新能源汽车轻量化技术 课件 项目2 汽车常用材料认识

新能源汽车轻量化技术项目2汽车常用材料认识任务一汽车常用黑色金属介绍1、金属分类2、钢材分类及应用3、铸铁及应用

任务1汽车常用黑色金属介绍1.金属材料分类金属材料是现代工业应用最广的材料之一，其具有良好的导电性、导热性、塑性和工艺性能等。冶金学上通常将金属分为黑色金属和有色金属两大类.黑色金属是指铁、铬、锰及其合金材料，包括铸铁，碳钢和合金钢等材料；有色金属是指铁、铬、锰以外的金属材料，常用的有铝、镁、铜及其合金，稀有金属等。任务1汽车常用黑色金属介绍钢材是指以铁元素为基础的合金材料，钢材是应用最为广泛的铁碳合金材料，也被称为“工业的骨骼”。钢材的种类繁多，根据钢材的生产方式、使用特点、力学性能等也有不同的分类方法。钢材分类通常包括按钢材的化学成分、钢材冶炼质量、冶炼方法、金相组织特征、材料用途、力学性能等分类方式。2.钢材分类及应用任务1汽车常用黑色金属介绍按化学成分分类按材料的化学成分，钢材可以分为碳素钢和合金钢两大类。碳含量低于0.25%的碳素钢称为低碳钢。碳素钢低碳钢包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢。碳含量为0.25%～0.60%的碳素钢称为中碳钢。中碳钢具有良好的热加工和切削加工性能，焊接性能较差。广泛用于建筑结构材料和各种机械零件生产制造。碳含量从0.60%至1.70%的碳素钢称为高碳钢。高碳钢经过适当的热处理工艺可以获得优良的力学性能，通常具有高强度、高硬度、高的弹性极限和疲劳极限等优点。同时，高碳钢可焊接性能和塑性变形能力差。高碳钢主要用于制造弹簧和耐磨性要求高的零部件。2.钢材分类及应用任务1汽车常用黑色金属介绍按冶炼方法分类按钢材冶炼方法可以分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。平炉钢是指用平炉冶炼的的钢材，主要是碳素钢和普通低合金钢。冶炼中在平炉熔池中用氩气处理钢水的工艺，在容量为150t、300t和430t平炉中进行了试炼。转炉钢是指在转炉内以液态生铁为原料，将高压空气或氧气从转炉的顶部、底部、侧面吹入炉内熔化的生铁液中，使生铁中的杂质被氧化去除而炼成的钢。电炉钢是以电为能源的炼钢炉生产的钢，主要包括电弧炉、感应电炉、电渣炉、电子束炉、自耗电弧炉等，通常所说的电炉钢是用碱性电弧炉生产的钢。电炉钢有各种类型，多为优质碳素结构钢、工具钢及合金钢。2.钢材分类及应用任务1汽车常用黑色金属介绍按用途分类按照用途分类，钢材可以分为结构钢、工具钢和特殊性能钢等类型。其中，结构钢包括优质碳素结构钢、合金结构钢和合金弹簧钢。优质碳素结构钢以两位数字表示，这两位数字代表钢材平均碳含量。例如，45钢即表示碳含量为0.45%的优质碳素结构钢。工具钢包括碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。碳素工具的牌号以字母“T”开头，以及含量数字组成，如T10A表示含碳量为1%的高级优质碳素工具钢。合金工具钢和高速工具的牌号表示方法于合金结构钢类似，但一般不标明含碳量数字，如图Cr12MoV表示含平均含碳量1.6%，平均含铬量为12%，平均含钼量为0.5%的合金工具钢。2.钢材分类及应用任务1汽车常用黑色金属介绍按力学性能分类屈服强度和抗拉强度是评价钢材强度性能的两个重要参数。根据钢材强度性能等级可以分为低强度刚度、高强度和超高强度等类型。行业中对高强度钢、超高强度钢并没有统一的定义，有的就采用低强度钢和高强度钢进行分类。本书参照超轻钢车身先进汽车概念（UltraLightSteelAutoBody-AdvanceVehicleConcept，ULSAB-AVC）对汽车用钢材进行分类如表2-1所示。2.钢材分类及应用任务1汽车常用黑色金属介绍钢材牌号标记时可以按照钢材屈服强度和抗拉强度特性进行标记，如X

a/b，中X为钢材的种类标记，a为该钢材的屈服强度下限值（单位为MPa），b为该钢材的抗拉强度下限值（单位为MPa）。例如：DP590/980是指最低屈服强度为590MPa，最低抗拉强度为980MPa的双相钢。2.钢材分类及应用任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用高强钢的特点高强钢以其抗拉强度高而著称，相比铝合金、镁合金等轻量化材料具有以下优点：（1）原材料价格低、经济性好。通常情况下，高强度原材料价格比普通钢材略高，但仅相当于铝合金材料价格的三分之一左右。（2）力学性能优越，易于保证零件刚度。高强钢的弹性模量通常为200～210GPa，其弹性模量相当于铝合金弹性模量的3倍左右，有利于保证零件设计的刚度要求。（3）成型工艺性、焊接性能良好。高强钢具有良好的断裂延伸率，便于冲压成型和焊接生产，适合制造复杂的汽车零件和焊接组装，零件制造成本低。任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用高强钢与普通低碳相比具有以下优势：（1）具有较高的烘烤硬化性能，通过涂装烘烤，可以提升强度。（2）能量吸收效率高，适合用于制造碰撞吸能区域的零件设计。（3）具有较高的疲劳强度性能，易于保证零件使用寿命。（4）具有较高的防撞能力和抗凹性能。任务1汽车常用黑色金属介绍外覆盖件汽车外覆盖件包括翼子板、侧围外板、车门外板、发动机罩外板、行李箱盖外板等各类外观可见零件。因为这类零件始终暴露在用户视线可见范围，其表面质量要求高，必须具有抗腐蚀能力，同时应保证强度和刚性的要求。其次，由于用户审美需要，车辆外观造型越来越复杂，这就要求外覆盖件材料需要有良好的成型性，因此要求其具备良好的塑性和延展性。现在的乘用车外覆盖件一般使用料厚0.6mm～1.0mm的薄板冲压成型，其表面采用镀锌涂层或使用锌铁合金钢板。发动机罩、前后车门、侧围外板、行李箱盖等外板多采用BH烘烤硬化钢、优质低碳钢等材料制造，其屈服强度较低，多数都在200MPa左右，断裂延伸率较高δ≥30%，这有利于保证零件完成较大成型拉延深度。2.钢材分类及应用任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用侧围外板任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用内覆盖件汽车内覆盖件对外观质量的要求没有外覆盖件那么高，但是通常内覆盖件比外覆盖件具有更复杂的结构、更深的拉延深度。因此汽车内覆盖对塑性应变比和延伸率要求高，由于其拉伸深度大，对变形均匀性也要求较高，板料厚一般选用0.8mm~1.2mm优质低碳钢生产，断裂延伸率可达40%以上。如图2-4所示为采用优质低碳钢（DC06）拉伸成型的某尾门内板零件，该尾门内板结构复杂，整体拉伸深度达300mm，还涉多处局部凸台、起筋和支架等细节特征。任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用尾门内板任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用汽车前碰撞横梁通常是一个独立的总成结构，采用螺栓与车辆前端纵梁进行连接。前碰撞横梁的主要作用是通过变形来吸收车辆正面碰撞的能量。低速碰撞时，碰撞横梁可以吸收绝大部分能量，可以有效保护车身结构。由于碰撞横梁采用螺栓与前纵梁连接，即便碰撞横梁碰撞变形后不能修复，也可以可以局部更换，这有助于降低车辆修理成本。高速碰撞时，前碰撞横梁也是重要吸能装置，有助于减小前纵梁或者乘员舱的结构变形。随着整车结构耐撞性能要求的不断提升，要求前碰撞横梁更充分地发挥碰撞吸能功能，因此，高强钢、超高强度钢常被用于制造前碰撞横梁。如图2-5为某前碰撞横梁结构设计，采用抗拉强度1000Mpa级的双相钢DP980成型并焊接组成封闭截面。根据整车质量和碰撞性能要求，前碰撞横梁材料厚度为1.5mm~2.5mm。任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用前碰撞横梁任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用汽车前纵梁是汽车中最重要的承载部件，绝大多数前置前驱车型的动力总成系统都是安装在前纵梁上。同时，前纵梁也是正面高速碰撞主要吸能和变形区域。整车结构耐撞性开发通常要求高速碰撞时乘员舱尽量小，避免乘员因空间过度挤压而导致严重伤害，这就要求车辆结构在前纵梁根部前完成绝大部分碰撞能量吸收和承担结构变形功能。如图2-6为某前纵梁结构，采用槽型内板加外板焊接形成封闭型腔，并且槽型内板内还布置加强件等，通常采用抗拉强度600~800Mpa的优质高强度钢，厚度1.5~2.5mm。任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用前纵梁结构任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用乘用车B柱结构除了安装固定车门外，也是构成车身骨架主要部件，是侧面碰撞保护乘员安全的重要结构。按照乘用车侧面碰撞试验规范，碰撞臂障撞击位置主要集中在B柱前后区域。B柱下端连接门槛梁，上端连接顶盖边梁，共同组成车身承载框架结构。随着碰撞安全性能要求的不断提高，乘用车B柱结构广泛采用高强钢、超高强度钢制造，提升乘员保护能力。如图2-7所示为某B车型B柱及上下连接结构，根据碰撞设计需要B柱子通常由内外板及加强件组成，材料抗拉强度通常大于800MPa，甚至有的采用抗拉强度高达1200MPa以上的超高强钢材料。与B柱连接的门槛梁和顶盖边梁的材料抗拉强度也通常达到600MPa以上，门槛梁已经较多的采用1000MPa及以上的超高强钢材料制造。任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用B柱及上下连接结构任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用如图2-8以某麦弗逊悬架为例，前悬架中的副车架总成、下控制总成等零件多数都采用钣金冲焊形成封闭型腔结构。这类零件在工作过程将承载较大的冲击载荷，零件强度性能要求高，因此通常采用高强度钢制作而成。该案例中的副车架、下摆臂零件片体均采用屈服强度250MPa以上，抗拉强度500MPa以上钢材制造。稳定杆具有较大受力，左右两端相对位移大等工作特点，要求零件具有高强度和抗扭变形能力，通常制作成实心杆件，材料多采用60Si2MnA等弹簧钢制造。任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用前悬架零件材料任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用车架是非承载式车身车辆结构中最重要的承载结构，车身系统、悬架系统、动力系统等都是以车架为安装基础。皮卡、中大型SUV等车型较多的采用带车架的非承载式车身结构，如图2-9所示为某皮卡的车架。该车架结构主要采用刚强度钢板冲压和气体保护焊制造工艺，前端碰撞吸能结构材料抗拉强度可达600~1000MPa，中后段及安装连接支架使用钢材主要是以抗拉强度达到500MPa以上的高强度钢为主。任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用车架结构任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用汽车传动轴和半轴主要用于传递扭矩载荷，是影响汽车安全及舒适度的重要部件。传动轴和半轴在工作中承受着较高的扭转和弯曲应力，因此既要考虑扭转和弯曲强度，又必须有高的疲劳强度，轿车和轻型车的半轴多采用冷挤压，载重汽车的半轴多采用锻造。国内各大钢厂目前生产的传动牌号有：50MnB、40Cr、35CrMo等。如图2-10所示的半轴采用40Cr制造，传动轴采用35CrMo制造。任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用半轴与传动轴任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用弹簧钢主要用于生产制造汽车钢板弹簧、汽车扭力杆、螺旋弹簧、气门弹簧等。对于汽车悬架板簧用热轧扁钢，主要是Si-Mn系钢，产量最大的是60Si2Mn(A),约占60%~70%。国产汽车阀门弹簧钢在数量、质量、品种、规格上与汽车工业的需求由较大差距，钢号以50CrVA、55SiCr为主，如图2-11所示轻型汽车钢板弹簧就是采用55SiCr制造任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用齿轮钢是对可用于加工制造齿轮的钢材的统称，汽车行业主要应用齿轮钢生产制造汽车变速箱轴、齿类零件；汽车驱动桥差速器主从动齿、星形齿、半轴齿轮；转向器蜗轮、蜗杆、齿条；发动机正时齿轮等。汽车齿轮钢不但要求有良好的强韧性、耐磨性，承受冲击、弯曲和接触盈利，而且还要变形小、精度高、噪音低。齿轮钢一般有低碳钢如20#钢，低碳合金钢如：20Cr、20CrMnTi等，中碳钢：35#钢、45#钢等，中碳合金钢：40Cr、42CrMo、35CrMo等。如图2-12所示汽车转向机内部的蜗杆主要35CrMo制造。任务1汽车常用黑色金属介绍2.钢材分类及应用轴承钢主要用于制造汽车电机轴承、轮毂轴承等零件。汽车用轴承钢对材料的化学成分和内部组织及均有相应的要求。钢材的物理、化学、机械性能和金相组织都是由化学成分决定的，改变了化学成分，就改变了钢的基本性质，因此，轴承钢的化学成分必须符合标准规定的允许范围。轴承钢材要求内部要致密、部组织要均匀、纯净度要高。常用的轴承钢材料代表牌号GCr15、GCr15SiMn、GCr18Mo；汽车轮毂轴承常用材料代表牌号是S55C、R1070，如图2-13所示。任务1汽车常用黑色金属介绍3.铸铁及应用铸铁及分类铸铁是含碳量大于2.11%（一般为2.5～4%）的铁碳合金。它是以铁、碳、硅为主要组成元素并比碳钢含有较多的锰、硫、磷等杂质的多元合金。铸铁材料具有多种分类方式，常见的分类主要包括按断口特征分类和按石墨形态分类等。根据铸铁材料断口特征通常分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁三类。根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁三类。任务1汽车常用黑色金属介绍3.铸铁及应用白口铸铁中碳除少数溶于铁素体外，其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断口呈银白色，故称白口铸铁。白口铸铁质地硬而脆，抗冲击载荷能力极差，不能进行切削加工。工业生产中很少直接应用白口铸铁来制作机械零件，其主要用于可锻铸铁的毛坯或者制作耐磨性要求高的零部件。任务1汽车常用黑色金属介绍3.铸铁及应用灰口铸铁：碳含量较高，通常可达2.7%~4.0%。其碳元素主要以片状石墨的形态存在，断口呈现灰色，因此被成为灰铸铁。灰铸铁具有良好的抗压强度和硬度性能，减震性良好，凝固收缩量小，具有良好的铸造工艺性。灰铸铁中的碳以片状石墨存在，其耐磨性良好。灰铸铁常用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构。灰口铸铁的材料牌号通常以“HT”和最低抗拉强度组合而成，表示灰口铸铁，例如HT150表示抗拉强度下极限为150MPa的灰铸铁。任务1汽车常用黑色金属介绍3.铸铁及应用由于灰铸铁具有良好的机械性能和铸造工艺性能，以及优越的减震性和耐磨性，自然成为汽缸体的首选材料。目前，大部分灰铸铁缸体铸件均由HT200、HT250、HT300等材质制备而成。铸铁发动机缸体缸盖任务1汽车常用黑色金属介绍3.铸铁及应用麻口铸铁是兼有灰口铸铁和白口铸铁组织成分的混合体。通常认为麻口铸铁组织的形成是由于不恰当的合金成分和冷却速度，使得铸铁的冷却凝固中形成既有石墨又有渗碳体的组成成分。微观成分分析发现麻口铸铁成分主要包括莱氏体+珠光体+石墨或珠光体+渗碳体+石墨。由于莱氏体或渗碳体的存在，所以麻口铸铁硬度高、很脆，加工性不好，力学性能也不好，生产制造中应该尽量避免出现麻口组织。任务1汽车常用黑色金属介绍3.铸铁及应用可锻铸铁是白口铸铁经过石墨化退火处理得到的一种高韧性的铸铁。可锻铸铁内部的石墨主要成团絮状和絮状，有时候也有少量的团球状。可锻铸铁具有较高的强度、塑性和冲击韧性。根据材料成分、热处理工艺和性能特征等，可以分为黑口可锻铸铁、珠光体可锻铸铁、白心可锻铸铁和球墨可锻铸铁四类。可锻铸铁主要用于汽车车桥的桥壳、阀体、管接头等受冲击和振动载荷作用的零部件。可锻铸铁的牌号是以铸铁类型、最低抗拉强度和最低断裂延伸率等信息组成。例如：KTH330-08表示最低抗拉强度为330MPa，最低断裂延伸率为8%的的黑心可锻铸铁。KTZ550-04表示最低抗拉强度为550MPa，最低断裂延伸率为4%的的珠光体可锻铸铁。任务1汽车常用黑色金属介绍3.铸铁及应用球墨铸铁是20世纪五十年代才逐步发展起来的一种高强度铸铁形式。通过球化处理使得铸铁内部呈现球状石墨，极大程度的提高铸铁的机械性能，特别是其具有较高的塑性和韧性，其综合性能几近于钢材。因此被广泛用于铸造结构复杂、受力复杂等机械零件，例如发动机曲轴、凸轮轴、齿轮机构、液压缸体等。球墨铸铁的牌号通常采用材料名、材料最低抗拉强度和最低延伸率组成，例如：QT450-10是指最低抗拉强度为450MPa，最低断裂延伸率为10%的球墨铸铁。任务1汽车常用黑色金属介绍3.铸铁及应用对于工作载荷较大的部件连接，其支架对强度和耐久性能要求高，通常采用铸造成型制造。不论是乘用车还是商用车行业，承载性能要求高的支架都可以采用灰铸铁、球墨铸铁等材料制造。任务1汽车常用黑色金属介绍3.铸铁及应用球墨铸铁支架球墨铸铁转向节任务2汽车常用有色金属介绍1.有色金属认识轻质有色金属材料具有密度低、比强度和比刚度高等特性，在汽车轻量化领域具有广泛的应用，尤其是在新能源汽车产业。按铝合金抗拉强度进行分类，可以分为低强度铝合金，中强度铝合金，高强度铝合金和超高强度铝合金。低强度铝合金是指抗拉强度小于100MPa的铝合金材料；中强度铝合金是指抗拉强度在100MPa到300MPa之间的铝合金材料；高强度铝合金是指抗拉强度为300MPa到500MPa的铝合金材料；超高强度铝合金是指抗拉强度大于500MPa的铝合金材料。镁合金是以镁元素为基础材料并加入其他元素组成的合金。镁合金材料的其特点是：密度小（1.8g/cm3左右），比强度高，比弹性模量大，散热性能好，减震性能良好，抗电磁干扰性能好，其承受冲击载荷能力比铝合金更大，具有良好的耐有机物和碱的腐蚀性能。镁合金还具有良好的成型工艺性，广泛的应用电子电器、汽车工业以及航空航天等领域。任务2汽车常用有色金属介绍2.铝合金及应用铝合金按其成分和加工方法又分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金是先将合金配料熔铸成坯锭，再进行塑性变形加工，通过轧制、挤压、拉伸、锻造等方法制成各种塑性加工制品。铸造铝合金是将配料熔炼后用砂模、铁模、熔模和压铸法等直接铸成各种零部件的毛坯。铝合金材料具有比强度高的特性，被广泛应用制造零部件以降低整车重量。现如今，铝合金材料几乎可以代替钢材，制造车辆绝大部零件。任务2汽车常用有色金属介绍2.铝合金及应用汽车轮毂:支撑轮胎的圆桶形、中心装配在轴上的部件，如图所示。常见的汽车轮毂有钢质轮毂及铝合金质轮毂。钢质轮毂质量大，外形单一，不符合如今低碳、时尚的理念。铝合金轮毂采用铸造和机械加工相结合的方式生产，满足车轮强度与安装精度要求，同时具有失衡量与惯性矩小、易于结构轻量化、满足高刚性要求、耐久性良好、制造工艺稳定、方便大规模生产等优点。任务2汽车常用有色金属介绍2.铝合金及应用铝合金材料具有熔点低、液体流动性好等特点，方便采用铸造进行成型制造，因此被广泛应用于制造汽车零部件。铝合金转向节铝合金动力总成壳体任务2汽车常用有色金属介绍2.铝合金及应用铝合金后副车架任务2汽车常用有色金属介绍2.铝合金及应用全铝合金车身任务2汽车常用有色金属介绍3.镁合金及应用镁合金的比重虽然比塑料重，但其单位重量的强度和弹性率比塑料高得多。所以，在满足同样强度要求情况下的零部件，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高。比刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢，远高于工程塑料。镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPa，最高可达600MPa以上。屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高，可进行高精度机械加工。镁合金具有良好的压铸成型性能，压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。任务2汽车常用有色金属介绍3.镁合金及应用座椅系统是汽车的重要组成部分，也是驾乘人员使用最多的部件之一。座椅系统由座椅骨架、调节装置、泡沫和面料等部分组成，其中座椅骨架是座椅系统的核心部件，是支撑乘员的基础结构。除了强度耐久性能要求外，缓冲减震性能对座椅骨架系统尤为重要，座椅骨架优良的减震效果可以有效提升乘坐舒适性。镁合金的阻尼系数大，减震吸能效果明显优于钢材。以驾驶员座椅为例，采用传统的钢材制造座椅骨架其重量为10~15kg，在相同功能和强度要求下，采用镁合金材料制造的座椅骨架可以减重40%~50%，减重效果非常明显，如图2-23所示。图2-23镁合金座椅骨架任务2汽车常用有色金属介绍3.镁合金及应用汽车方向盘由骨架、安装附件和外蒙皮组成，其骨架为安装需要，通常结构复杂。此外，汽车高速碰撞时，驾驶人员头部甚至胸部不可避免的会撞击方向盘，这就要求汽车方向盘骨架既要有一定的强度，又要具备一定的减震吸能功能，以减少驾驶人员伤害。如图2-24所示，现在乘用车方向盘骨架多数都采用镁合金材料制造。合理设计方向盘骨架结构，采用铸造和机械加工相结合的方式制造，既保证方向盘骨架具有所需强度、固有频率，由保证其具备充分碰撞吸能功能。图2-24镁合金方向盘骨架任务2汽车常用有色金属介绍3.镁合金及应用随着镁合金技术的发展以及人们对汽车轻量化的重视，镁合金在汽车工业中的应用越来越广泛。如图2-25所示，铝合金能制造汽车零部件产品，镁合金基本都是适用的，包括制造镁合金轮毂、镁合金缸体缸盖、镁合金CCB管梁、镁合金前端框架和镁合金覆盖件等。图2-25镁合金应用任务2汽车常用有色金属介绍4.其他有色金属及应用钢材及合金钢、铝合金、镁合金等金属材料基本涵盖了汽车整车产品材料使用。随着汽车制造技术的进步发展，尤其是新能源汽车技术发展。作为汽车电力输送载体的线缆制造要求越来越高。导电和导热性能良好的铜及铜合金的应用日益普遍，部分高端车型的关键承载零件采用钛合金制造。图2-26铜芯高压电线任务2汽车常用有色金属介绍4.其他有色金属及应用图2-27特斯拉钛合金底盘护板钛合金相对传统的汽车高强钢、铝合金等材料也有成本高、加工难度大、安全性差的缺点。钛合金价格昂贵，制造一辆钛合金车辆需要更多的材料和工艺成本，导致车辆售价更高。目前钛合金材料仅仅应用在一些高端车型上。特斯拉ModelS采用钛合金板加固电池包地板。利用钛合金高强度性能保护汽车电池包，减少事故发生。任务3汽车常用非金属材料介绍1.非金属材料非金属材料通俗的讲就是指金属材料以外的其他材料，是由非金属元素或化合物构成的材料。非金属材料种类众多，按照不同的特点或者用途有不同的分类方式。例如按材料来源，按化学成分等分类。按材料来源可以分为天然非金属材料和人造非金属材料。按材料的化学成分主要分为有机非金属材料和无机非金属材料。任务3汽车常用非金属材料介绍1.非金属材料无机非金属材料，是指以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。无机非金属材料也是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。在材料学中，无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料类型之一。各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活息息相关，它们具有产量大、用途广等特点。除此之外，其他产品如搪瓷、碳化硅、氧化铝、辉绿岩、玄武岩、碳素材料、非金属矿（石棉、云母、大理石等）也都属于传统的无机非金属材料。任务3汽车常用非金属材料介绍1.非金属材料有机非金属材料也就是有机高分子材料，又称聚合物或高聚物。有机高分子材料是由一种或几种分子或分子团（结构单元或单体）以共价键结合成具有多个重复单体单元的大分子。可以是天然产物如纤维、蛋白质和天然橡胶等，也可以是用合成方法制得的，如合成橡胶、合成树脂、合成纤维等非生物高聚物等。有机非金属材料通常具有密度低、塑性好、耐腐蚀、刚度低、成型好等特性，被广泛用于建筑行业、电子工业、医疗行业等领域。在汽车工业领域，有机非金属材料被广泛用于制造汽车仪表台面板、车门护板、减震橡胶块、排气吊耳等零部件。任务3汽车常用非金属材料介绍工程塑料是一种重要的有机非金属材料，其主要成分是由含有碳和氢元素的有机物质制备而成的材料。工程塑料的特点主要包括：轻质、低成本、柔性、易塑性、耐腐蚀性等。工程塑料是目前汽车制造中应用最广泛的非金属材料之一。汽车的车身、内饰、机械设备和零部件中都大量使用了塑料制品。目前，汽车制造中主要采用的塑料有聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚酰胺等。工程塑料具有密度小、物理性能良好、耐化学腐蚀等优点。大多数工程塑料的密度为1100~1300kg/m3，据研究表明，每100kg工程塑料可以替代其它材料200～300kg,可有效减少汽车整体重量。2.工程塑料及应用任务3汽车常用非金属材料介绍2.工程塑料及应用如图2-28所示，汽车前保险杠主要用于外观装饰，通常设计通风孔，为散热器、；冷凝器等通风散热。汽车前保险杠结构尺寸大、造型复杂，通常采用工程塑料注塑成型，利用塑料材料良好制造工艺性和低成性。采用工程塑料制造汽车前保险杠可以大幅降低产品重量。利用塑料的高温流动性，注塑形成复杂的加强筋结构和卡扣结构，便于零部件卡插安装，总成产品具有良好的总装工艺性。图2-28塑料保险杠任务3汽车常用非金属材料介绍2.工程塑料及应用如图2-29所示为乘用车仪表台产品，该仪表台不均尺寸大、结构复杂，还涉及空调通风口、物料收纳箱、仪表安装、内部风管等结构。虽然，仪表台部件系统结构复杂，但该产品工作中并不承受名称载荷，因此其强度要求不高。图2-29塑料仪表台任务3汽车常用非金属材料介绍2.工程塑料及应用如图2-30a所示，车门金属机构因内部安装要求，不可避免地设计开孔、起筋、沉台、凸台等工艺特征。如图2-30b所示，采用塑料可以制造出结构复杂、造型美观等车门护板。同时，塑料门护板还兼具成本低、重量轻等优点。图2-30塑料仪门护板任务3汽车常用非金属材料介绍2.工程塑料及应用燃油车前端通常要安装冷凝器、散热器、冷却风扇等冷却系统。传统设计制造中都采用钢材冲压焊接组成冷却系统安装框架。如图2-31所示，采用塑料材料注塑工艺可以成型网状结构型腔结构，有效减轻冷却系统安装框架的重量。据统计，塑料前端模块相比同等钢材安装模块减重可达30%~40%。图2-31塑料前端模块任务3汽车常用非金属材料介绍3.玻璃材料及应用玻璃是一种常见的非晶无机非金属材料，主要由多种无机矿物（如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等）作为主要原料，并添加少量辅助原料制成。通常玻璃的密度为2400~2800kg/m3,具有热膨胀系数小，能承受剧烈温度变化等作用任务3汽车常用非金属材料介绍3.玻璃材料及应用如图2-33所示，采用夹层钢化玻璃设计的汽车前挡风玻璃受到较大力量撞击后，玻璃碎裂成不带尖刺的小颗粒，并牢牢粘贴在夹层材料上，最大程度保护车内乘员不受玻璃碎片伤害。图2-33汽车挡风玻璃任务3汽车常用非金属材料介绍3.玻璃材料及应用如图2-34所示为带加热功能的后封玻璃。后挡风玻璃加热通常通过电阻丝通电加热，使得玻璃温度升高，从而使附着在其上的霜或雾受热融化，形成水珠流下或雾气蒸发，实现除霜和防雾效果。因此，这样的玻璃通常采用夹层设计.图2-34带加热后挡风玻璃任务3汽车常用非金属材料介绍3.玻璃材料及应用车辆振动舒适性通常即NVH（Noise、Vibration和Harshness）已经成为现代车辆开发重点关注的性能，也是提升整车产品竞争力的重要技术指标之一。风噪问题是高速行驶最主要的噪声来源。要降低汽车高速行驶的风噪，首先在汽车设计阶段要尽量保持车辆外观平顺，比例不必要的局部凸起造型，比如采用内置天线或者流线型天线、采用隐藏式雨刮、减少挡风玻璃与A柱的短差、提高车辆密封性、加厚车窗玻璃或者采用隔离玻璃设计等等。如图2-35所示，采用双层夹胶膈应玻璃可以有效降低风阻传递到车内，提升车辆乘坐舒适性。图2-35双层隔音玻璃任务3汽车常用非金属材料介绍4.皮革材料及应用皮革具有透气性、经久耐用和易保养等优良特性，是中高档汽车内饰的理想材料，在增强汽车内饰的外观观赏性、提高驾驶员和乘客的舒适性方面扮演着重要的角色，对提升汽车的美观和档次也是不可或缺的。汽车内饰主要使用织物、人造革、皮革等材料，其中织物容易沾染污渍、美观度较差，主要用于低端车型。皮革具有透气性、耐用性、易保养等特性，主要用于中高端车型的座椅、方向盘、扶手、头枕、门板等部件的装饰覆盖，提高汽车内饰观赏性、档次、乘员舒适性。任务3汽车常用非金属材料介绍图2-37真皮方向盘面料图2-38真皮座椅面料4.皮革材料及应用任务3汽车常用非金属材料介绍5.橡胶材料及应用橡胶是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度低，分子量往往很大，大于几十万。橡胶分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。通用型橡胶的综合性能较好，应用广泛。任务3汽车常用非金属材料介绍5.橡胶材料及应用由于车辆对轮胎有各种性能要求，因此，汽车轮胎成为一个复杂的系统。如图2-39为典型的橡胶基体轮胎。为提升橡胶轮胎的强度，在其内部增加钢丝、纤维等铺层用于增加轮胎结构。为增加轮胎的耐磨性能，轮胎面采用多层结构，采用耐磨橡胶制作胎面，此外，轮胎面还设置纵向和横向沟槽用于增加积水路面车辆行驶的稳定性和增加胎面摩擦力，增加车轮行驶的附着力。图2-39橡胶轮胎任务3汽车常用非金属材料介绍5.橡胶材料及应用发动机是汽车内在最重要的振动源，发动机与车架或者前纵梁的连接都需要采用悬置进行隔振。如图2-40所示的悬置衬套，采用橡胶与金属支架硫化成型。橡胶分别与金属支架和中心安装孔连接，金属支架与车身纵梁和车架连接实现安装固定，发动机安装机构与悬置中心安装孔连接。发动机工作振动经过橡胶悬置过滤再传递到车身结构，这将大幅减小车辆振动激励。图2-40发动机悬置衬套任务3汽