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maoxinhua4455

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[交流] 一篇《金屬材料在汽車上的應(yīng)用》綜述

金屬材料在汽車上的應(yīng)用

引言
汽車-[飛諾網(wǎng)FENO.CN]

　　隨著科技的不斷進(jìn)步，汽車工業(yè)的主體技術(shù)正步入轉(zhuǎn)型換代的時(shí)期，以機(jī)械技術(shù)為主的傳統(tǒng)汽車技術(shù)將被微電子信息技術(shù)、新材料技術(shù)、新工藝技術(shù)和新能源技術(shù)等高新技術(shù)所取代，輕量化、智能化、節(jié)能、安個(gè)利環(huán)保是當(dāng)今汽車技術(shù)的重要發(fā)展方向，其中汽車輕量化成為當(dāng)前汽車技術(shù)最重要的發(fā)展方向，它包括兩大方向：一是基于改善汽車燃汕效率的輕量化，研究表明車重每降低10%，燃油效率可提高68%；二是基于提升汽車性能和安全性的輕量化。作為汽車輕量化的對(duì)策，如何降低汽車制造中消耗量最大的鋼板的質(zhì)量以及如何使用其它輕質(zhì)材料就成為至關(guān)重要的課題。

　　1、高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用

　　普通低碳鋼具有很好的塑性加工性能，強(qiáng)度和剛度也能滿足汽車車身的要求，因此在車身上應(yīng)用很廣。但為滿足汽車輕量化要求，各種類型的高強(qiáng)度鋼板在汽車用鋼板中的使用比例日益提高。

　　1.1結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度鋼板

　　傳統(tǒng)汽車結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度鋼板是以添加各種合金成分(如添加固溶強(qiáng)化型元素硅、錳等)而成的固溶強(qiáng)化型鋼板和析出強(qiáng)化型(如析出強(qiáng)化型元素鈮、鈦等)鋼板為主，是制造車體結(jié)構(gòu)的主要材料。它的特點(diǎn)是屈服點(diǎn)低、復(fù)合成分多，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到440MPa，是普通低碳鋼板的2-3倍，同時(shí)它的深拉延性極好，可軋制成很薄的鋼板，因此是車身輕量化的重要材料，例如原來用厚度1mm的鋼板做側(cè)面板，而采用高強(qiáng)度鋼板厚度可減到0.8mm，既能滿足性能要求又能大大降低車身的質(zhì)量。由于可有效地減輕汽車自身的質(zhì)量，這種高強(qiáng)度鋼板的使用已越來越廣泛，產(chǎn)品也在不斷地升級(jí)。近年來，許多新研發(fā)出的車型都采用了590MPa級(jí)甚至是980MPa級(jí)的高強(qiáng)度鋼板。

　　1.2低合金高強(qiáng)度鋼板

　　低合金高強(qiáng)度鋼板的品種主要有含磷冷軋鋼板、烘烤硬化冷軋鋼板、冷軋雙相鋼板和高強(qiáng)度無間隙固溶冷軋鋼板等。進(jìn)行車身設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)板制零件的受力情況和形狀復(fù)雜程度來選擇鋼板品種。

　　含磷高強(qiáng)度冷軋鋼板：這種鋼抗拉強(qiáng)度可達(dá)340～460MPa，比普通冷軋鋼板提高了15%～25%，其強(qiáng)度和塑性的平衡性較好，即隨著強(qiáng)度的增加伸長(zhǎng)率和應(yīng)變硬化指數(shù)下降甚微，另外它的耐腐蝕性較好(比普通冷軋鋼板提高20%)，點(diǎn)焊性能也較好。基于以上優(yōu)點(diǎn)，含磷高強(qiáng)度鋼在車身內(nèi)、外板上均有廣泛的應(yīng)用，像轎車外板、車門、頂蓋、行李箱蓋升板及載貨汽車駕駛室的沖壓件等都可采用這種鋼板。最重要的是，如適當(dāng)使用含磷高強(qiáng)度鋼板可使材料消耗降低10%。

　　烘烤硬化冷軋鋼板(BH鋼板)：BH鋼是通過適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に嚳刂乒倘芴荚訑?shù)量，達(dá)到?jīng)_壓前低屈服強(qiáng)度，再經(jīng)過沖壓、拉延變形及烤漆高溫時(shí)效處理后得到的，它的屈服強(qiáng)度得到了明顯提高(可提高40～80MPa)，因此說烘烤硬化冷軋鋼板既薄又有足夠的強(qiáng)度且它的抗凹陷性好，所以BH鋼是車身外板輕量化設(shè)計(jì)時(shí)首選材料之一。

　　冷軋雙相DP鋼板：它的特點(diǎn)是屈服強(qiáng)度低，強(qiáng)度高(可達(dá)560-1030MPa)，加工硬化指數(shù)高且成型性較好。簡(jiǎn)單說DP鋼板的屈強(qiáng)比低，加工硬化高且兼?zhèn)涓邚?qiáng)度和高塑性的特點(diǎn)。因此這種鋼板適用于制造變形程度大且要求強(qiáng)度高的車身零部件，如車門加強(qiáng)板和保險(xiǎn)杠等。更具吸引力的是根據(jù)其成型特點(diǎn)，使用DP鋼可使零部件的質(zhì)量減輕30%～60%。

　　無間隙固溶鋼板(Ⅳ鋼板)：它屬于超深沖汽車用鋼板，在經(jīng)過冷軋和連續(xù)退火后可獲得低屈強(qiáng)比和高延伸率等性能，或者說這種鋼具有極為優(yōu)良的深沖和拉延性能，可以用來沖制各種復(fù)雜形態(tài)的汽車沖壓件。

　　超低碳高強(qiáng)度冷軋鋼板：在超低碳鋼(含碳量小于0.005%)中加入適量的鈦或鈮，以保證鋼板的深沖性能，再添加適量的磷以提高鋼板的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了高深沖性與高強(qiáng)度的結(jié)合，特別適用于一些形狀復(fù)雜而強(qiáng)度要求高的沖壓件。

　　1.3輕量化迭層鋼板

　　迭層鋼板與具有同樣剛度的單層鋼板相比，質(zhì)量減少了近43%。由于這種迭層鋼板的隔熱防振性能良好，因此常用來制造發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋及車身底板等零部件。

　　1.4新型彈簧鋼

　　新型彈簧鋼主要是指汽車懸掛系統(tǒng)的彈簧用鋼。目前使用最廣泛的鋼板彈簧是硅鋼。但有一點(diǎn)值得注意的是由于其生產(chǎn)工藝發(fā)生了相應(yīng)的變化，含硅高的彈簧鋼具有較高的脫碳傾向，因此不能只追求高強(qiáng)度化，還要兼顧永久變形性、疲勞強(qiáng)度及腐蝕環(huán)境下的疲勞壽命等因素，所以說低硅或無硅彈簧鋼的發(fā)展是今后變化的趨勢(shì)。

　　1.5微合金非調(diào)質(zhì)鋼

　　采用棒材和線材作原料的構(gòu)件，多數(shù)加工后需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。微合金非調(diào)質(zhì)是指在鋼中加入微量的釩、鈦、鎳等元素，經(jīng)過鍛造或軋制冷卻后在鐵素體和珠光體中析出碳化物或碳氮化合物，這樣在達(dá)到高強(qiáng)度和保證韌性的同時(shí)又省去了調(diào)質(zhì)處理，減少了熱處理工序和設(shè)備，避免熱處理變形和淬火裂紋造成廢品，降低了能耗和成本。

　　1.6新涂漆鋼板

　　歐洲汽車制造廠采用涂覆樹脂(含有鋅粉等防銹顏料)的鍍鋅鋼板作汽車外板以達(dá)到很好的防銹效果。使用這種新涂漆鋼板作為車體材料時(shí)，車體12a內(nèi)不會(huì)發(fā)生穿孔現(xiàn)象。

　　2、其他金屬材料在汽車制造中的應(yīng)用

　　2.1鋁合金

　　與汽車用鋼板相比，鋁合金具有密度小(27g/cm3)、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、熱穩(wěn)定性好、易成型、可回收及再生等優(yōu)點(diǎn)，而且技術(shù)也較成熟。另外由于所有的鋁合金都可以回收再生利用，因此鋁合金深受環(huán)保人士的歡迎。鋁材料在汽車上的運(yùn)用，可以提高安全性，減輕車身質(zhì)量。

　　由美國(guó)密歇根州鋁業(yè)協(xié)會(huì)公布的2項(xiàng)研究表明：通過有選擇地采用鋁材料不僅可以減輕車身的質(zhì)量，而且可以提高其安全性和燃料的使用效率。SUV車身設(shè)計(jì)中使用鋁材料后，其性能得到了提高，使用鋁材料車身質(zhì)量可以減輕40%，同時(shí)在性能上，和傳統(tǒng)使用鋼材料能達(dá)到一致。因此鋁質(zhì)車身使SUV成為大容量及輕質(zhì)量的汽車，而這將適合新一代的“城市SUV”性能要求。

　　2.2鎂合金

　　鎂合金不僅是質(zhì)量輕，而且與鋁合金相比，它的強(qiáng)度較高，同時(shí)鎂合金還具有阻尼性、導(dǎo)熱性好、電磁屏蔽能力強(qiáng)及尺寸穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，這些優(yōu)良的性能使鎂合金在航空工業(yè)和汽車工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。例如，有一種由鎂合金制成的車門，它由內(nèi)外車門板和中間蜂窩狀加強(qiáng)筋構(gòu)成，每扇門的凈重比傳統(tǒng)的鋼制車門輕10kg，剛度卻大幅提高了。

　　2.3鋁基復(fù)合材料

　　鋁基復(fù)合材料質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、比模量高、抗熱疲勞性能好及耐磨性好，是金屬基復(fù)合材料中應(yīng)用最為廣泛的一種材料。例如，本田汽車公司開發(fā)成功的由不銹鋼絲增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量是基體鋁合金的2倍，用這種材料制成的連桿比起鋼制連桿來，質(zhì)量減輕了30%。

　　2.4鈦合金

　　鈦合金適用于制造懸架彈簧、氣門彈簧和氣門。用鈦合金制造板簧與用抗拉強(qiáng)度達(dá)2100MPa的高強(qiáng)度鋼相比，自重又能降低20%。但使用鈦合金時(shí)必須注意的一個(gè)問題是當(dāng)合金強(qiáng)度達(dá)到某一水平之后，疲勞強(qiáng)度對(duì)抗拉強(qiáng)度有逆依存關(guān)系。低成本的鈦合金被用于特殊汽車卷彈簧的設(shè)計(jì)上，因?yàn)殁伜辖鹁哂械兔芏龋蛷椥韵禂?shù)和優(yōu)良的抗腐蝕特性。例如，LCB彈簧能夠像鋼質(zhì)彈簧一樣，旋緊相同的設(shè)備。鈦金屬的切割系數(shù)也是鋼的一半，故在彈簧尺寸上可以減小20%。因此，LCB鈦合金制成的彈簧可以替代鋼質(zhì)彈簧使其質(zhì)量上減輕40%。

　　3、汽車材料應(yīng)用的現(xiàn)狀

　　我國(guó)汽車材料是伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。近些年來，先后開發(fā)出了一批轎車國(guó)產(chǎn)化急需的金屬材料和非金屬材料，促進(jìn)了國(guó)產(chǎn)汽車材料的技術(shù)進(jìn)步。但是同美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)汽車工業(yè)整體技術(shù)水平還比較落后，汽車材料領(lǐng)域的差距更大，有些高端產(chǎn)品仍要從國(guó)外進(jìn)口。所以說，國(guó)內(nèi)汽車材料領(lǐng)域的現(xiàn)狀還不能滿足我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展需要。

　　4、汽車材料的發(fā)展趨勢(shì)

　　眾所周知，要想保證汽車的安全和舒適就要增加汽車車身的質(zhì)量；要保證汽車的節(jié)能性和環(huán)保性就要降低汽車車身的質(zhì)量。從表面上看，這兩方面是相互矛盾的，但是在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，各種輕質(zhì)材料的開發(fā)與使用就很好的解決了這一問題，進(jìn)而人們?cè)絹碓疥P(guān)注輕質(zhì)材料了，輕質(zhì)材料的生產(chǎn)工藝也越來越成熟了。實(shí)踐證明這些輕量化、高強(qiáng)度化、高防銹能力、好的加工性能和減振性能的輕質(zhì)材料不僅可以保證汽車的各項(xiàng)性能要求又能有效地減輕汽車自身的質(zhì)量。最新資料顯示，輕質(zhì)材料的大量使用使得汽車自身質(zhì)量與過去相比減輕了20%～60%，預(yù)計(jì)在未來的10a內(nèi)，轎車自身質(zhì)量還將繼續(xù)減輕20%。

　　從另外一角度講，輕質(zhì)材料的使用與發(fā)展也帶動(dòng)了生產(chǎn)工藝的革新。例如：為使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)齒輪能滿足高功率輸出、輕量化和降低噪聲等要求，在鋼鐵材料的制造過程中采用了連續(xù)鑄造法，用這種方法生產(chǎn)出的鋼材具有冷卻速度快及成分偏析少的優(yōu)點(diǎn)，這種方法與制鋼時(shí)真空脫氣技術(shù)相結(jié)合，可以滿足對(duì)齒輪的強(qiáng)度要求。

　　當(dāng)然，這些新型材料的使用也需要考慮成本問題。例如，鎂的比重只有鋁的0.64，因此只有將兩者的價(jià)格差控制在1.7倍以下，才有可能批量使用鎂。鈦合金的價(jià)格也非常高，這在一定程度制約了它的使用。雙相鋼的生產(chǎn)加工工藝也較復(fù)雜，因此它的價(jià)格也偏高。所以解決好成本問題才能大規(guī)模使用這些新型的輕質(zhì)材料。

　　5、結(jié)論

　　從以上的論述中可以看出當(dāng)前世界汽車材料技術(shù)發(fā)展的主要特征是：

　　1)輕量化與環(huán)保是當(dāng)今汽車材料發(fā)展的主要方向；

　　2)各種材料在汽車上的應(yīng)用比例正發(fā)生變化，主要是高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼、鋁合金及鎂合金等材料的用量有非常大的增長(zhǎng)，而鑄鐵、中、低強(qiáng)度鋼的比例將逐步下降；

　　3)輕量化材料技術(shù)與汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝的結(jié)合將更為密切，汽車車身結(jié)構(gòu)材料將趨向多材料設(shè)計(jì)方向發(fā)展。

　　4)更重視汽車材料的回收技術(shù)。

　　5)電動(dòng)汽車、代用燃料汽車專用材料以及汽車功能材料的開發(fā)和應(yīng)用工作不斷加強(qiáng)。

　　簡(jiǎn)單說，為了滿足節(jié)省能源、節(jié)省資源及輕量化的需要，新材料被相繼推出并使用。在應(yīng)用得比較成熟的金屬材料中，鋼鐵材料和輕金屬材料也出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢(shì)，都是向著安全、環(huán)保、節(jié)能及舒適的方向發(fā)展。我國(guó)目前汽車用鋼板及其他金屬材料的生產(chǎn)技術(shù)還較落后，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距。但是隨著國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展，相信不久的將來我國(guó)的汽車材料行業(yè)必定會(huì)騰飛，在國(guó)際市場(chǎng)上必定占有一席之地。Sample TextSample Text

[ Last edited by 江南豪情 on 2008-4-12 at 15:11 ]

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1樓 2008-03-31 20:08:44

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2樓2008-04-12 11:06:58

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