汽车钣金常用的金属材料简介.ppt

第四章 汽车钣金常用的金属材料 本章知识点 1 汽车钣金对金属材料的要求 2 常用金属材料机械性能 使用性 3 常用金属材料在汽车上的应用 汽车钣金常用的金属材料有黑色金属和有色金属两大类 由于性能及价格的关系 在汽车车身钣金材料中 黑色金属占90 以上 其他材料仅占不到10 我们了解汽车钣金用金属材料 必须了解以下几方面内容 1 汽车钣金对金属材料的要求 2 常用金属材料机械性能 使用性能 3 常用金属材料在汽车上的应用 一 汽车钣金对金属材料的要求在现代生活中 汽车既是工业 农业乃至各行各业的最重要的交通运输工具之一 也是人类日常生活中最重要的活动工具之一 在使用过程中 汽车往往在极其恶劣的环境中进行工作 重载荷 高速度 高振动 高粉尘 而且经常日晒雨淋 工作温度非常悬殊 因而对汽车的钣金件特别是钣金覆盖件 提出了较为严格的要求 1 良好的机械性能由于汽车在工作中经常处于高速 重载 频繁的振动状态 所以对于汽车钣金件 必须具有足够的强度 适宜的硬度 良好的韧性以及良好的抗疲劳性能 以保证汽车在正常运行中不变形 不损坏 以满足运输的需要 2 良好的工艺性能在汽车制造与修理中 许多钣金结构件的形状是非常复杂的 为了避免钣金工作的困难 要求钣金材料必须有良好的工艺性能 即 1 钣金材料必须有很好的压力加工性能 保证钣金工件的顺利成形 即有很好的塑性 要有在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力 对于冷作零件来讲 要有良好的冷塑性 如汽车车零件冲压件 对于热作零件来讲 要有良好的热塑性 如热锻件弹簧钢板 热铆铆钉等 2 良好的可焊性 许多汽车钣金零件是通过点焊 氧焊 弧焊或气体保护焊等方式熔焊在一起的 所以要求钣金零件必须有良好的焊接性能 3 良好的化学稳定性汽车覆盖件大都是在露天环境中工作的 经常与水及蒸汽接触 特别象消声器 经常在较高温度和腐蚀气体下工作 这就要求钣金零件必须有良好的化学稳定性 既要求在常温下耐腐蚀 防锈能力强 又要求在高温或太阳暴晒下不被腐蚀 不变形 4 良好的板材的尺寸精度和内在质量板材的尺寸精度和内在质量对钣金加工影 响极大 特别是对模压件影响更大 具体要求是 1 板材尺寸精度高 厚度均匀 无变形 2 表面平整 光洁度高 无气泡 缩孔 划痕 裂纹等缺陷 3 无严重锈蚀及氧化皮等附着物 4 组织均匀 晶体组织及硬度无明显差异 5 价格低廉 经济实用对于汽车的任何构件 在满足工作条件的情况下 都应考虑到经济性 能用黑色金属的 不用有色金属 能用有色金属的 绝不用贵重金属 汽车钣金构件的寿命 应该与汽车其他构件的寿命相适应 二 汽车钣金材料的机械性能金属材料的机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的性能 它主要包括强度 塑性 弹性 硬度和疲劳等 1 强度强度是指金属材料在静载荷的作用下抵抗变形和破坏的能力 常用来衡量金属强度的指标有屈服强度和抗拉强度 1 屈服强度屈服强度又称屈服极限 金属材料在外力作用达到一定程度时 即使外力不再增加 而材料的变形仍将继续 这种现象叫做 屈服 开始发生屈服现象的应力点叫屈服点 用符号o8表示 屈服点是金属材料将要发生显著塑性变形时的标志 材料的屈服点越高 产生塑性变形所需载荷就越大 在钣金作业中 通常要使材料改变为各种各样的形状 所以必须使饭材的屈服点适合钣金加工的需要 2 抗拉强度抗拉强度是指材料在拉断前所能承受的最大拉力 用符号ob表示 2 塑性塑性是指金属材料在载荷作用下 产生塑性变形 永久变形 而不破坏的能力 3 硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的指标 目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度法 它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面 根据被压入程度来测定其硬度值 常用的方法有布氏硬度 HB 洛氏硬度 HRA HRB HRC 和维氏硬度 HV 等方法 4 疲劳前面所讨论的强度 塑性 硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指标 实际上 许多机器零件都是在循环载荷下工作的 在这种条件下零件会产生疲劳 5 冲击韧性以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷 金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性 三 常用金属材料在汽车上的应用 1 高强度钢板的应用普通低碳钢具有很好的塑性加工性能 强度和刚度也能满足汽车车身的要求 因此在车身上应用很广 但为满足汽车轻量化要求 各种类型的高强度钢板在汽车用钢板中的使用比例日益提高 1 1结构用高强度钢板传统汽车结构用高强度钢板是以添加各种合金成分 如添加固溶强化型元素硅 锰等 而成的固溶强化型钢板和析出强化型 如析出强化型元素铌 钛等 钢板为主 是制造车体结构的主要材料 它的特点是屈服点低 复合成分多 其抗拉强度可达到440MPa 是普通低碳钢板的2 3倍 同时它的深拉延性极好 可轧制成很薄的钢板 因此是车身轻量化的重要材料 例如原来用厚度1mm的钢板做侧面板 而采用高强度钢板厚度可减到0 8mm 既能满足性能要求又能大大降低车身的质量 由于可有效地减轻汽车自身的质量 这种高强度钢板的使用已越来越广泛 产品也在不断地升级 近年来 许多新研发出的车型都采用了590MPa级甚至是980MPa级的高强度钢板 1 2低合金高强度钢板低合金高强度钢板的品种主要有含磷冷轧钢板 烘烤硬化冷轧钢板 冷轧双相钢板和高强度无间隙固溶冷轧钢板等 进行车身设计时可根据板制零件的受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种 含磷高强度冷轧钢板 这种钢抗拉强度可达340 460MPa 比普通冷轧钢板提高了15 25 其强度和塑性的平衡性较好 即随着强度的增加伸长率和应变硬化指数下降甚微 另外它的耐腐蚀性较好 比普通冷轧钢板提高20 点焊性能也较好 1 3轻量化迭层钢板迭层钢板与具有同样刚度的单层钢板相比 质量减少了近43 由于这种迭层钢板的隔热防振性能良好 因此常用来制造发动机罩 行李箱盖及车身底板等零部件 1 4新型弹簧钢新型弹簧钢主要是指汽车悬挂系统的弹簧用钢 目前使用最广泛的钢板弹簧是硅钢 但有一点值得注意的是由于其生产工艺发生了相应的变化 含硅高的弹簧钢具有较高的脱碳倾向 因此不能只追求高强度化 还要兼顾永久变形性 疲劳强度及腐蚀环境下的疲劳寿命等因素 所以说低硅或无硅弹簧钢的发展是今后变化的趋势 1 5微合金非调质钢采用棒材和线材作原料的构件 多数加工后需要进行调质热处理 微合金非调质是指在钢中加入微量的钒 钛 镍等元素 经过锻造或轧制冷却后在铁素体和珠光体中析出碳化物或碳氮化合物 这样在达到高强度和保证韧性的同时又省去了调质处理 减少了热处理工序和设备 避免热处理变形和淬火裂纹造成废品 降低了能耗和成本 2 其他金属材料在汽车制造中的应用2 1铝合金与汽车用钢板相比 铝合金具有密度小 27g cm3 比强度高 耐腐蚀 热稳定性好 易成型 可回收及再生等优点 而且技术也较成熟 另外由于所有的铝合金都可以回收再生利用 因此铝合金深受环保人士的欢迎 铝材料在汽车上的运用 可以提高安全性 减轻车身质量 由美国密歇根州铝业协会公布的2项研究表明 通过有选择地采用铝材料不仅可以减轻车身的质量 而且可以提高其安全性和燃料的使用效率 SUV车身设计中使用铝材料后 其性能得到了提高 使用铝材料车身质量可以减轻40 同时在性能上 和传统使用钢材料能达到一致 因此铝质车身使SUV成为大容量及轻质量的汽车 而这将适合新一代的 城市SUV 性能要求 SUV指的是城市多功能车的英文 SportUtilityVehicle 缩写意思 20世纪80年代起源于美国 是为迎合年轻白领阶层的爱好而在皮卡底盘上发展起来的一种厢体车 离地间隙较大 在一定的程度上既有轿车的舒适性又有越野车的越野性能 2 2镁合金镁合金不仅是质量轻 而且与铝合金相比 它的强度较高 同时镁合金还具有阻尼性 导热性好 电磁屏蔽能力强及尺寸稳定性好的特点 这些优良的性能使镁合金在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用 例如 有一种由镁合金制成的车门 它由内外车门板和中间蜂窝状加强筋构成 每扇门的净重比传统的钢制车门轻10kg 刚度却大幅提高了 2 3铝基复合材料铝基复合材料质量轻 比强度高 比模量高 抗热疲劳性能好及耐磨性好 是金属基复合材料中应用最为广泛的一种材料 例如 本田汽车公司开发成功的由不锈钢丝增强的铝基复合材料的比强度和比模量是基体铝合金的2倍 用这种材料制成的连杆比起钢制连杆来 质量减轻了30 2 4钛合金钛合金适用于制造悬架弹簧 气门弹簧和气门 用钛合金制造板簧与用抗拉强度达2100MPa的高强度钢相比 自重又能降低20 但使用钛合金时必须注意的一个问题是当合金强度达到某一水平之后 疲劳强度对抗拉强度有逆依存关系 低成本的钛合金被用于特殊汽车卷弹簧的设计上 因为钛合金具有低密度 低弹性系数和优良的抗腐蚀特性 例如 LCB弹簧能够像钢质弹簧一样 旋紧相同的设备 钛金属的切割系数也是钢的一半 故在弹簧尺寸上可以减小20 因此 LCB钛合金制成的弹簧可以替代钢质弹簧使其质量上减轻40 3 汽车材料的发展趋势众所周知 要想保证汽车的安全和舒适就要增加汽车车身的质量 要保证汽车的节能性和环保性就要降低汽车车身的质量 从表面上看 这两方面是相互矛盾的 但是在科学技术日新月异的今天 各种轻质材料的开发与使用就很好的解决了这一问题 进而人们越来越关注轻质材料了 轻质材料的生产工艺也越来越成熟了 实践证明这些轻量化 高强度化 高防锈能力 好的加工性能和减振性能的轻质材料不仅可以保证汽车的各项性能要求又能有效地减轻汽车自身的质量 最新资料显示 轻质材料的大量使用使得汽车自身质量与过去相比减轻了20 60 预计在未来的10a内 轿车自身质量还将继续减轻20 从另外一角度讲 轻质材料的使用与发展也带动了生产工艺的革新 例如 为使驱动系统齿轮能满足高功率输出 轻量化和降低噪声等要求 在钢铁材料的制造过程中采