第二章汽车生产用工程材料

钢是以铁和碳为基本组成元素的铁碳合金。具有良好的使用性能和工艺性能。价格低廉，供应充足。

结构钢主要用来制造汽车结构件(如车身、底盘)和汽车零件(如齿轮、连杆、轴等)。一、钢按其化学成分、力学性能和冶金质量等特点，结构钢又可分为碳素结构钢、低合金高强度结构钢、优质碳素结构钢和合金结构钢等。结构钢碳素结构钢低合金高强度结构钢优质碳素结构钢低碳钢中碳钢高碳钢合金结构钢合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢非调质钢在汽车生产中需要采购大量的钢材，主要是指用于锻造零件毛坯或直接切削加工成零件的型材和用于冲压加工所用的板材。二、型材、板材与供货状态型材热轧圆钢和方钢：实际生产中常采用圆钢作原毛坯，多数用作锻件坯料，也有少数直接用于切削加工。冷拉圆钢、方钢：因其尺寸公差和表面质量优于热轧型材，常用于自动切削和冷热顶锻中。板材在汽车车身与车架的生产中，大量使用冷轧或热轧优质碳素钢板，其中车身覆盖件冲压所需钢板的质量要求较高。１）

车身覆盖件用冷轧薄钢板

２）汽车大梁及其他中厚板冲压件用钢板１)车身覆盖件用冷轧薄钢板

(１)深拉深用冷轧铝镇静薄钢板的技术要求。

①分类、代号。按表面质量分为3组:

特别高级的精整表面Ⅰ

高级的精整表面Ⅱ

较高的精整表面Ⅲ按拉深级别分为3级:

用于冲制拉深最复杂的零件ZF用于冲制拉深很复杂的零件HF用于冲制拉深复杂的零件F②钢的牌号及化学成分和性能。③表面质量分为3组。Ⅰ组表面：正面(表示质量好的一面)不得有任何缺陷。反面允许有深度不大于厚度偏差1/4的轻微麻点和轻微划痕。

Ⅱ组表面：正面允许有小于钢板厚度公差1/2的轻微麻点、划痕和轧辊压痕。反面允许有厚度偏差范围内不大于钢板厚度最小范围的下列缺陷：轻微的麻点、划痕和轧辊压痕。

Ⅲ组表面：正面允许有钢板厚度公差1/2范围内的轻微麻点、划痕及轧辊压痕。反面允许在厚度偏差范围内但不得使钢板厚度超出允许的最小范围内的下列缺陷：轻微的麻点、划痕和轧辊压痕。④冲压成型性能试验方法及指标值。(２)超深冲IF冷轧钢板。在超低碳钢中加入足够量的Ti和Nb，使钢中的碳、氮原子完全被固定成碳、氮化合物Ti(C、N），Nb(C、N)，钢中无间隙固溶原子存在，这种钢即称为“无间隙原子钢”，简称IF钢。

IF钢冷轧钢板具有杂质元素(Si、Mn、P和S)含量少、屈服点低、低屈强比、塑性伸长率大、硬化指数n值和厚向异性系数r值高等优点，具有很优异的深冲性能。(３)深拉深用的表面涂覆薄钢板。为了提高汽车覆盖件的抗腐蚀性能，开发了镀锌冷轧板和镀铝冷轧板。这两种表面涂覆钢板的拉深性能更优异，尤其适合于轿车车身覆盖件的生产。①镀锌钢板。

汽车用镀锌钢板有电镀锌钢板和热镀锌钢板两大类，其中电镀锌钢板的拉深性能更好。电镀锌钢板的牌号、化学成分与性能，见表2-9和表2-10。②镀熔化铝钢板。

此类钢板是在深拉深钢板的表面镀以薄层熔化铝，从而提高钢的耐腐蚀性和易涂覆性。目前国内采用的镀铝钢板的牌号及种类见表2-11，表中JIS系日本国家标准。２)汽车大梁及其他中厚板冲压件用钢板

制造汽车纵梁、横梁用低合金热轧钢板：①尺寸、外形。钢板尺寸应符合GB/T3273—2005。厚度允许偏差应符合表2-14(GB/T709—2006)。②技术要求。钢板的钢的牌号、化学成分及机械性能和工艺性能应符合表2-15的规定。行车安全、节约能源与环境保护是当代汽车工业所面临的三大重要课题。其中整车轻量化与零部件塑料化是直接与节能、安全相关的最佳技术措施。实现汽车轻量化，除了运用先进的设计方法，使其结构更合理与紧凑之外，更重要的是采用新型材料。一、塑料及其在汽车中的应用塑料是以有机合成树脂为主要成分(40%~95%)，在一定的温度和压力下能模塑成具有一定尺寸和形状的零件，并在常温下保持该形状的一类材料的总称。有关塑料使用和加工成型的热性能主要有以下几项：(１)线胀系数和成型收缩率。线胀系数———温度升高1℃时，每1cm长的塑料的伸长量。成型收缩率———塑料在热模中成型，脱模冷却后成为制品，必然有收缩之自然现象，即制品尺寸小于模腔尺寸，这就是成型收缩量，以mm/mm表示。成型收缩量乘以100%即为成型收缩率。(２)比热容。比热容是1g塑料温度升高1℃所需的热量。塑料的比热容通常是钢材的3~5倍。

(３)导热系数.指单位面积、单位厚度的塑料试样，温差为1℃时，在单位时间内所通过的,热量，常用W/(m·K)作单位。塑料的导热系数仅为钢的1%左右，所以是良好的隔热材料。(４)耐热性。塑料的耐热性是指温度与变形之间的关系。可以用不同的方法测定其应变-温度曲线来研究耐热性。最常用的方法有马丁耐热法、维卡耐热法和热变形温度试验法3种。

(５)玻璃化温度。通常将塑料高聚物的容积-温度或形变-温度曲线中的突变点表示为玻璃化温度Tg。在Tg的前后，塑料的许多性能如形变、比热容、硬度、密度、折光率等均有突然性变化。当塑料的温度降至Tg时，就成为玻璃态固体。(６)熔体流动速率(亦称熔融指数)。熔体流动速率MI是热塑性塑料在一定温度和压力下，熔体在10min内通过标准毛细管的质量值，以g/10min表示。MI值越大，该塑料在熔融时的流动性越好，反之亦然。采用成型加工才能将液态或固态的塑料制成形状一定、规格不同、性能各异的塑料制品。最常用的塑料成型加工方法有挤出、注塑、压延、吹塑4种。１)挤出成型

热塑性塑料混料后，在挤出机料筒中受到外热及机械剪应力、摩擦热的作用而塑化熔融，再在螺杆的推进下，熔融的物料通过滤板进入有不同型孔的挤出口模，而制得连续长度的各种异型材(板、棒、管、膜等)，这种塑料成型方法称为挤出成型法。挤出成型属于塑料一次加工，主要生产量大面广的各类型材。２)注塑成型

注塑成型也称注射成型，塑料颗粒在注塑机料筒内塑化熔融成流动状态后，以很高的压力和较快的速度通过狭小的喷嘴注射到闭合的温度较低的模具中，经过一定时间的保压与冷却定型，开启模具即可获得塑料制品。这种成型方法即为注塑成型。注塑成型所用的注射模如图2-1所示，这类模具一般由以下8个部分组成。成型零部件浇注系统推出机构排气系统合模导向机构侧向分型的抽芯机构加热和冷却系统支撑零部件３)压延成型

压延成型是采用辊筒进行连续压延(类似轧制)将塑料成型为片材的加工方法。通过多个辊筒进行多道次热压延，将经混料与塑化的物料压延成不同厚度的片材或薄膜。

经过压延辊出来的薄膜，再经过压花辊就可得到带花纹的薄膜。若将布料和薄膜分别导入压延辊经过热压，就可得到人造革制品。４)吹塑成型

吹塑成型实际上是挤出成型和注塑成型再加上压缩空气的吹胀而成型的，它包括吹塑薄膜与中空成型两种。其中，在挤出机前端装设吹塑口模，把挤出的熔融薄管坯用压缩空气自由地吹胀成薄膜管，冷却后再折叠卷绕成双层单膜的吹塑成型。亦称为挤出吹塑法，用挤出机或注塑机先成型熔融的型坯(拉管)，再将型坯放入模具中，合模后用压缩空气吹胀使其贴紧模腔而冷却定型，这样吹塑中空制品(如瓶)的成型工艺，亦称中空成型。汽车主要塑料制品的分类

(1)汽车软内饰制品。

(2)工程塑料注塑硬质汽车塑料制品。二、高强度钢板汽车用高强度钢板的定义，分类与应用实例关于高强度钢板的定义、界定与分类，在国际上尚有不同的提法。如日本将σb>340Mpa的冷轧钢板和σb>490Mpa的热轧钢板称为高强度钢板(HSS)；而德国则将σs>300Mpa的冷轧钢板称为高强度钢板(HSS)；将300Mpa

<σs<600Mpa的称为先进高强度钢板(AHSS)，将σs>600Mpa者称为超高强度钢板。１)高强度钢板的分类与应用实例

目前应用于汽车车身制件的高强度钢板主要有以下几类：①双相钢。其主要组织成分为铁素体、马氏体、奥氏体，其中马氏体含量在5%~20%之间。其化学成分主要是碳和锰，也可有适量的铬、钼及CrMo，此类钢板具有较低的屈强比、高硬化指数和高烘烤硬化性能。一般用于制造要求有较高强度和较高抗碰撞吸收性能且成型要求严格的零件，如车轮轮毂、保险杠、悬架系统件和加强板类件。②相变诱导塑相钢TRIP。其主要组织成分是铁素体、贝氏体和残留奥氏体，主要化学成分是碳、硅、锰。TRIP板最大优点是兼具高强度和高延伸性能，故可冲压成形较复杂的零件；它还具有高碰撞吸能性能，能在车身遭到碰撞时通过自身形变来吸收能量而不向外传递，常用于制作保险杠和底盘类件。此外，它还具有优异的高速力学性能和抗疲劳性能，故可制作结构件及其加强件以及深拉深件，如机油盘、车门、罩壳等。③复相钢CP。其主要组织成分为细微铁素体和高比例的硬相。此类钢的屈服强度σs为800~1000MPa，并具有较高的吸收碰撞能性能和吸收扩孔性能，特别适于制作车门、防撞杆等零件。④烘烤硬化钢BH。其具有一定的高温硬化性能，在烘烤之前σs低，便于冲压成型。在白车身涂装时经过烘烤，钢板便产生硬化，从而提高了车身的强度和刚度。⑤马氏体钢。其主要组织成分是通过将高温的奥氏体组织快速淬火，转变为板条状马氏体。该类钢强度高，但成型性能差。主要用于成型性要求较低的车身零件来替代管状件。常见高强度钢板的命名法、牌号及特征值主要介绍我国宝钢公司及日本产的高强度钢板。①上海宝钢公司产品的命名法及其技术性能。②日本生产的汽车用高强度钢板。

日本生产的热轧和冷轧钢板的系列产品的规格和特征值分别见表2-19和表2-20。超高强度钢板冲压件的热成型工艺

１)间接热成型工艺

２)直接热成型工艺三、激光拼焊板激光拼焊板是指将不同厚度、不同成分、不同力学性能、不同轮廓形状及不同表面涂镀的多片母材板用激光拼焊在一起制成冲压成型前的整块板坯。通常将生产激光拼焊板和用激光拼焊板制造车身冲压件的技术合称为激光拼焊板技术。采用该项新技术能显著降低车身质量，减少油耗与排污，提高构件的强度与抗撞性，还可简化制造工艺、优化用材、降低生产成本。有关激光拼焊板成型中的质量问题及对策

(１)优化具体冲压成型件所用激光拼焊板的焊缝位置与方向，以增强整体板料塑性变形的协调性。(２)针对不等厚激光拼焊板成型时薄侧母材一方易发生起皱和焊缝移动的问题，采用“阶梯形压边圈”或“阶梯形压边圈＋焊缝夹紧柱”两种控制焊缝移动的措施，来抑制薄侧母材的起皱和破裂趋势。(３)采用变压边力和增设优化拉深筋相结合的方法，如采用带液氮弹簧的压边圈以增大压边力；在难成型部位处调整压料面设计并添加优化的拉深筋，便可防止起皱和局部拉裂。四、铝合金汽车用铝合金的品种

铸造铝合金

变形铝合金铝合金密度小，其密度约为钢铁1/3，但其比强度和比刚度高，其成型性能及切削性能良好，并具有良好的抗腐蚀性。因此，铝合金成为汽车轻量化中替代钢铁的最具潜力的金属材料。铸造铝合金

该类合金按化学成分主要分为铝硅系合金、铝铜系合金及铝镁系合金。其特点主要是具有熔点低，流动性好，收缩率小，不易吸气和氧化，产生热裂、冷裂和变形的倾向小。因此，广泛用于制作汽车用铸件，包括压铸件、重力铸造件，低压铸件和半固态压铸件等。变形铝合金

此类铝合金的化学成分不同于铸造铝合金，主要性能要求是具有较高的延展性和冷、热状态下的良好的塑性成型性，以满足采用塑性成形工艺将其加