《汽车工程材料的现状与发展趋势分析[1].pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车工程材料的现状与发展趋势分析[1].pdf（4页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、热加工工艺2008年第37卷第24期材料热处理技术Material&Heat Treatment下半月出版据最新统计显示，2007年全球汽车产量为7307.2万辆，中国汽车产量为888.24万辆，汽车销量879.15万辆。我国汽车产销量和社会保有量的快速发展，导致了各种问题，其中突出的就是能源消耗和环境污染问题。随着现代新技术和新材料的不断开发应用，现代社会人们生活水平和环境意识的提高，汽车轻量化和减少污染已成为汽车工业发展的主流方向。现代汽车要满足安全、舒适、自重轻、污染排放低、能耗小、价格低等要求，首先就要从材料方面考虑1。1汽车工程材料的现状分析1.1国内现状分析我国汽车材料是伴随着汽车
2、工业的发展而发展起来的，近年先后开发出一批轿车国产化急需的金属材料和非金属材料，促进了国产汽车材料的技术进步。但同美、日、德等发达国家相比，我国汽车工业整体技术水平还比较落后，汽车材料领域的差距更大，有些高端产品仍要从国外进口。所以说，国内汽车材料领域的现状还不能满足我国汽车工业的发展需要2。1.2结构性材料1.2.1轻质材料应用轻质材料可以大大减轻汽车的总体质量，降低汽车的制造成本，降低汽车行驶的油耗。目前，轻质材料主要有两类：一是金属类轻质材料，如铝合金、钛合金、镁合金等；二是非金属轻质材料，如塑料、非金属复合材料如玻璃钢等3。(1)金属类轻质材料铝合金目前，在汽车上使用的铝质零件除传统的
3、车轮盖，空调系统、保险杠、座椅、换热器、油管等以外，高强度铝合金如AlSi7MgCuNiFe耐热铝合金、ZLB系列高性能缸套铝合金还广泛应用于汽车的连杆、摇臂、凸轮座等零件4。此外，铝-锂合金和铝-镁-锂合金也得到了应用5。镁合金镁合金通常用作汽车的仪表板衬底和横梁、座椅架、方向盘柱、发动机缸盖、变速器壳体、进气歧管等。镁合金是汽车减重最具潜力的轻质材料之一6。钛合金钛合金主要用于汽车发动机中，如气门、气门座、气门弹簧、摇臂、连杆、离合器板以及其他如转向齿轮、车轮、紧固件。钛的另一种汽车工程材料的现状与发展趋势分析丁志华1，马明亮2，欧阳卫强1，黄强1(1.九江学院 机械工程学院,江西 九江3
4、32005;2.九江学院 教务处,江西 九江332005)摘要：分析了汽车工程材料的现状与发展趋势；结构材料中钢铁材料所占比例将逐步下降，在性能可靠的的条件下，将尽可能多地采用铝合金、复合材料等轻型、新型材料取代钢铁材料。大量新材料，如高分子材料、复合材料等的迅速发展，为现代汽车的发展提供了必要的条件。关键词：汽车工程材料；现状分析；发展趋势中图分类号：TG142.41文献标识码：A文章编号：1001-3814(2008)24-0121-04Analysis on Status and Development Trend in Vehicle Engineering MaterialsDING
5、 Zhihua1,MA Mingliang2,OUYANG Weiqiang1,HUANG Qiang1(1.Mechanical Engineering School,Jiujiang College,Jiujiang 332005,China;2 Academic Affairs Office,Jiujiang College,Jiujiang 332005,China)Abstract：The status and development trend in vehicle engineering materials were analyzed.Proportion of steel in
6、structure material will reduce stage by stage.With reliable performance,steel will be replaced by light and new-stylematerials such as aluminous alloy,compound materials.Plentiful new materials,such as macromolecule materials,compound materials,offer necessary conditions for the development of vehic
7、le.Key words：vehicle engineering materials;status analysis;development trend收稿日期:2008-08-08作者简介:丁志华(1978-),男,江西于都人,讲师,硕士,主要研究方向为汽车创新设计;电话:13803564632;E-mail:121Hot Working Technology2008,Vol.37,No.24材料热处理技术Material&Heat Treatment2008年12月应用是钛镍形状记忆合金，该合金的形状改变可通过加热来恢复。(2)非金属轻质材料在最新的汽车技术的发展过程中，非金属材料能够满足
8、重量轻、防腐蚀等多重优点。塑料塑料主要应用于汽车装饰件、仪表板、方向盘、座椅、油箱、保险杠、覆盖件、挡泥板、车轮装饰、手柄、行李箱。聚氨酯发泡材料：聚氨酯是现代汽车制造中不可缺少的重要材料。聚氨酯弹性体橡皮材料(TPU)是Elastoskin，BASF公司开发的用于汽车内部装饰；聚氨酯结构反应模塑(SRIM)技术在欧美已有广泛使用，可以有效减轻零部件的质量。其工艺过程是：先预成型表皮，将玻纤毡放入模具，然后再注入聚氨酯树脂熟化成型；密封用聚氨酯泡沫塑料；微孔聚氨酯泡沫塑料用作车底板减振垫，是独特的隔音、消振(NVH)的革新材料；硬质聚氨酯泡沫塑料；玻纤增强聚氨酯泡沫塑料；环保的水基双组分聚氨酯
9、涂料。聚烯烃(PO)塑料：PO塑料是通用塑料的一种，它主要包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和POE、EVA、MMA等高级烯烃聚合物。GE开发出两种车身塑料：一种是HMD(高模量易延展材料)；还有一种称作“HPPC”即高性能的热塑性化合物，适用于生产诸如发动机罩和顶盖的水平护板7。玻璃钢玻璃钢是一种树脂基复合材料，目前在轿车、吉普车以及卡车上使用玻璃钢部件逐步增多。随着电动汽车研究和开发的不断深入，研究人员将更多地用玻璃钢替代金属材料以达到节能的目的，提高电动汽车行驶里程。可以预计，今后玻璃钢在汽车上所占的比例将会越来越大。1.2.2高强度钢板材料8结构用高强度钢板：是以添加各种合金成分(如添
10、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。低合金高强度钢板：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间隙固溶冷轧钢板、超低碳高强度冷轧钢板等。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%。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。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。新涂漆钢板：欧洲汽车制造厂采用涂覆树脂(含有锌粉等防锈颜料)的镀锌钢板作汽车外板以达到很好的防锈效果。1.2.3复合材料金属基复合材料：
11、是在金属的基体内加入非金属纤维、颗粒或晶须，并使其均匀地分布于金属基体内制成的复合材料。金属基复合材料主要应用在汽车发动机的活塞及轴瓦、气缸体、轴承及滑动体上。金属基复合材料有两种类型：一种是颗粒增强金属基复合材料，另一种是纤维增强型复合材料。铝基复合材料是应用最为广泛的一种。高性能热塑性聚合物复合材料：美国首先开发成功的玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(GlassMatReinforcedThermoplastics，GMT)；另外一类重要的高性能热塑性复合材料-长纤维增强热塑性复合材料(LongFiberReinforcedTher-moplastics,LFT)已成为国外热塑性复合材料的开发
12、热点。国外已研制成功的热塑性复合材料汽车零部件包括：座椅及其骨架、车窗导槽、门内板、保险杠支架、发动机罩、前端托架、脚踏板、仪表板骨架、导流板、车厢底板、备胎箱、蓄电池托架、汽车进气歧管9。木纤维复合材料和PP木粉板：应用于汽车的各种内装饰材料，包括：车门内饰板、顶棚、后座椅搁板、仪表板骨架、行李架搁板、车门立柱等。1.3功能性材料1.3.1高性能磁性材料目前高性能永磁材料主要用于汽车起动机、车门锁、磁化节油器、电磁阀、防抱死系统(ABS)电机，电动汽车的电动机，油泵电机、电动水泵、电动转向装置、步进节流装置、音响系统、空调系统，以及各种传感器、汽车防盗系统等。预计随着汽车向智能化、电动化、高
13、档化的方向发展，高性能磁性材料将构成汽车材料的重要组成部分。1.3.2摩擦材料增强材料：发达国家生产摩擦材料用的增强材料已大部分改为非石棉纤维。应用最为普遍的有金属纤维(包括钢纤维、铜纤维和铝纤维等)、有122热加工工艺2008年第37卷第24期材料热处理技术Material&Heat Treatment下半月出版机纤维(包括芳族聚酰胺纤维及其浆粕、聚丙烯纤维及其浆粕、碳纤维和纤维素纤维等)和无机矿物材料(包括玻璃纤维、矿棉纤维、钛酸钾纤维、海泡石纤维、硅灰石纤维以及云母、蛭石等矿物)10。粘结剂：主要有以下几类：橡胶改性酚醛树脂(粉状/液态)；环氧改性酚醛树脂；硅树脂、改性硅树脂；腰果油改性
14、树脂(YSM)。填料：硬质材料：硅灰石粉、碳化硅、氮化硅和石榴石等；金属及其氧化物：金属(铝、铅、锌等)的粉末；金属氧化物(氧化镁、氧化锌、氧化钛、氧化钼及氧化铝等)；矿物无机填料：云母、滑石、蛭石、重晶石、高岭土、绿泥石、硅藻土、膨润土、白云石粉等；有机填料：主要为天然植物纤维、橡胶粉(轮胎粉、丁腈橡胶粉等)和摩擦粉(腰果油树脂粉)；轻质填料：二氧化硅、多孔陶球及海棉状铁粉等。1.3.3尾气净化材料载体材料：载体从结构上经历了两个阶段：颗粒状和整体蜂窝状结构。颗粒状结构载体材料的主要成份是活性氧化铝(-Al2O3)。整体式蜂窝状载体材料目前正在使用的主要有两种：一种是陶瓷材料，主要成份是堇青
15、石。另一种是金属，主要是一些不锈钢和其他合金材料。国内外许多研究机构正在研究一些新型载体材料，如武汉理工大学相关学者正在研制一种粉末烧结成形的金属陶瓷复合多孔载体材料。催化材料：即催化剂是涂覆(或其他方法)在载体上的一些贵金属或稀土元素。催化剂是保证理想的尾气净化效果的关键条件。传统上一般采用贵金属铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等作为活性成分。新型催化材料主要有三大发展趋势：一是发展新型钯催化材料。二是发展在富氧条件下的催化材料。三是发展稀土钙钛和少量的贵金属相结合的催化剂。1.3.4汽车安全材料多孔性材料：多孔结构材料是吸能性能极佳的填充材料。多孔型材料的两种结构：蜂窝式结构和蛋盒式(壳
16、层式)结构。非发泡聚氨酯材料：如热塑性聚氨酯弹性体、聚氨酯灌封材料、聚氨酯涂料和聚氨酯胶粘剂等。这些新型材料的应用，使汽车的行驶安全性和乘坐舒适性都得到了很大程度的提高11。1.3.5纳米汽车涂料耐刮伤抗石击纳米汽车涂料：德国CarboTec公司2004年研制出新纳米材料与汽车烤漆材混合成特优的“钻石”烤漆，被称为“纳米钻石粉末”，是由碳粒子经4000高温及1102GPa高压进行爆裂形成的约820 nm的立体颗粒；NanophaseTechnologies公司将纳米材料产品NanoTekR氧化铝与透明清漆混合，大大提高了涂层的硬度、耐划伤性及耐磨性；美国TritonSystems公司生产的透明
17、超耐磨纳米涂料NonotuftmCoatings，把有机改性的纳米瓷土加入到聚合物树脂基中，制得的涂料能大大提高涂层的硬度、耐划伤性及耐磨性；耐腐蚀纳米汽车涂料：电泳漆；随角异色纳米汽车涂料：用纳米级二氧化钛与铝粉混合颜料或纳米二氧化钛包覆的云母珠光颜料添加于涂料中，其涂层能产生神秘而富有变幻的随角异色效应；纳米透明隔热涂料：2004年，赵石林等采用纳米氧化锡锑、氧化铟锡研制成功“纳米透明隔热涂料”；抗菌纳米汽车涂料：日本住友大阪水泥株式会社推出一种抗菌涂料，向涂料中加入质量分数0.01%的20nm和50nm的银粒子12。1.3.6密封材料目前，常用的气缸垫类材料主要有冲刺钢板无石棉辊压法复合
18、板、冲刺钢板石墨复合板、冲刺钢板无石棉乳胶抄取复合板和金属(薄板)涂胶板等。用于汽车发动机上的其他密封材料有：无石棉乳胶抄取密封板、辊压法无石棉耐油橡胶板、金属涂胶密封板、合成橡胶密封垫圈、金属骨架橡塑复合密封材料等13。1.4新型材料压电材料：是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。主要用于压电式压力传感器、压电制动器、爆振传感器、超声波传感器、加速度传感器、压电喷油器、压电驱动器、压电电机和压电负离子空气净化器等。天然纤维：除了韧皮纤维植物，如大麻、黄麻和洋麻(木槿属植物)等外，还有一种叶纤维，这种叶纤维主要来源于植物的叶片和果实，西沙尔麻和阿巴卡(香蕉的一种)均属于这种类型的植物
19、。另外，木头、竹子也是天然纤维材料的重要来源。智能材料：能够随着温度、压力、磁场和电压等条件的不同变化，而相应改变自身的密度、硬123Hot Working Technology2008,Vol.37,No.24材料热处理技术Material&Heat Treatment2008年12月(上接第116页)高，使用寿命得到延长，可能会满足设计使用寿命。裂纹源位于圆弧过渡R处，这里存在应力集中，同时又与表面淬硬层靠近，即处于热影响区内，该区域存在应力集中，从而对裂纹源的形成起到促进作用3。5结论(1)轧辊断裂属于多源疲劳断裂。(2)轧辊材料化学成分符合技术规范要求。轧辊断裂主要是由于轧辊的热处理工
20、艺不合理，从而造成材料的力学性能不合格，材料疲劳强度低所致。参考文献:1束德林金属力学性能M北京：机械工业出版社，199910 2王光生金属热处理缺陷及案例M北京：机械工业出版社，200253燕样样V型钢导轨端面裂纹原因分析J.热加工工艺，2008，37(4)：90-91度甚至外形。在通用汽车计划应用在其未来汽车产品上的智能材料中，可记忆的合金和聚合材料是其中最典型的两种14。2汽车工程材料的发展趋势分析(1)轻量化与环保是当今汽车材料发展的主要方向。(2)各种材料在汽车上的应用比例正发生变化，主要是高强度钢、超高强度钢、铝合金及镁合金等材料的用量有非常大的增长，而铸铁、中、低强度钢的比例将逐
21、步下降。(3)轻量化材料技术与汽车产品设计和制造工艺的结合将更为密切，汽车车身结构材料将趋向多材料设计方向发展。(4)更重视汽车材料的回收技术。(5)电动汽车、代用燃料汽车专用材料以及汽车功能材料的开发和应用不断加强。3结语结构材料中钢铁材料占主导地位，但所占比例将逐步下降，有色金属、陶瓷材料、复合材料、高分子材料等新型材料的用量将有所上升，在性能可靠的的条件下，尽可能多地采用铝合金、高强度材料、复合材料等轻型、新型材料取代钢铁材料。这些措施使汽车向轻量化、高效、节能、低噪声、高舒适度以及高安全性方向发展。大量新材料，如高分子材料、复合材料等的迅速发展，为现代汽车的发展提供了必要的条件。参考文
22、献：1冯美斌，褚东宁，敖炳秋，等我国汽车新材料技术发展现状分析与建议J汽车工艺与材料，2007，(5)：41-452Pollok I，Temple B K，HarrisonD K，etal The inter-national material data systembusinessreadiness，in theautomobile supply Chain Z The Fourth International Con-ference on Engineering and Digital Enterprise Technology(e-ENGDET)，Leeds Metropolitan U
23、niversity(GB)，20043景艳，赵培全，何平汽车新材料的应用轻量化J现代制造技术与装备，2007，(1)：75-784游和清，马勤4A11铝合金活塞裙等温挤压工艺的研究J热加工工艺，2007，36(5)：65-685Natarajan N，Vijayarangan S，Rajendran IWear behaviourof A356/25SiC aluminium matrix composites sliding againstautomobile friction materialJ Wear，2006，261(7)：7-186陈芳雷，张治民，曹亚强镁合金汽车轮毂成形工艺及数值
24、模拟J热加工工艺，2007，35(1)：79-817Minj R K，Vaish A K，Upendra KCompacted graphite castiron-an ideal material for automobile application JIndianFoundry Journal，2007，53(1)：21-278费敬媛，吴淑霞金属材料在汽车行业上的应用与发展J天津汽车，2007，(3)：4-69Yuxuan Li，Zhongqin Lin，Aiqin Jiang，et al Experi-mentalstudy ofglass-fibermatthermoplasticma
25、terialimpact properties and lightweight automobile body analysisJ Materials&Design，2004，25(7)：9-1710Kim T W，Cho Y S，Park H S，et alThetribologicalcharacteristics of Surface Modificated Material for Automo-bile Elements Z The International Tribology Confer-ence，Kobe，200511王力，于善平非发泡型聚氨酯材料在汽车上的应用J汽车工艺与材料，2007，(8)：60-6312张震宇，杭建忠，施利毅，等纳米材料在汽车涂料中的应用研究进展J材料导报，2007，21(5)：7-1013施中堂汽车发动机密封材料的现状与发展方向J汽车工艺与材料，2007，(11)：59-6114张煦通用汽车在智能材料技术应用领域取得新突破J轻型汽车技术，2007，(3)：42-42124