺產(chǎn)品，該儀表臺不均尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還涉及空調(diào)通風口、物料收納箱、儀表安裝、內(nèi)部風管等結(jié)構(gòu)。雖然，儀表臺部件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但該產(chǎn)品工作中并不承受名稱載荷，因此其強度要求不高。圖2-29塑料儀表臺任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹2.工程塑料及應(yīng)用如圖2-30a所示，車門金屬機構(gòu)因內(nèi)部安裝要求，不可避免地設(shè)計開孔、起筋、沉臺、凸臺等工藝特征。如圖2-30b所示，采用塑料可以制造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造型美觀等車門護板。同時，塑料門護板還兼具成本低、重量輕等優(yōu)點。圖2-30塑料儀門護板任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹2.工程塑料及應(yīng)用燃油車前端通常要安裝冷凝器、散熱器、冷卻風扇等冷卻系統(tǒng)。傳統(tǒng)設(shè)計制造中都采用鋼材沖壓焊接組成冷卻系統(tǒng)安裝框架。如圖2-31所示，采用塑料材料注塑工藝可以成型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)型腔結(jié)構(gòu)，有效減輕冷卻系統(tǒng)安裝框架的重量。據(jù)統(tǒng)計，塑料前端模塊相比同等鋼材安裝模塊減重可達30%~40%。圖2-31塑料前端模塊任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹3.玻璃材料及應(yīng)用玻璃是一種常見的非晶無機非金屬材料，主要由多種無機礦物（如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸鋇、石灰石、長石、純堿等）作為主要原料，并添加少量輔助原料制成。通常玻璃的密度為2400~2800kg/m3,具有熱膨脹系數(shù)小，能承受劇烈溫度變化等作用任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹3.玻璃材料及應(yīng)用如圖2-33所示，采用夾層鋼化玻璃設(shè)計的汽車前擋風玻璃受到較大力量撞擊后，玻璃碎裂成不帶尖刺的小顆粒，并牢牢粘貼在夾層材料上，最大程度保護車內(nèi)乘員不受玻璃碎片傷害。圖2-33汽車擋風玻璃任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹3.玻璃材料及應(yīng)用如圖2-34所示為帶加熱功能的后封玻璃。后擋風玻璃加熱通常通過電阻絲通電加熱，使得玻璃溫度升高，從而使附著在其上的霜或霧受熱融化，形成水珠流下或霧氣蒸發(fā)，實現(xiàn)除霜和防霧效果。因此，這樣的玻璃通常采用夾層設(shè)計.圖2-34帶加熱后擋風玻璃任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹3.玻璃材料及應(yīng)用車輛振動舒適性通常即NVH（Noise、Vibration和Harshness）已經(jīng)成為現(xiàn)代車輛開發(fā)重點關(guān)注的性能，也是提升整車產(chǎn)品競爭力的重要技術(shù)指標之一。風噪問題是高速行駛最主要的噪聲來源。要降低汽車高速行駛的風噪，首先在汽車設(shè)計階段要盡量保持車輛外觀平順，比例不必要的局部凸起造型，比如采用內(nèi)置天線或者流線型天線、采用隱藏式雨刮、減少擋風玻璃與A柱的短差、提高車輛密封性、加厚車窗玻璃或者采用隔離玻璃設(shè)計等等。如圖2-35所示，采用雙層夾膠膈應(yīng)玻璃可以有效降低風阻傳遞到車內(nèi)，提升車輛乘坐舒適性。圖2-35雙層隔音玻璃任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹4.皮革材料及應(yīng)用皮革具有透氣性、經(jīng)久耐用和易保養(yǎng)等優(yōu)良特性，是中高檔汽車內(nèi)飾的理想材料，在增強汽車內(nèi)飾的外觀觀賞性、提高駕駛員和乘客的舒適性方面扮演著重要的角色，對提升汽車的美觀和檔次也是不可或缺的。汽車內(nèi)飾主要使用織物、人造革、皮革等材料，其中織物容易沾染污漬、美觀度較差，主要用于低端車型。皮革具有透氣性、耐用性、易保養(yǎng)等特性，主要用于中高端車型的座椅、方向盤、扶手、頭枕、門板等部件的裝飾覆蓋，提高汽車內(nèi)飾觀賞性、檔次、乘員舒適性。任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹圖2-37真皮方向盤面料圖2-38真皮座椅面料4.皮革材料及應(yīng)用任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹5.橡膠材料及應(yīng)用橡膠是指具有可逆形變的高彈性聚合物材料，在室溫下富有彈性，在很小的外力作用下能產(chǎn)生較大形變，除去外力后能恢復(fù)原狀。橡膠屬于完全無定型聚合物，它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低，分子量往往很大，大于幾十萬。橡膠分為天然橡膠與合成橡膠二種。天然橡膠是從橡膠樹、橡膠草等植物中提取膠質(zhì)后加工制成；合成橡膠則由各種單體經(jīng)聚合反應(yīng)而得。通用型橡膠的綜合性能較好，應(yīng)用廣泛。任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹5.橡膠材料及應(yīng)用由于車輛對輪胎有各種性能要求，因此，汽車輪胎成為一個復(fù)雜的系統(tǒng)。如圖2-39為典型的橡膠基體輪胎。為提升橡膠輪胎的強度，在其內(nèi)部增加鋼絲、纖維等鋪層用于增加輪胎結(jié)構(gòu)。為增加輪胎的耐磨性能，輪胎面采用多層結(jié)構(gòu)，采用耐磨橡膠制作胎面，此外，輪胎面還設(shè)置縱向和橫向溝槽用于增加積水路面車輛行駛的穩(wěn)定性和增加胎面摩擦力，增加車輪行駛的附著力。圖2-39橡膠輪胎任務(wù)3汽車常用非金屬材料介紹5.橡膠材料及應(yīng)用發(fā)動機是汽車內(nèi)在最重要的振動源，發(fā)動機與車架或者前縱梁的連接都需要采用懸置進行隔振。如圖2-40所示的懸置襯套，采用橡膠與金屬支架硫化成型。橡膠分別與金屬支架和中心安裝孔連接，金屬支架與車身縱梁和車架連接實現(xiàn)安裝固定，發(fā)動機安裝機構(gòu)與懸置中心安裝孔連接。發(fā)動機工作振動經(jīng)過橡膠懸置過濾再傳遞到車身結(jié)構(gòu)，這將大幅減小車輛振動激勵。圖2-40發(fā)動機懸置襯套任務(wù)3汽