用纳米铝实现车身超轻量化.ppt

用纳米铝实现车身超轻量化,小组成员：王冬捷 凌镘晓 覃山福,汽车工业发展产量的增多，汽车保有量的增多，在给人们出行带来了方便的同时也产生了能耗、环境排放和安全3大问题。2008年中国汽车总产量达934.5万辆，汽车保有量6467万辆；据预测，2020年汽车保有量将达到1.5亿辆。汽车的排放已是大中城市空气的主要污染源，占污染份额超过75%，,节能减排刻不容缓！,如何提高汽车的节能减排水平？,汽车是以内燃机为动力的交通工具,之所以产生高能耗、高污染物排放,主要是油气的供应量不够精确以及燃料燃烧不充分所造成的。,提高发动机的综合性能 车身轻量化 制动能量回收系统 新型燃料的开发利用 发展净化汽车尾气技术,汽车轻量化的技术内涵是： 采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行优化设计，或使用新材料在确保汽车综合性能指标的前提下，尽可能降低汽车产品自身重量，以达到减重、降耗、环保、安全的综合指标。,汽车轻量化绝非是简单地将其小型化。首先应保持汽车原有的性能不受影响，既要有目标地减轻汽车自身的重量，又要保证汽车行驶的安全性、耐撞性、抗振性及舒适性，同时汽车本身的造价不被提高，以免造成经济上的压力。,ATTENTION!,车身轻量化的优点：,油耗显著降低 汽车车身约占汽车总质量的30，空载情况下，约70的油耗用在车身质量上。 效率升高 有关研究数据表明，若汽车整车质量降低10，燃油效率可提高68；若滚动阻力减少10，燃油效率可提高3；若车桥、变速器等机构的传动效率提高l0，燃油效率可提高7。 车辆操控稳定性和碰撞安全性的提升 车辆行驶时颠簸会因底盘重量减轻而减轻，整个车身会更加稳定；轻量化材料对冲撞能量的吸收，又可以有效提高碰撞安全性。,汽车轻量化与材料密切相关 汽车轻量化要求一方面用高强度的材料，另一方面要用轻质材料，即强重比较高的材料，而且，它还必须在适于成型、耐腐性、焊接、表面处理等方面都具有出色的性能。,目前研制开发高强度高韧性铝合金, 大致从以下几个方面进行: Al - Cu - Mg (2000 系列) 合金:以杜拉铝、超杜拉铝著称的2017、2024 铝合金，具有与钢材匹敌的强度。但是因含了比较多的铜，而耐蚀性较差 Al - Zn - Mg - Cu (7000 系列) 合金:本系合金分为具有最高强度的Al-Zn-Mg-Cu合金、及不含铜溶接构造用Al-Zn-Mg合金。 Al - Mg - Si (6000 系列) 合金铝基复合材料：本系合金具有良好的强度、及耐蚀性是构造用材料的代表性合金，但是溶接状态的接头强度比较低，通常焊铆钉、螺栓搭配使用。,铝合金,铝合金在轿车上应用图示,Al - Mg - Si 合金,Al-Mg-Si 系合金密度低、耐腐蚀、焊合性好,具有良好的综合机械性能。在烤漆温度160180并保持2030分钟时，合金的强度会显著加强，这称为“烘烤硬化性（Bake Harding,BH性）”充分利用这种BH性，可以使车架材料进一步薄壳化。需要注意的是铝合金板与钢板相比回弹更大，因此在冲压成型时应尽量可能保持较低的耐力状态，也就是尽量保持在较低的室温冲压成型。,铝合金板材,冲压成型,组装,烤漆,冲压成型性,弯曲加工性，焊接/接合性,BH性，防锈性,汽车车架的制造工艺,汽车车架制造过程中的温度变化,铝合金板材融化处理,汽车车架制造工艺流程,温度,制造工艺流程,淬火,放置室温中,冲压成型，组装,烤漆,汽车车架制造过程中的合金强度变化,铝合金板材,汽车车架制造工艺流程,铝合金强度,淬火,放置室温中,冲压成型，组装,烤漆,纳米集合形成,加工硬化,析出强化 （纳米析出相）,制造工艺流程,放置室温时，其BH性无法充分显现，影响到材料特性的参差不齐与强度不足。这样的现象可能与铝合金中原子的集合体（纳米集合体，大小约为12个纳米）形成有关。,上图为Al-Cu合金中纳米集合体形成过程的模拟图，图中A1原子没有表示出来，只显示了Cu原子和原子间的空孔。Cu原了最初足随机无序地散乱分布的，随着时间经过它迅速聚合成微小的纳米集合体(b)及(c)。只要添加进极少量的其他元素(超微合铸)，就可以大大影响其成型过程和分散状态。,另一方面，延展性和成型性很大程度上受到结晶粒的大小、粒界构造组织的影响。 金属多是多结晶体（由复数结晶聚合而成）结晶与结晶间存在分界，这一分界称为结晶粒的粒界，它对金属的形状变化或强度产生影响，特别是粒界附近没有析出物的领域即无析出带（PFZ）的影响效果更大。 对于PFZ的形成、控制，一般认为纳米集合体起了很大作用。,无析出带（PFZ）,纳米铝合金就是通过纳米工艺制造出的、具有全新概念内部组织的一种纳米多晶合金。 纳米多晶合金是指结晶粒内将复数的形状和构造各不相同的纳米析出物（超微析出物）进行分散，同时对PFZ的幅度及纳米析出物的形态进行控制，而制备出的复合组织。,如果能够成功地在纳米水平实现铝合金内部组织的最合理化，从而制备出纳米多晶材料，那么铝合金材料将作为各种汽车板材，在车架、挡泥板、顶盖、前后车门等方面扩大其应用范围，这对于提高汽车的燃料效率、显著减少废气排出