汽车材料培训讲稿

1、汽车材料介绍 培训教材,金属材料及其应用 1.1 高强度钢板 1.2 铸态金属 1.3金属材料性能检测 非金属材料及其应用 2.1 工程塑料 2.2 橡胶 2.3 强化玻璃 2.4 黏接剂 2.5 垫片材料 2.6 非金属材料性能检测 汽车用新兴材料 3.1轻金属基复合材料 3.2高强度碳纤维复合材料,汽车用钢板的分类 根据不同的加工工艺 ，可将高强度钢板分为热轧钢板与冷轧钢板，热轧钢板是指以铸坯为原料，经加热后由粗轧和精轧机组制成的带钢；冷轧钢板是以热轧钢为原料，经酸洗后进行冷轧的薄带钢。在汽车领域，热轧钢板主要应用于汽车车架结构件上，冷轧钢板主要用于车外板，如车门、顶盖和行李箱盖，即所谓的

2、“四门两盖”。,1.1 金属材料及其应用高强度钢板,热轧钢与冷轧钢的性能比较,总体来说，热轧钢与冷轧钢不同的机械性能决定了其所适用的零件部位，车辆的结构件(如大梁)承载较多的交变应力，故韧性和疲劳强度较好的热轧钢较为适用。,常用的高强度热轧钢 从安全角度来说，车身上的钢板强度不一定都是越高越好。车身框架不同部位应不同选用特定性能的钢板，车身前部和尾部的钢板要求强度适中，能吸收一定冲击力，而驾驶室框架尽量适用强度与刚度较高的钢板。,汽车框架常用的高强度热轧钢 根据不同的强化机制可将高强度热轧钢板分为：固溶强化钢板、组织强化钢板、贝氏体双相钢、高延性TRIP钢 和析出强化钢。 举例而言：应用于防撞

3、结构件的高强度相变诱导塑性钢Trip钢，其具有良好的能量吸收特性，强化机理是在形变时产生内部相变。在形变过程中，诱发马氏体形核，残余奥氏体转变为马氏体，铁素体基体中位错密度增大，产生位错强化。,车身常用高强度冷轧板包括： 汽车外板件要求材料具有较好的强度与成型性，并且应具有一定美观性，近些年来，铝合金也应用到车身板制件上，但铝制品的成本较高，现在普遍使用高强度薄冷轧钢板作为车身材料。,1.2 金属材料及其应用铸态金属,铸造是比较经济的毛坯成形方法，在制作形状复杂的零件更能显示出其经济性，如汽车的发动机的缸体和缸盖等。铸件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他成形方

4、法(锻、轧、焊、冲)等所做不到的。 对于铸件也需要进行相应的热处理，以改变铸件内部组织结构，获得更高的强度、硬度和磨耗抵抗能力。,气缸体，水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体，一般由灰口铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下部部位支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。 缸体加工工艺：毛坯外观检查，上料利用毛坯初级基准定位利用加工过渡基准定位工艺销孔定位中间清洗、烘干试漏安装框架/主盖上缸体和下缸体的工艺销孔定位缸孔、曲轴孔衍磨最终清洗压装堵漏，密封试漏测量打号外观检查，下线 目前制造汽车发动机缸体的材料主要有铸铁和铝合金

5、。,金属材料的性能包括力学性能、物理性能(如磁性)和化学性能(如 抗应力腐蚀性能)，考虑到材料试验室的设备配置情况，着重就力学性能进行介绍。 材料的力学性能主要包括强度、弹性、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 其中强度、弹性和塑性可由材料的应力应变曲线得到。,1.3 金属材料性能与检测,强度曲线中包含五阶段信息： 弹性形变(oe)：试样的伸长量与载荷的增加成正比阶段。 微型塑性变形(es)：在载荷卸载后，试样不再完全恢复到原来尺寸阶段。 屈服(ss)：当载荷增加到屈服阶段后，在载荷不增加情况下，试样仍然伸长，此阶段为屈服阶段。 大量塑变(sb)：经过屈服阶段后，随着载荷的增加，试样产生大量均匀塑

6、变，直到应变最高值。 颈缩阶段(bz)：当载荷增加到应力最高值后，产生颈缩现象，当达到断裂点时，试样被拉断。,强度：指材料在静态载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力。一般衡量强度的数值为屈服强度s和抗拉强度b。 屈服点s ：表示材料产生屈服时对应的应力。屈服点也称为屈服强度。 s= Fs/So （MPa） 抗拉强度b 指试样在拉伸过程中所能承受的最大应力值。 b=Fb/Ao （MPa）,弹性：指在外力作用下金属材料发生变形，当外力撤销后，材料恢复至原状的特性。衡量数值为弹性极限e和弹性模量E(刚度)。 弹性极限，指材料在弹性变形阶段所能承受的最大应力。 e = Fe /s0 （MPa） 弹性模量

7、E 表征了材料抵抗弹性变形的能力，也称之为刚度 E=/=tan （MPa）,硬度：材料抵抗其他硬物压入其表面的能力。衡量材料软硬程度。常用的硬度测量方法为布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)和维氏硬度(HV)。 韧性：金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，全称为冲击韧性。 疲劳强度：承受交变应力的零件，在工作应力低于材料屈服强度的情况下较长时间工作时，会产生裂纹或突然断裂，这种现象称为疲劳失效，材料抵抗疲劳失效的能力称为疲劳强度。,布氏硬度,布氏硬度是以规定试验力(F)压入试样表面，保持规定时间后卸除试验力，测量试样表面压痕直径(L)，布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商，单位为HB

8、。 布氏硬度一般用于材料较软的时候，如有色金属、经退火、正火和调质的钢件。,洛氏硬度,洛氏硬度是以初始试验力(F0)及总试验力(F)先后作用，将压头(金刚石圆锥体)压入试样表面，测量压痕深度增量(e)计算硬度值，单位为HR。 洛氏硬度多用于测量硬度较高的材料，如淬火钢等。,维氏硬度,维氏硬度是以正四棱锥(棱锥角为136)的金刚石压头，在试验力(F)作用下压入试样表面，保持规定时间后，测量压痕对角线长度，以此运算材料的硬度值，单位为HV 维氏硬度中的显微维氏硬度，适用于微小区域的硬度测量，特别对于测量薄小的材料优势特别明显。,工程塑料包括聚酰胺PA(即尼龙)、聚碳酸酯PC、聚甲醛POM、聚对苯二

9、甲酸丁二醇酯PBT、聚苯醚PPO(即树脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)。,2.1 非金属材料及其应用工程塑料,除此以外，还包括热塑性塑料聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，即有机玻璃)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTEE、特富龙)，聚对苯二酸乙二醇在(PET，PETE)。,2.1 非金属材料及其应用工程塑料,橡胶具有良好的弹性与耐磨性，橡胶类材料主要包括：天然橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶。,2.2 非金属材料及其应用橡胶,强化玻璃包括钢化玻璃、夹层玻璃和着色玻璃等。 1.钢化玻璃：通过淬火处理(近溶 态玻璃+风急冷)，玻

10、璃表面具有 冷硬后的压应力，可抵抗外界拉 应力变形，表现为强度升高，常 用于挡风玻璃，而且在碰撞瞬间 破碎成钝边小碎块，不会给人员造成更大伤害。 2.夹层玻璃：用聚丙烯酸甲酯或聚乙酸脂透明薄膜将23块薄钢化玻璃板黏接称为一体，由于曲率一致，其透明度不受影响，形成夹层式安全玻璃。用于前挡风玻璃。 3.着色玻璃：在钢化玻璃基础上，为了使车窗玻璃具有遮挡阳光照射的功能，在硅酸盐玻璃中加入钴、铁等金属离子，使之成为可抵抗紫外线照射的着色玻璃。,2.3 非金属材料及其应用强化玻璃,黏接材料主要用于焊接件、内外饰件结合处边缘、门窗缝隙处等，防止水分和灰尘侵入，包括：点焊密封胶、焊缝胶、折边黏接剂、风窗玻璃

11、黏接剂、密封条黏接剂、内饰件黏接剂。,2.4 非金属材料及其应用黏接剂,垫片材料主要用于功能部件连接处，主要功能是防止液体与气体的渗漏，常用的垫片材料包括纸板制品和石棉制品。,2.5 非金属材料及其应用垫片材料,补充：石棉材料除了用于高温区域的垫片外，还有一个重要的部件摩擦片，石棉摩擦片由石棉、辅助材料和黏合剂混合加热压制而成，主要用于汽车的动力传递和制动，如离合器和制动器的摩擦片等。,2.6 非金属材料性能检测,根据非金属材料的性能检测主要包括：力学性能、电性能、耐热性能、阻燃性能、加工成型性能和耐老化性能六个方面进行。 力学性能：与金属材料相似，非金属材料也要进行相关的拉伸试验以测定样品的

12、拉伸强度、弹性模量、断裂强度和延伸率等性能。 电性能：通过测量电气强度、体积电阻、介电常数和节电损耗检测非金属材料的绝缘性。 耐热性能：通过测量样品的热变形温度(GB/T 1634)、维卡软化温度(GB/T 1633)、球压试验(GB/T 5169.21)来检测材料的耐热性能。,阻燃性能：包括灼热丝试验、标称50W(20mm)火焰燃烧试验、针焰燃烧试验、热丝引燃试验、大电流引燃试验来模拟评定灼热元件或过载电阻的热源造成热应力影响的着火危险性。 加工成型性能：包括熔体流动速率(或称为熔融指数)和模塑收缩率。 耐老化性能：对材料施加一定的高温、低温、恒定湿热、交变湿热、盐雾、紫外光照等条件，以考察样品对自然环境的耐候性。 除此以外，还有对内饰件的蒸发性能的检验方法光泽度法和重量测试法(ISO 6452)，对座椅材料透气性和透湿性的检测(GB/T10655-2003)等。,轻金属基复合材料(MMC)指铝、镁等金属材料为基体，以纤维、晶须、颗粒(如SiC)等为增强体的复合材料，性能表现为将组成相的性能综合起来，实现材料间的强强联合。 在德国，轻金属复合材料已开始用于气缸体、曲轴、连杆、活塞及刹车鼓与刹车盘的试生产。,3.1 汽车用新兴材料轻金属基复合材料,高强度碳纤维复合材料(CFRP):碳纤维具有质