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maoxinhua4455新蟲 (小有名氣)
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一篇《金屬材料在汽車上的應(yīng)用》綜述
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金屬材料在汽車上的應(yīng)用 引言 汽車-[飛諾網(wǎng)FENO.CN] 隨著科技的不斷進步，汽車工業(yè)的主體技術(shù)正步入轉(zhuǎn)型換代的時期，以機械技術(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、安個利環(huán)保是當今汽車技術(shù)的重要發(fā)展方向，其中汽車輕量化成為當前汽車技術(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、高強度鋼板的應(yīng)用 普通低碳鋼具有很好的塑性加工性能，強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)用高強度鋼板 傳統(tǒng)汽車結(jié)構(gòu)用高強度鋼板是以添加各種合金成分(如添加固溶強化型元素硅、錳等)而成的固溶強化型鋼板和析出強化型(如析出強化型元素鈮、鈦等)鋼板為主，是制造車體結(jié)構(gòu)的主要材料。它的特點是屈服點低、復(fù)合成分多，其抗拉強度可達到440MPa，是普通低碳鋼板的2-3倍，同時它的深拉延性極好，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，這種高強度鋼板的使用已越來越廣泛，產(chǎn)品也在不斷地升級。近年來，許多新研發(fā)出的車型都采用了590MPa級甚至是980MPa級的高強度鋼板。 1.2低合金高強度鋼板 低合金高強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度無間隙固溶冷軋鋼板等。進行車身設(shè)計時可根據(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。 含磷高強度冷軋鋼板：這種鋼抗拉強度可達340～460MPa，比普通冷軋鋼板提高了15%～25%，其強度和塑性的平衡性較好，即隨著強度的增加伸長率和應(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%)，點焊性能也較好�；谝陨蟽�(yōu)點，含磷高強度鋼在車身內(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，如適當使用含磷高強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?shù)耐嘶鸸に嚳刂乒倘芴荚訑?shù)量，達到?jīng)_壓前低屈服強度，再經(jīng)過沖壓、拉延變形及烤漆高溫時效處理后得到的，它的屈服強度得到了明顯提高(可提高40～80MPa)，因此說烘烤硬化冷軋鋼板既薄又有足夠的強度且它的抗凹陷性好，所以BH鋼是車身外板輕量化設(shè)計時首選材料之一。 冷軋雙相DP鋼板：它的特點是屈服強度低，強度高(可達560-1030MPa)，加工硬化指數(shù)高且成型性較好。簡單說DP鋼板的屈強比低，加工硬化高且兼?zhèn)涓邚姸群透咚苄缘奶攸c。因此這種鋼板適用于制造變形程度大且要求強度高的車身零部件，如車門加強板和保險杠等。更具吸引力的是根據(jù)其成型特點，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度，實現(xiàn)了高深沖性與高強度的結(jié)合，特別適用于一些形狀復(fù)雜而強度要求高的沖壓件。 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)動機罩、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度化，還要兼顧永久變形性、疲勞強度及腐蝕環(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。 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，這樣在達到高強度和保證韌性的同時又省去了調(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到很好的防銹效果。使用這種新涂漆鋼板作為車體材料時，車體12a內(nèi)不會發(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)、比強度高、耐腐蝕、熱穩(wěn)定性好、易成型、可回收及再生等優(yōu)點，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用，可以提高安全性，減輕車身質(zhì)量。 由美國密歇根州鋁業(yè)協(xié)會公布的2項研究表明：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%，同時在性能上，和傳統(tǒng)使用鋼材料能達到一致。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，它的強度較高，同時鎂合金還具有阻尼性、導(dǎo)熱性好、電磁屏蔽能力強及尺寸穩(wěn)定性好的特點，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的鋁基復(fù)合材料的比強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度達2100MPa的高強度鋼相比，自重又能降低20%。但使用鈦合金時必須注意的一個問題是當合金強度達到某一水平之后，疲勞強度對抗拉強度有逆依存關(guān)系。低成本的鈦合金被用于特殊汽車卷彈簧的設(shè)計上，因為鈦合金具有低密度，低彈性系數(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)出了一批轎車國產(chǎn)化急需的金屬材料和非金屬材料，促進了國產(chǎn)汽車材料的技術(shù)進步。但是同美、日、德等發(fā)達國家相比我國汽車工業(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)品仍要從國外進口。所以說，國內(nèi)汽車材料領(lǐng)域的現(xiàn)狀還不能滿足我國汽車工業(yè)的發(fā)展需要。 4、汽車材料的發(fā)展趨勢 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，進而人們越來越關(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。實踐證明這些輕量化、高強度化、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)展也帶動了生產(chǎn)工藝的革新。例如：為使驅(qū)動系統(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，這種方法與制鋼時真空脫氣技術(shù)相結(jié)合，可以滿足對齒輪的強度要求。 當然，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格差控制在1.7倍以下，才有可能批量使用鎂。鈦合金的價格也非常高，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，主要是高強度鋼、超高強度鋼、鋁合金及鎂合金等材料的用量有非常大的增長，而鑄鐵、中、低強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)計方向發(fā)展。 4)更重視汽車材料的回收技術(shù)。 5)電動汽車、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。 簡單說，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，都是向著安全、環(huán)保、節(jié)能及舒適的方向發(fā)展。我國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)達國家相比還有一定差距。但是隨著國內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展，相信不久的將來我國的汽車材料行業(yè)必定會騰飛，在國際市場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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2樓2008-04-12 11:06:58
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