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1、TSINGHUA UNIVERSITY第第3讲讲 现代汽车用材现代汽车用材料技术料技术TSINGHUA UNIVERSITY一、汽车材料构成现状一、汽车材料构成现状二、铝、镁轻金属的应用状况二、铝、镁轻金属的应用状况三、汽车用钢铁材料现状三、汽车用钢铁材料现状四、塑料及其它轻量化材料四、塑料及其它轻量化材料五、五、汽车材料的再生汽车材料的再生TSINGHUA UNIVERSITY一、汽车材料构成现状一、汽车材料构成现状TSINGHUA UNIVERSITY汽车的材料构成汽车的材料构成一辆汽车由上万个零部件组装而成，而上一辆汽车由上万个零部件组装而成，而上万个零部件又是由上千种不同材料、几千万个
2、零部件又是由上千种不同材料、几千种不同的规格品种加工制造出来。种不同的规格品种加工制造出来。据统计，钢材的据统计，钢材的1/41/4、橡胶的一半以上用、橡胶的一半以上用于汽车生产。于汽车生产。TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY汽车用四大类工程材料及其选用汽车用四大类工程材料及其选用首先考虑采用金属材料首先考虑采用金属材料金属材料属于全能材料，能够满足承载金属材料属于全能材料，能够满足承载和其它要求，也符合经济要求。和其它要求，也符合经济要求。金属在静态和动态条件下，具有适当的金属在静态和动态条件下，具有适当的强度、刚度和韧性。其它物理特性也满强度、刚度
3、和韧性。其它物理特性也满足要求。足要求。金属有众多成形及制造工艺和庞大的设金属有众多成形及制造工艺和庞大的设计特性数据库。计特性数据库。有完善的报废和再循环利用行业有完善的报废和再循环利用行业只有在极特殊的性能需要时，才会只有在极特殊的性能需要时，才会考虑如聚合物和陶瓷等非金属材料。考虑如聚合物和陶瓷等非金属材料。除了直接的工程应用问题外，材料除了直接的工程应用问题外，材料选择还需考虑污染和再循环利用这选择还需考虑污染和再循环利用这样的政治问题。样的政治问题。TSINGHUA UNIVERSITY汽车材料选择需要考虑的因素汽车材料选择需要考虑的因素适用性：材料的性能必须满足具体要求。适用性：材
4、料的性能必须满足具体要求。必须与部件或者装置要完成的任务相匹配；必须与部件或者装置要完成的任务相匹配；要考虑整个使用要求，如力学载荷、载荷范围、硬度、刚度及柔要考虑整个使用要求，如力学载荷、载荷范围、硬度、刚度及柔性、汽车设计对质量的特别要求、各种物理特性等。性、汽车设计对质量的特别要求、各种物理特性等。质量和样式要求作为性能要求的扩展，也需要考虑。质量和样式要求作为性能要求的扩展，也需要考虑。噪声、振动噪声、振动美学特点、静态造型、色彩、纹理、感觉和气味。美学特点、静态造型、色彩、纹理、感觉和气味。经济性：经济因素和商业因素至关重要。经济性：经济因素和商业因素至关重要。常规的或标准化的形式提
5、供。常规的或标准化的形式提供。可行性：可行性：要考虑加工过程。要考虑加工过程。部件和产品的制造方法和规模对材料也有较大的影响。部件和产品的制造方法和规模对材料也有较大的影响。环境相宜性：法规的要求对汽车部件的和选择也有影响。环境相宜性：法规的要求对汽车部件的和选择也有影响。健康和安全因素制约着一些项目；健康和安全因素制约着一些项目；对于处理方法、垃圾成本及再循环经济的必要性。单一组成的材对于处理方法、垃圾成本及再循环经济的必要性。单一组成的材料部件的再循环利用相对容易；料部件的再循环利用相对容易；TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY最终材料的选择经常是折
6、中的最终材料的选择经常是折中的在某些情况下，功能要求占主要地位。在某些情况下，功能要求占主要地位。在某些方面，成本和法规是主要因素。在某些方面，成本和法规是主要因素。只有对所有方案进行比较后，才能做出满意的只有对所有方案进行比较后，才能做出满意的材料选择决策，材料选择决策，TSINGHUA UNIVERSITY案例：制动系统的材料选择分析案例：制动系统的材料选择分析在制动系统操纵机构作用下，摩擦副的相对在制动系统操纵机构作用下，摩擦副的相对旋转使车速降下来的摩擦阻力矩。旋转使车速降下来的摩擦阻力矩。多数摩擦副是由相对较硬的金属旋转部件和多数摩擦副是由相对较硬的金属旋转部件和相对较软的制动块或制
7、动蹄组成。相对较软的制动块或制动蹄组成。TSINGHUA UNIVERSITY转子材料选择转子材料选择转子材料要求：转子材料要求：必须有足够的刚度和硬度，能够把摩擦力矩传递到轮毂，而不会必须有足够的刚度和硬度，能够把摩擦力矩传递到轮毂，而不会产生过多的变形和热效应。产生过多的变形和热效应。应该有较高的容积热容量和良好的导热性，以吸收和传递摩擦面应该有较高的容积热容量和良好的导热性，以吸收和传递摩擦面产生的热量，没有过多的温度升高。产生的热量，没有过多的温度升高。摩擦材料的最高工作温度应比预期的最高温度高，以确保转子在摩擦材料的最高工作温度应比预期的最高温度高，以确保转子在最恶劣的环境下完好。最
8、恶劣的环境下完好。较低的热膨胀系数，使热变形最小。较低的热膨胀系数，使热变形最小。较低的密度，以使簧下质量最小。较低的密度，以使簧下质量最小。应耐磨，因为更换摩擦块或制动蹄更容易、更便宜。应耐磨，因为更换摩擦块或制动蹄更容易、更便宜。应当便宜并且容易制造。应当便宜并且容易制造。转子材料选择转子材料选择铸铁：便宜，具有较好的热特性和高温强度保持性，但是密度较铸铁：便宜，具有较好的热特性和高温强度保持性，但是密度较高。高。铸铁替代材料：铸铁替代材料：铝金属基复合材料，碳碳复合材料。铝金属基复合材料，碳碳复合材料。趋势：减轻簧下质量，减少对道路的损坏；减少污染，改善总体汽车趋势：减轻簧下质量，减少对
9、道路的损坏；减少污染，改善总体汽车燃油消耗。燃油消耗。TSINGHUA UNIVERSITY摩擦材料选择摩擦材料选择制动块或制动蹄：车轮总成的静止部分。通常复合摩擦材制动块或制动蹄：车轮总成的静止部分。通常复合摩擦材料粘接到钢底板或制动蹄架上。料粘接到钢底板或制动蹄架上。摩擦材料要求摩擦材料要求应产生稳定和可预测的摩擦系数，以使汽车在整个工作范围有效应产生稳定和可预测的摩擦系数，以使汽车在整个工作范围有效可靠地制动。可靠地制动。与转子匹配，减缓整体失效，摩擦材料自身和支撑其钢结构之间与转子匹配，减缓整体失效，摩擦材料自身和支撑其钢结构之间的粘接很重要。的粘接很重要。应有相对高的温度，以防止摩擦
10、表面产生热衰减，由于复合材料应有相对高的温度，以防止摩擦表面产生热衰减，由于复合材料的性质，制动块材料的工作温度始终低于最高温度。的性质，制动块材料的工作温度始终低于最高温度。衬片和制动蹄材料的较低传导性将有利于减小热传递到其它系统衬片和制动蹄材料的较低传导性将有利于减小热传递到其它系统部件，特别是液压油。部件，特别是液压油。应有合理的耐磨性，但不能过大，因为磨损将会促进均匀的接触应有合理的耐磨性，但不能过大，因为磨损将会促进均匀的接触压力分布，防止压力分布，防止“热点热点”产生。产生。弹性模数应相对较低，以便与粗糙的热变形的转子相适应。弹性模数应相对较低，以便与粗糙的热变形的转子相适应。应当
11、便宜和便于制造。应当便宜和便于制造。复杂的复合材料，由各种纤维（目前大多采用石绵纤维）、复杂的复合材料，由各种纤维（目前大多采用石绵纤维）、颗粒物和填充物一起粘接到聚合体基体中，如酚醛树脂。颗粒物和填充物一起粘接到聚合体基体中，如酚醛树脂。TSINGHUA UNIVERSITY德国德国Paderbom大学大学O.Habn等人提出等人提出“多材料多材料轻量化结构轻量化结构”（Lightweight Construction by multi material）及）及“合适的材料用在合适的部位合适的材料用在合适的部位”（The right material in the right place）两
12、）两概念。概念。认为多材料结构设计代表了今后汽车车身结构的发展认为多材料结构设计代表了今后汽车车身结构的发展趋势。趋势。通过对多材料结构进行优化，既能改进汽车性能，又通过对多材料结构进行优化，既能改进汽车性能，又能显著减小质量。能显著减小质量。TSINGHUA UNIVERSITY趋势：轻量化已经成为政策性行为趋势：轻量化已经成为政策性行为轻量化作用：不但可以减轻车身质量、节轻量化作用：不但可以减轻车身质量、节约能源、降低油耗、减轻污染，也可以降约能源、降低油耗、减轻污染，也可以降低成本、提高企业竞争力、增加企业利润。低成本、提高企业竞争力、增加企业利润。汽车的一般部件质量每减轻汽车的一般部件
13、质量每减轻1%1%，可节油，可节油1%1%；运动部件每减轻运动部件每减轻1%1%，可节油，可节油2%2%。据测算，如汽车自重减少据测算，如汽车自重减少50 kg50 kg，则每升燃油，则每升燃油行驶距离可增加行驶距离可增加1km1km；换言之，若自重减轻；换言之，若自重减轻1010，则燃油经济性可提高约，则燃油经济性可提高约5.55.5。TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY汽车轻量化的发展方向：汽车轻量化的发展方向：基于改善汽车燃油效率的轻量化基于改善汽车燃油效率的轻量化7070年代的石油危机导致引擎相关部件的铝化（铸件、年代的石油危机导致引擎相关部件的
14、铝化（铸件、压铸）；压铸）；车重每降低车重每降低10%10%，燃油效率可提高，燃油效率可提高68%68%。基于提升性能及安全性的轻量化基于提升性能及安全性的轻量化8080年代之后高性能车的普及带来的车体相关部件的年代之后高性能车的普及带来的车体相关部件的铝化（板材、挤型）；铝化（板材、挤型）；运动性能、乘坐舒适感、操纵性的提升；运动性能、乘坐舒适感、操纵性的提升；冲撞能量的吸收。冲撞能量的吸收。TSINGHUA UNIVERSITY汽车轻量化的途径：汽车轻量化的途径：对汽车底盘、发动机等零部件进行结构优化对汽车底盘、发动机等零部件进行结构优化前轮驱动、高刚性结构和超轻悬架结构等方法；前轮驱动、
15、高刚性结构和超轻悬架结构等方法；在使用材料方面通过材料替代或采用新材料来在使用材料方面通过材料替代或采用新材料来使汽车轻量化。使汽车轻量化。使用铝镁轻合金等有色金属材料、塑料聚合物材料、使用铝镁轻合金等有色金属材料、塑料聚合物材料、陶瓷材料等密度小、强度高的轻质材料，或者使用陶瓷材料等密度小、强度高的轻质材料，或者使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢；薄的高强度钢；采用先进的制造工艺，使用基于新材料加工技采用先进的制造工艺，使用基于新材料加工技术而成的轻量化结构用材术而成的轻量化结构用材如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、
16、激光如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、激光焊接板材等。焊接板材等。TSINGHUA UNIVERSITY美国政府于美国政府于19931993年推出的年推出的PNGVPNGV（Partner of New Partner of New General Vehicle General Vehicle）计划：要求轿车的整备质量）计划：要求轿车的整备质量降低降低40%40%，使轿车每加仑汽油可行驶，使轿车每加仑汽油可行驶8080英里（三倍英里（三倍燃料效率）及有效降低排放。燃料效率）及有效降低排放。福特公司的福特公司的Synergy2010Synergy2010概念车采用了高强度铝合金车概念车采
17、用了高强度铝合金车身，使质量降低了身，使质量降低了1/31/3；通用公司的通用公司的PreceptPrecept采用铝合金车身及骨架，其质量降采用铝合金车身及骨架，其质量降低了低了45%45%；克莱斯勒公司的未来型道奇克莱斯勒公司的未来型道奇Intrepid ESXIntrepid ESX概念车采用概念车采用的全铝合金车身质量比钢板车身轻的全铝合金车身质量比钢板车身轻272kg272kg。TSINGHUA UNIVERSITY 2008 2008年年1 1月，我国汽车轻量化技术创新战略联盟月，我国汽车轻量化技术创新战略联盟在宁波成立。在宁波成立。作为我国汽车行业的第一个技术创新战略联盟，其中作
18、为我国汽车行业的第一个技术创新战略联盟，其中长期发展目标是，开展汽车轻量化材料应用共性关键长期发展目标是，开展汽车轻量化材料应用共性关键技术研究，攻克和自主掌握轻量化核心关键技术，提技术研究，攻克和自主掌握轻量化核心关键技术，提升汽车行业轻量化材料应用水平。升汽车行业轻量化材料应用水平。该联盟由中国汽车工程学会、中国第一汽车集团公司、该联盟由中国汽车工程学会、中国第一汽车集团公司、东风汽车公司、浙江吉利控股集团有限公司、奇瑞汽东风汽车公司、浙江吉利控股集团有限公司、奇瑞汽车有限公司、重庆长安汽车股份有限公司、中国汽车车有限公司、重庆长安汽车股份有限公司、中国汽车工程研究院、吉林大学、哈尔滨工业
19、大学、华东理工工程研究院、吉林大学、哈尔滨工业大学、华东理工大学、宝山钢铁股份有限公司、西南铝业集团有限责大学、宝山钢铁股份有限公司、西南铝业集团有限责任公司等任公司等1212家单位共同组成。家单位共同组成。TSINGHUA UNIVERSITY驱动汽车材料发展的原动力是社会对汽车的驱动汽车材料发展的原动力是社会对汽车的安全性、节能安全性、节能性和环保性、舒适性和低成本性和环保性、舒适性和低成本等要素的需求。等要素的需求。汽车相关材料产品正在向高性能、轻量节能和环保方向发汽车相关材料产品正在向高性能、轻量节能和环保方向发展。展。TSINGHUA UNIVERSITY二、铝、镁轻金属的应二、铝、
20、镁轻金属的应用状况用状况TSINGHUA UNIVERSITY镁合金产业化镁合金产业化表1物理、机械特性比较材料材料比重比重熔点熔点()导热率导热率(W/m)抗拉强度抗拉强度(MPa)屈服强度屈服强度(MPa)延伸延伸率率(%)比强度比强度(/)弹性模量弹性模量(GPa)镁镁合合金金AZ91D1.8159854250160713845AM60B1.8615612401301313345铝铝合合金金A3802.70595100315160311671钢钢铁铁碳素钢碳素钢7.861520425174002280200塑塑料料ABS1.03 0.996 6093 P C1.23 118 2.795
21、镁合金、铝合金、钢铁、塑料的镁合金、铝合金、钢铁、塑料的物理和力学性能物理和力学性能TSINGHUA UNIVERSITY各种轻型材料与钢材具有相同弯曲刚性和弯曲强度时各种轻型材料与钢材具有相同弯曲刚性和弯曲强度时的厚度比与质量比值的厚度比与质量比值材料名称材料名称弯曲弯曲刚刚性相同性相同弯曲弯曲强强度相同度相同厚度比厚度比质质量比量比厚度比厚度比质质量比量比Mg(AZ91)1.670.391.120.26Mg(Am50)1.670.381.260.29Mg(AZ80-T5)1.670.380.850.20Mg(AZ31-H24)1.670.380.950.22Al(A380)1.430.49
22、1.120.38Al(A356-T6)1.430.501.040.37Al(6061-T6)1.450.500.850.30Al(5182-H24)1.440.500.920.32塑料塑料（Pulse2000）4.500.651.940.28TSINGHUA UNIVERSITY1.铝合金在汽车中的应用状况铝合金在汽车中的应用状况铝合金零部件生产采用的主要铝合金零部件生产采用的主要成型工艺为铸造和变形。成型工艺为铸造和变形。TSINGHUA UNIVERSITY铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金的优点：铸造铝合金的优点：流动性好：这对铸件薄壁部位的充填非常流动性好：这对铸件薄壁部位的充填非常重要；
23、重要；熔点低：与其它许多金属相比，铝合金只熔点低：与其它许多金属相比，铝合金只需要较低的熔化和浇注温度；需要较低的熔化和浇注温度；密度小：与铸造黑色金属相比，铝合金的密度小：与铸造黑色金属相比，铝合金的重量较轻，铸造操作方便；重量较轻，铸造操作方便；热交换快：铝液与模具之间传热快，金属热交换快：铝液与模具之间传热快，金属型铸造生产节奏快；型铸造生产节奏快；化学稳定性相当好；化学稳定性相当好；铸态表面质量好：表面有光泽且无缺陷。铸态表面质量好：表面有光泽且无缺陷。TSINGHUA UNIVERSITY几种部件所选用的铸造铝合金牌号几种部件所选用的铸造铝合金牌号TSINGHUA UNIVERSIT
24、Y铸造工艺主要包括：压力铸造、金属型重力铸造、铸造工艺主要包括：压力铸造、金属型重力铸造、低压铸造、砂型铸造、消失模铸造、半固态压力低压铸造、砂型铸造、消失模铸造、半固态压力铸造、挤压铸造等等；铸造、挤压铸造等等；以铸造工艺生产的铝合金零部件约占汽车总用铝以铸造工艺生产的铝合金零部件约占汽车总用铝量的量的2/32/3左右。主要用于汽车发动机部件、离合左右。主要用于汽车发动机部件、离合器壳体、变速器壳体、后桥壳、转向器壳体、正器壳体、变速器壳体、后桥壳、转向器壳体、正时齿轮壳体等壳体类零件；也可用于制造保险杠、时齿轮壳体等壳体类零件；也可用于制造保险杠、车轮、发动机框架、转向节液压泵总成、刹车钳
25、车轮、发动机框架、转向节液压泵总成、刹车钳等零部件。等零部件。20012001年北美用于发动机支座的铝合金达年北美用于发动机支座的铝合金达4082t4082t，共生产铝合金发动机支座共生产铝合金发动机支座25 525 5万件；每辆轿车用万件；每辆轿车用于罩盖、后行李箱盖、发动机等零部件的铝合金于罩盖、后行李箱盖、发动机等零部件的铝合金质量达质量达223kg223kg。TSINGHUA UNIVERSITY变形铝合金变形铝合金形变铝合金与铸造铝合金相比，强度、韧性形变铝合金与铸造铝合金相比，强度、韧性都大为优越。都大为优越。变形工艺主要包括卷制、锻造、冲压等。主变形工艺主要包括卷制、锻造、冲压等
26、。主要包括板、带、箔、管、各种形状的挤压型要包括板、带、箔、管、各种形状的挤压型材和锻件等。材和锻件等。主要用于制造保险杠、发动机罩、制动器总主要用于制造保险杠、发动机罩、制动器总成的保护罩、消声罩、防抱死制动系统、热成的保护罩、消声罩、防抱死制动系统、热交换器、车身构架、座位、车箱底板等零部交换器、车身构架、座位、车箱底板等零部件。件。TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY2.镁合金在汽车中的应用镁合金在汽车中的应用镁的特点镁的特点比强度高比强度高吸震性能高，适于用作设备机壳类零
27、件。吸震性能高，适于用作设备机壳类零件。尺寸稳定性好，无需退火和去应力处理。尺寸稳定性好，无需退火和去应力处理。便于实现自动化生产和高的模具寿命。便于实现自动化生产和高的模具寿命。良好的铸造性能，镁允许铸件壁厚小至良好的铸造性能，镁允许铸件壁厚小至0.6mm0.6mm。高生产率，与铝相比，镁有更低的单位体积热含量，高生产率，与铝相比，镁有更低的单位体积热含量，这意味着它在模具内能更快凝固。这意味着它在模具内能更快凝固。良好的切削性能。比铝和锌有更好的加工及切削特性。良好的切削性能。比铝和锌有更好的加工及切削特性。可回收再用，比许多塑料材料更符合环保的要求。可回收再用，比许多塑料材料更符合环保的
28、要求。高散热性，适合现今设计密集的电子产品。高散热性，适合现今设计密集的电子产品。电磁屏蔽性好，适合发出电磁干扰的电子产品。电磁屏蔽性好，适合发出电磁干扰的电子产品。其它：良好抗疲劳、低的裂纹倾向，无毒、无磁性等。其它：良好抗疲劳、低的裂纹倾向，无毒、无磁性等。TSINGHUA UNIVERSITY按工艺分类按工艺分类变形镁合金变形镁合金铸造镁合金铸造镁合金1.Mg-Mn：承载力不大，耐蚀性和可焊性好：承载力不大，耐蚀性和可焊性好2.Mg-Al-Zn：飞机、航天器中等承载结构件：飞机、航天器中等承载结构件3.Mg-Zn-Zr：飞机结构件：飞机结构件4.Mg-Li：重量轻、抗冲击、低承载结构件：
29、重量轻、抗冲击、低承载结构件5.Mg-Th：航天器耐热结构件：航天器耐热结构件6.Mg-RE：飞行器中等承载结构件：飞行器中等承载结构件1.Mg-Al-Zn：综合性能好，应用广泛：综合性能好，应用广泛2.Mg-Zn-Zr和和Mg-Zn-Zr-RE：较高室温和高温性能较高室温和高温性能3.Mg-Th：抗蠕变、可焊、防渗漏：抗蠕变、可焊、防渗漏按合金化元素分类按合金化元素分类Mg-MnMg-Al-ZnMg-Zn-ZrMg-ThMg-LiMg-Re按合金特性分类按合金特性分类室温高强镁合金室温高强镁合金耐热镁合金耐热镁合金抗蚀镁合金抗蚀镁合金可焊镁合金可焊镁合金超轻镁合金超轻镁合金合金分类合金分类T
30、SINGHUA UNIVERSITY镁合金的工艺性能镁合金的工艺性能铸造性能：铸造性能：动力学粘度低，比铝合金更容易充型。动力学粘度低，比铝合金更容易充型。熔点、比热容和相变潜热低，故其熔化耗能少，凝固速度快。熔点、比热容和相变潜热低，故其熔化耗能少，凝固速度快。锻造性能：锻造性能：镁为密排六方晶格结构，室温下镁变形机理是滑移及孪晶，只有镁为密排六方晶格结构，室温下镁变形机理是滑移及孪晶，只有基面参与变形。基面参与变形。200200及以上，多种面都可以参与变形。当温度超过及以上，多种面都可以参与变形。当温度超过225 225 时，时，镁的塑性变强。镁的塑性变强。一般镁热形温度为一般镁热形温度为
31、300 300 450 450 之间，在此温度区间，镁和铝之间，在此温度区间，镁和铝合金一样，也是容易变形的。合金一样，也是容易变形的。热处理性能热处理性能:固溶强化和弥散沉淀强化固溶强化和弥散沉淀强化加热过程应严格控制加热过程应严格控制可以采用任何一种热处理工艺可以采用任何一种热处理工艺TSINGHUA UNIVERSITY焊接性能焊接性能:焊接问题焊接问题氧化与蒸发严重氧化与蒸发严重过热晶粒粗大过热晶粒粗大 热裂纹倾向大热裂纹倾向大 气孔气孔热应力问题热应力问题所适应的焊接方法所适应的焊接方法主要有气焊、氩弧焊、电阻焊、电子束焊、等离子弧焊和钎焊等。主要有气焊、氩弧焊、电阻焊、电子束焊、等
32、离子弧焊和钎焊等。对于大厚度的镁合金结构还可采用电子束焊接。对于大厚度的镁合金结构还可采用电子束焊接。对压延板材的中厚板和薄板可采用等离子弧焊方法。对压延板材的中厚板和薄板可采用等离子弧焊方法。对于薄板结构采用电阻点焊工艺对于薄板结构采用电阻点焊工艺焊焊接接镁镁及及镁镁合合金金的的设设备备和和工工艺艺要要求求，与与焊焊铝铝合合金金基基本本相相同同。只是比铝合金更要加强保护和更为严格控制焊接规范。只是比铝合金更要加强保护和更为严格控制焊接规范。TSINGHUA UNIVERSITY切削加工性能切削加工性能:镁合金切削阻抗小，切削能耗是软钢的镁合金切削阻抗小，切削能耗是软钢的1/61/6，铝的，铝
33、的1/21/2，易于切削加工，可以在高速，大切削量下进行加工。，易于切削加工，可以在高速，大切削量下进行加工。切削过程中发热少，切屑易断，刀具磨损小，寿命显切削过程中发热少，切屑易断，刀具磨损小，寿命显著延长，采用碳素钢刀具加工镁合金，刀具寿命比加著延长，采用碳素钢刀具加工镁合金，刀具寿命比加工铝合金时高工铝合金时高5 51010倍。倍。可以干切削加工，不需研磨抛光。可以干切削加工，不需研磨抛光。镁合金散热快，不用切削液也能得到较好的表面质量。镁合金散热快，不用切削液也能得到较好的表面质量。镁合金铸件在一次切削加工后所得到的表面粗糙度，是其它镁合金铸件在一次切削加工后所得到的表面粗糙度，是其它
34、金属需要两次甚至多次切削后才能达到的。金属需要两次甚至多次切削后才能达到的。由于镁合金低的热容量和比较高的热膨胀特性，切削由于镁合金低的热容量和比较高的热膨胀特性，切削加工中细切屑容易引燃。加工中细切屑容易引燃。当采用非常高的速度切削时，镁合金具有粘结刀具表当采用非常高的速度切削时，镁合金具有粘结刀具表面形成积屑瘤的倾向。面形成积屑瘤的倾向。TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY其它其它可涂装性能：好可涂装性能：好再生回收性能再生回收性能资源意义：资源意义：能源意义：生产原镁能源意义：生产原镁1千克千克的能耗是的能耗是35KWh，而相对，而相对应的回收应的
35、回收1千克镁的能耗是千克镁的能耗是3KWh 回收与再生技术比铝合金回收与再生技术比铝合金废料要复杂，因为镁具有废料要复杂，因为镁具有更高的化学活性更高的化学活性；一般情一般情况下表面都具有防腐蚀保况下表面都具有防腐蚀保护涂层或是装饰用涂层护涂层或是装饰用涂层 装配性能装配性能TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITYFord公司公司2000年使用的年使用的镁镁合金零部件合金零部件零部件零部件类别类别代替前重代替前重量量 (kg)代替后重代替后重量量 (kg)减减轻轻率率(%)轻轻量化量量化量(kg)车车身身12.55.4587.1内内饰饰件件31.221.03
36、310.2动动力力总总成成55.236.23519.0发动发动机机33.522.23411.3悬悬挂件挂件62.225.95836.2刹刹车车3.91.8542.1各种固定件各种固定件14.57.2507.3方向方向盘盘支架支架5.63.9301.7电电气外壳气外壳3.21.8441.4合合计计188.6103.24585.1TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY系统系统产品产品通用通用福特福特克莱斯勒克莱斯勒欧洲欧洲亚洲亚洲汽汽车车内内部部饰饰件件仪表盘仪表盘有应用有应用有应用膝垫保持架膝垫保持架有应用座架座架有应用有应用有应用有应用座椅升降机械座椅升降
37、机械有应用有应用有应用座椅盘座椅盘有应用有应用螺形托座螺形托座有应用安全气袋盖安全气袋盖有应用方向盘方向盘有应用有应用有应用有应用有应用开关盖开关盖有应用有应用有应用驾驶杆部件驾驶杆部件有应用有应用有应用有应用有应用收音机壳收音机壳有应用手套箱门手套箱门有应用门窗调节器盖门窗调节器盖有应用有应用TSINGHUA UNIVERSITY系统系统产品产品通用通用福特福特克莱斯勒克莱斯勒欧洲欧洲亚洲亚洲汽汽车车车车身身系系统统门框门框有应用尾板尾板有应用顶梁顶梁有应用有应用阳蓬板阳蓬板有应用有应用有应用镜子托架镜子托架有应用有应用有应用有应用燃料注入燃料注入罩罩有应用门把手门把手有应用有应用TSING
38、HUA UNIVERSITY系统系统产品产品通用通用福特福特克莱斯勒克莱斯勒欧洲欧洲亚洲亚洲汽汽车车底底盘盘系系统统车轮车轮有应用ABS机架支架机架支架有应用有应用制动制动padel架架有应用有应用有应用有应用制动制动/加速器加速器支架支架有应用有应用制动制动/离合器离合器支架支架有应用制动制动padel臂臂有应用TSINGHUA UNIVERSITY系统系统产品产品通用通用福特福特克莱斯勒克莱斯勒欧洲欧洲亚洲亚洲汽汽车车传传动动系系统统阀盖阀盖/凸轮盖凸轮盖有应用有应用有应用有应用有应用4WD变速箱变速箱有应用有应用手动齿轮箱手动齿轮箱盖盖有应用有应用离合器壳离合器壳/活活塞塞有应用进气歧管
39、进气歧管有应用有应用发动机油盘发动机油盘有应用发动机托架发动机托架有应用变速箱定子变速箱定子有应用油过滤连接油过滤连接器器有应用有应用电动机外壳电动机外壳有应用TSINGHUA UNIVERSITY三、汽车用钢铁材料现状三、汽车用钢铁材料现状TSINGHUA UNIVERSITY钢铁材料价格便宜、工艺成熟，通过高强度化钢铁材料价格便宜、工艺成熟，通过高强度化和有效的强化措施可充分发挥其强度潜力，迄和有效的强化措施可充分发挥其强度潜力，迄今为止仍然是在汽车生产上使用最多的材料。今为止仍然是在汽车生产上使用最多的材料。钢铁材料被赋予新的内容：钢铁材料被赋予新的内容：如高强度钢、超高强度钢及先进高强
40、度钢在汽车车如高强度钢、超高强度钢及先进高强度钢在汽车车轮、座椅骨架、防护板、车身、前门及后门等方面轮、座椅骨架、防护板、车身、前门及后门等方面都表现出强大的可应用性能，在某些方面又有反替都表现出强大的可应用性能，在某些方面又有反替代铝合金及镁合金的趋势；代铝合金及镁合金的趋势；蠕墨铸铁、奥氏体球墨铸铁等也不断地在进一步扩蠕墨铸铁、奥氏体球墨铸铁等也不断地在进一步扩大应用范围，充分发挥着铸铁的优越性能。大应用范围，充分发挥着铸铁的优越性能。TSINGHUA UNIVERSITY钢钢钢板钢板机构制造用钢机构制造用钢钢管钢管耐热钢耐热钢烧结合金烧结合金TSINGHUA UNIVERSITY钢板：钢
41、板：约占汽车重量的约占汽车重量的50%，几乎全用于车身。，几乎全用于车身。减薄减薄10%，可达到，可达到5%的车身轻量化的车身轻量化TSINGHUA UNIVERSITY车身用钢板的发展趋势：车身用钢板的发展趋势：提高强度，以图减薄提高强度，以图减薄提高延性，以改善零件形状和可使几个提高延性，以改善零件形状和可使几个零件组合成单一的大件以减轻质量、省零件组合成单一的大件以减轻质量、省工和降低成本。工和降低成本。提高抗蚀性，配合减薄并延长车身寿命提高抗蚀性，配合减薄并延长车身寿命TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY19941994年开展了年开展了“超轻钢质
42、汽车车身超轻钢质汽车车身”的研究的研究（UltraLight Steel Auto BodyUltraLight Steel Auto Body，ULSAB ULSAB）。）。ULSABULSAB项目的创新点如下：项目的创新点如下：高强度钢和超高强度钢在车身结构上的应用大于高强度钢和超高强度钢在车身结构上的应用大于9090；车；车身身5050采用激光拼焊板；使用液压板成型技术；使用复合采用激光拼焊板；使用液压板成型技术；使用复合夹层钢板；车身组装广泛采用激光焊接。夹层钢板；车身组装广泛采用激光焊接。可以在不增加成本的前提下实现车身降重可以在不增加成本的前提下实现车身降重25%25%（以（以4
43、4门轿车门轿车为参照），且静态扭转刚度提高为参照），且静态扭转刚度提高80%80%，静态弯曲刚度提高，静态弯曲刚度提高52%52%，第一车身结构模量提高，第一车身结构模量提高58%58%，满足全部碰撞法规要求。，满足全部碰撞法规要求。与与ULSABULSAB相关性的相关性的ULSACULSAC的创新成果有的创新成果有3 3个方面：个方面：采用无框架车门结构；采用无框架车门结构；采用高强度钢制造车门外板，其厚度采用高强度钢制造车门外板，其厚度0.6mm0.6mm、0.7mm0.7mm。钢种。钢种有烘烤硬化钢（有烘烤硬化钢（BHBH：210MPa210MPa、260MPa260MPa）、双相钢（）
44、、双相钢（DPDP：500MPa500MPa、600MPa600MPa）、含磷钢（）、含磷钢（260MPa260MPa）、各向同性钢）、各向同性钢（260MPa260MPa）；）；用超高强度钢制造车门杆件，其厚度用超高强度钢制造车门杆件，其厚度1.0mm1.0mm，采用双相钢，采用双相钢（DPDP：650650、840MPa840MPa）。）。TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY目前北美正在推进目前北美正在推进ULSABAVCULSABAVC计划，即先进汽车计划，即先进汽车概念（概念（Advanced Vehicle ConceptAdvanced Ve
45、hicle Concept）。该项目的）。该项目的是从整体上研究开发新一代钢铁材料汽车结构是从整体上研究开发新一代钢铁材料汽车结构（车身、覆盖件、悬挂系、发动机支架及所有与（车身、覆盖件、悬挂系、发动机支架及所有与结构和安全相关的部件）。结构和安全相关的部件）。安全：满足安全：满足20042004年汽车碰撞安全标准要求；年汽车碰撞安全标准要求；减重：明显改善燃油效率，降低油耗；减重：明显改善燃油效率，降低油耗；环保：减少排放，改善材料的回收再利用；环保：减少排放，改善材料的回收再利用；经济：降低成本，便于大批量生产。经济：降低成本，便于大批量生产。我国宝钢公司参加了我国宝钢公司参加了ULSAB
46、ULSABAVCAVC项目。项目。TSINGHUA UNIVERSITY在北美，高强度钢（在北美，高强度钢（HSSHSS）和超高强度钢）和超高强度钢（UHSSUHSS）以及先进高强度钢（）以及先进高强度钢（AHSSAHSS）（屈）（屈服强度涵盖服强度涵盖HSSHSS和和UHSSUHSS之间的强度范围）的之间的强度范围）的研究与应用是与铝、镁合金材料并驾齐驱。研究与应用是与铝、镁合金材料并驾齐驱。镀层钢板在北美也有很大的发展。镀层钢板在北美也有很大的发展。通过对先进高强度钢板表面进行镀层处理，通过对先进高强度钢板表面进行镀层处理，大大提高了先进高强度钢板的防腐蚀性能及应大大提高了先进高强度钢板的
47、防腐蚀性能及应用范围。用范围。TSINGHUA UNIVERSITY高强度钢板的定义与分类高强度钢板的定义与分类ULSABAVC联合会将钢种标记为联合会将钢种标记为XXaaa/bbb，XX为钢种类型、为钢种类型、aaa为最低屈服强度（为最低屈服强度（MPa）、）、bbb为最为最低抗拉强度（低抗拉强度（MPa）。钢种的标志符号统一如下：）。钢种的标志符号统一如下：传统钢种：低碳钢、无间隙原子钢（传统钢种：低碳钢、无间隙原子钢（IF，Interstitial-free）、）、各向同性钢（各向同性钢（IS，Isotropic）、烘烤硬化钢（）、烘烤硬化钢（BH，Bake hardenable）、碳锰
48、）、碳锰 钢、低合金高强度钢（钢、低合金高强度钢（HSLA）。）。先进高强度钢（先进高强度钢（AHSS）钢种：双相钢（）钢种：双相钢（DP，Dual Phase）、）、复相钢（或多相钢）（复相钢（或多相钢）（CP，Complex Phase）、相变诱发塑）、相变诱发塑性钢（性钢（TRIP，Transformation-induced Plasticity）、马氏体）、马氏体钢（钢（Mart，Martensite）。）。按照按照ULSAB所采用的术语，将屈服强度为所采用的术语，将屈服强度为210-550MPa的钢定义为高强度钢（的钢定义为高强度钢（HSS），屈服强度超），屈服强度超过过550MP
49、a的钢定义为超高强度钢（的钢定义为超高强度钢（UHSS）；而先进）；而先进高强度钢（高强度钢（AHSS）的屈服强度覆盖于）的屈服强度覆盖于HSS和和UHSS之之间的强度范围。间的强度范围。TSINGHUA UNIVERSITY先进高强度钢的特点：先进高强度钢的特点：成型性能好成型性能好冲压时塑性变形好，不产生开裂、变形、折皱等；冲压时塑性变形好，不产生开裂、变形、折皱等；冲压后弹性回复小；不危及冲压模的粘着和磨损冲压后弹性回复小；不危及冲压模的粘着和磨损高的防撞凹性能高的防撞凹性能能量吸收率较高能量吸收率较高高的疲劳强度和长的疲劳寿命高的疲劳强度和长的疲劳寿命高烘烤硬化性能高烘烤硬化性能北美开
50、发的北美开发的PNGV ClassPNGV Class轿车，车身只有轿车，车身只有218kg218kg（基（基准平均质量为准平均质量为263kg263kg），共有），共有8181个主要零件，个主要零件，100%100%采用高强度钢（采用高强度钢（HSSHSS），其中有），其中有80%80%以上为先进高以上为先进高强度钢强度钢(AHSS)(AHSS)。TSINGHUA UNIVERSITYTSINGHUA UNIVERSITY镀层钢板镀层钢板在欧洲，过去要求镀层具有在欧洲，过去要求镀层具有6 6年的防护性能，而年的防护性能，而现在则要求达到现在则要求达到1212年。年。预计欧洲预计欧洲20052