汽车材料-轻量化材料

1、第六讲汽车轻量化材料一 轻量化的意义安全轿车重量减轻10%燃油消耗减少810%实现节能减减少少排排放放实现环保二 汽车轻量化的途径三 汽车轻量化的发展概况 PNGV计划轻量化目标 PNGV计划在2002 年进行了调整， 重新命名为FreedomCAR (Freedom cooperative Automotive Research)目前欧洲轿车材料比例四 轻量化材料类型 轻金属材料 铝合金 镁合金 钛合金 高强度钢 塑料及其复合材料Automotive Lightweighting Materials Technical ApproachLightweight GlazingMagnesium

2、 AlloyMetal MatrixComposites30% weight50% weightreductionreductionPowertraincomponents - 40% weight reductionHydroformingSuperplastic Forming40% weight reduction / 50% reduction in part countPhoto: Courtesy of GKN AerospaceThermoplasticCompositesReduces massby 60%Aluminum TailorWelded Blanks35% weig

3、ht reduction / reduction in part count40% weight reduction / 10 Xreduction in part count4.1 铝合金形变铝合金( deformation aluminum alloy )铸造铝合金( cast aluminum alloy )不能热处理强化铝合金形变铝合金能热处理铝合金 强化铝合金的分类铸造铝合金铝合金相图知识铸造铝合金不可热处理+ 变形铝合金 铸造铝合金可热处理 防锈铝合金 ( LF ) 硬铝合金 ( LY ) 超硬铝合金 ( LC ) 锻铝合金 ( LD )飞机翼梁(腹板为硬铝合金)飞机主起落架铸造铝

4、合金 铸造铝 硅合金 铸造铝 铜合金 铸造铝 镁合金 铸造铝 锌合金汽缸头铝合金的应用 变形铝合金在汽车车身零件、结构件及功能件应用方面发展很快。 Audi A8 全铝车身（Audi Space Frame ）采用冲压件（55.5%）、挤压件（22.7%）、铸件（21.8%），车身重量达到215kg，减重40%。铝合金的应用 世界上还有许多汽车公司开发了铝车身，最具代表性的成功之作是Audi A8. 目前车身用铝存在的问题 成型性还需继续改善，铝合金板材的局部拉延性不好。 尺寸精度不容易掌握，回弹难以控制。 因为铝比钢软，在生产和运输中的碰撞和各 种粉尘附着等原因使零件表面产生碰伤、划伤等缺陷

5、。 不能象钢板那样还采用磁力搬运和传递。4.2 镁合金 密度比铝更低（1.74）、可回收，在轻量化的驱动下，1990年来，镁在汽车上的应用以每年约20%快速增长。 目前每辆车平均用量接近3%。4.2 镁合金 影响镁在汽车上大量应用的因素镁的特性缺乏深层次的认识缺少工艺-性能数据防蚀技术4.3 钛合金 耐高温、耐低温、乃冲击、耐磨损、强度高和耐腐蚀。 钛的比重是钢的50%，强度超过钢约18%； 延展性远远优于钢铜； 钛的熔点达1600，钛在-100时也不会变脆，仍具有良好的机械性能。 钛还具有良好的耐酸碱、耐腐蚀性能，钛在海水中5年内不会锈蚀。 钛合金为主体制成的飞机，可提高航速约1/3，能大大

6、增加载客量（大型客机能增加100多人）。4.3 钛合金 钛合金制造的深海探测器，可深潜至6500米深度，用钢铁制造的潜艇，只能潜至300米。 运载火箭、人造卫星、航天飞机、空间站、行星探测器等，大都采用钛合金制造外壳。这种金属壳体能在太空条件下保持坚韧，能在高速飞行中抵御剧烈的摩擦而产生的高温。 钛与镍结合，能制成具有记忆功能的记忆合金。钛也是优秀的装饰材料，表面镀钛的材料，不仅外表光亮美观，而且具有很强的耐磨损和抗腐蚀特性；其外观酷似黄金，称为钛金。4.3 钛合金Ti-alloy TA4TA8 Ti-alloy TB1TB2 + Ti-alloyTC1TC104.3 钛合金4.3 钛合金5

7、高分子材料 密度低、比强度高、加工性好，是重要的轻量化材料。 在汽车中应用持续增长，目前北美轿车平均用量达到118Kg，约点总重10%。欧洲用量更高，德国塑料用量占整体材料的15% 。5 高分子材料 5.1 三种力学行为 玻璃态 高弹态 黏流态 分类变形量 工程塑料 橡胶 黏结剂TbTgTf温度5 高分子材料 5.2 分类 热塑性树脂 如聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）， 热固性树脂 如不饱和聚酯、酚醛树脂和环氧树脂， 加热后就变硬，不熔化，在液体中也不溶解。5 高分子材料 5.3 成型方法 模压成型 注射成型 吸塑成型 塑料加工 5.4 常用高

8、分子材料塑料 5.4 常用高分子材料合成纤维 5.4 常用高分子材料粘结剂5.4 常用高分子材料橡胶 丁苯橡胶-产量占橡胶总数的80%-由丁二烯和苯二烯共聚而成 顺丁橡胶-由丁二烯和苯二烯共聚而成由丁二烯聚合而成 氯丁橡胶“万能橡胶”宝马赛车因轮胎磨损低于600kg重量退出比赛干胎、大雨胎和中性胎 普利斯轮胎公司 米其林轮胎公司 巴顿轮胎公司轮胎成型工艺（/video/8682.html）5 高分子材料5 高分子材料A. Roof Headers B. Instrument Panel Supports C. Radiator supports D. E

9、ngine Cradles E. Roof Rails F. Frame Rails. (COURTESY OF VARI-FORM, 12341 East Nine Mile Road, Warren, Michigan 48089-2614 USA)ExteriorExterior CompositesComposites onon thethe 20032003 DodgeDodge ViperViper= SMCSMC= RRIMRRIMReducing Scrap Scrap metal can be as high as 30% Computer aided design and

10、planning can minimize scrap Tailor-welded blanks are multiple pieces of flat sheet butt-welded together and simultaneously stampedProduction of an outer side panel of a car body, by laser butt-welding and stamping. Source: After M. Geiger and T. Nakagawa. 5. 未来轻量化选材发展趋势 德国Paderborn大学O. Habn等人提到“多材料轻量化结构”（Lightweight Construction by multimate