汽車材料-輕量化材料

1、第六講汽車輕量化材料一 輕量化的意義安全轎車重量減輕10%燃油消耗減少810%實(shí)現(xiàn)節(jié)能減減少少排排放放實(shí)現(xiàn)環(huán)保二 汽車輕量化的途徑三 汽車輕量化的發(fā)展概況 PNGV計劃輕量化目標(biāo) PNGV計劃在2002 年進(jìn)行了調(diào)整， 重新命名為FreedomCAR (Freedom cooperative Automotive Research)目前歐洲轎車材料比例四 輕量化材料類型 輕金屬材料 鋁合金 鎂合金 鈦合金 高強(qiáng)度鋼 塑料及其復(fù)合材料Automotive Lightweighting Materials Technical ApproachLightweight GlazingMagnesium

2、 AlloyMetal MatrixComposites30% weight50% weightreductionreductionPowertraincomponents - 40% weight reductionHydroformingSuperplastic Forming40% weight reduction / 50% reduction in part countPhoto: Courtesy of GKN AerospaceThermoplasticCompositesReduces massby 60%Aluminum TailorWelded Blanks35% weig

3、ht reduction / reduction in part count40% weight reduction / 10 Xreduction in part count4.1 鋁合金形變鋁合金( deformation aluminum alloy )鑄造鋁合金( cast aluminum alloy )不能熱處理強(qiáng)化鋁合金形變鋁合金能熱處理鋁合金 強(qiáng)化鋁合金的分類鑄造鋁合金鋁合金相圖知識鑄造鋁合金不可熱處理+ 變形鋁合金 鑄造鋁合金可熱處理 防銹鋁合金 ( LF ) 硬鋁合金 ( LY ) 超硬鋁合金 ( LC ) 鍛鋁合金 ( LD )飛機(jī)翼梁(腹板為硬鋁合金)飛機(jī)主起落架鑄造鋁

4、合金 鑄造鋁 硅合金 鑄造鋁 銅合金 鑄造鋁 鎂合金 鑄造鋁 鋅合金汽缸頭鋁合金的應(yīng)用 變形鋁合金在汽車車身零件、結(jié)構(gòu)件及功能件應(yīng)用方面發(fā)展很快。 Audi A8 全鋁車身（Audi Space Frame ）采用沖壓件（55.5%）、擠壓件（22.7%）、鑄件（21.8%），車身重量達(dá)到215kg，減重40%。鋁合金的應(yīng)用 世界上還有許多汽車公司開發(fā)了鋁車身，最具代表性的成功之作是Audi A8. 目前車身用鋁存在的問題 成型性還需繼續(xù)改善，鋁合金板材的局部拉延性不好。 尺寸精度不容易掌握，回彈難以控制。 因?yàn)殇X比鋼軟，在生產(chǎn)和運(yùn)輸中的碰撞和各 種粉塵附著等原因使零件表面產(chǎn)生碰傷、劃傷等缺陷

5、。 不能象鋼板那樣還采用磁力搬運(yùn)和傳遞。4.2 鎂合金 密度比鋁更低（1.74）、可回收，在輕量化的驅(qū)動下，1990年來，鎂在汽車上的應(yīng)用以每年約20%快速增長。 目前每輛車平均用量接近3%。4.2 鎂合金 影響鎂在汽車上大量應(yīng)用的因素鎂的特性缺乏深層次的認(rèn)識缺少工藝-性能數(shù)據(jù)防蝕技術(shù)4.3 鈦合金 耐高溫、耐低溫、乃沖擊、耐磨損、強(qiáng)度高和耐腐蝕。 鈦的比重是鋼的50%，強(qiáng)度超過鋼約18%； 延展性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋼銅； 鈦的熔點(diǎn)達(dá)1600，鈦在-100時也不會變脆，仍具有良好的機(jī)械性能。 鈦還具有良好的耐酸堿、耐腐蝕性能，鈦在海水中5年內(nèi)不會銹蝕。 鈦合金為主體制成的飛機(jī)，可提高航速約1/3，能大大

6、增加載客量（大型客機(jī)能增加100多人）。4.3 鈦合金 鈦合金制造的深海探測器，可深潛至6500米深度，用鋼鐵制造的潛艇，只能潛至300米。 運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星、航天飛機(jī)、空間站、行星探測器等，大都采用鈦合金制造外殼。這種金屬殼體能在太空條件下保持堅韌，能在高速飛行中抵御劇烈的摩擦而產(chǎn)生的高溫。 鈦與鎳結(jié)合，能制成具有記憶功能的記憶合金。鈦也是優(yōu)秀的裝飾材料，表面鍍鈦的材料，不僅外表光亮美觀，而且具有很強(qiáng)的耐磨損和抗腐蝕特性；其外觀酷似黃金，稱為鈦金。4.3 鈦合金Ti-alloy TA4TA8 Ti-alloy TB1TB2 + Ti-alloyTC1TC104.3 鈦合金4.3 鈦合金5

7、高分子材料 密度低、比強(qiáng)度高、加工性好，是重要的輕量化材料。 在汽車中應(yīng)用持續(xù)增長，目前北美轎車平均用量達(dá)到118Kg，約點(diǎn)總重10%。歐洲用量更高，德國塑料用量占整體材料的15% 。5 高分子材料 5.1 三種力學(xué)行為 玻璃態(tài) 高彈態(tài) 黏流態(tài) 分類變形量 工程塑料 橡膠 黏結(jié)劑TbTgTf溫度5 高分子材料 5.2 分類 熱塑性樹脂 如聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚對苯二甲酸乙二酯（PET）， 熱固性樹脂 如不飽和聚酯、酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂， 加熱后就變硬，不熔化，在液體中也不溶解。5 高分子材料 5.3 成型方法 模壓成型 注射成型 吸塑成型 塑料加工 5.4 常用高

8、分子材料塑料 5.4 常用高分子材料合成纖維 5.4 常用高分子材料粘結(jié)劑5.4 常用高分子材料橡膠 丁苯橡膠-產(chǎn)量占橡膠總數(shù)的80%-由丁二烯和苯二烯共聚而成 順丁橡膠-由丁二烯和苯二烯共聚而成由丁二烯聚合而成 氯丁橡膠“萬能橡膠”寶馬賽車因輪胎磨損低于600kg重量退出比賽干胎、大雨胎和中性胎 普利斯輪胎公司 米其林輪胎公司 巴頓輪胎公司輪胎成型工藝（/video/8682.html）5 高分子材料5 高分子材料A. Roof Headers B. Instrument Panel Supports C. Radiator supports D. E

9、ngine Cradles E. Roof Rails F. Frame Rails. (COURTESY OF VARI-FORM, 12341 East Nine Mile Road, Warren, Michigan 48089-2614 USA)ExteriorExterior CompositesComposites onon thethe 20032003 DodgeDodge ViperViper= SMCSMC= RRIMRRIMReducing Scrap Scrap metal can be as high as 30% Computer aided design and

10、planning can minimize scrap Tailor-welded blanks are multiple pieces of flat sheet butt-welded together and simultaneously stampedProduction of an outer side panel of a car body, by laser butt-welding and stamping. Source: After M. Geiger and T. Nakagawa. 5. 未來輕量化選材發(fā)展趨勢 德國Paderborn大學(xué)O. Habn等人提到“多材料輕量化結(jié)構(gòu)”（Lightweight Construction by multimate