汽车制造材料的发展

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1、4 2 汽车维修2 0 0 8 .5 A U T OMOB I L EMA I N T E N A N C E 科 普 园 汽车自诞生以来, 已经历了1 0 0 多年的历史。在此期间, 汽车的发展 日新月异, 其结构越来越复杂, 功能 也越来越多, 现代汽车更是高新技术 密集。 汽车技术的发展, 在很大程度上 要依托于汽车材料的发展。据统计, 世界上钢材产量的1 / 4、橡胶产量的 1 / 2被用于汽车生产,特别是钢铁材 料, 更是汽车材料界的功臣元老。钢 铁材料凭借其优良的使用性能和工 艺性能, 稳坐汽车材料霸主地位达百 年之久。当然, 在人们受益于钢铁材 料的坚固、 耐用的同时, 也体会到

2、了 它的冰冷、 沉重和喧嚣。 今天,随着人们生活水平的提 高,汽车已开始大量进入寻常百姓 家, 因而对汽车的性能、 使用寿命、 安 全性、 经济性、 舒适性等提出了更高 的要求, 这就对汽车材料技术提出了 更大的挑战, 钢铁材料在汽车材料界 的首席地位也开始摇摇欲坠。 在科学技术高度发达的今天, 市 场的需求促使人们不断挑战材料的 极限, 从而导致材料工业发生了根本 性的飞跃。 尤其是日益严重的世界性 能源危机, 使人们把目光投向了高性 能、 环保、 节能的新型材料, 如轻金 属、 工程塑料、 工程陶瓷、 复合材料 等, 这些新型材料在各方面的性能都 大有看点, 因而倍受瞩目。 汽车制造材料可

3、以分为三大类, 即金属材料、 非金属材料和复合材料。 1 .金属材料 金属材料过去是以钢铁为主, 但 因其笨重而导致的高能耗, 使它日益 失宠, 节约能源已成为汽车材料发展 与变革的压力和动力。就汽车而言, 降低自重是节能、 降低成本的重要措 施之一。 例如, 轿车每减重1 0 %, 其燃 油消耗可以降低8 % 1 0 %; 载货汽车 (1 6 2 0 t级) 每减重1 0 0 0 k g, 其燃油 消耗可以降低6 % 7 %。 由于材料与汽车的制造成本和使 用成本密切相关,汽车向轻量化方向 发展已是大势所趋。汽车材料进入了 一个脱胎换骨的时代,汽车用轻量化 材料 (铝合金、 镁合金、 钛合金

4、等) 的研 究与应用日益成为行业瞩目的焦点。 铝在地球上的蕴藏量约为铁的 2倍, 为在工业上广泛应用提供了有 利条件。 铝的密度仅为钢的1 / 3, 人们 在纯铝中加入硅、 镁、 锰等强化元素 后形成的铝合金,其强度大大提高, 并符合汽车材料高强度与高塑性兼 而有之的性能要求。以铝代钢, 可使 汽车减重约5 0 %。随着高塑性、 高强 度铝合金的进一步开发研制, 铝合金 已成为汽车上应用最广的轻金属。 德国奥迪公司1 9 9 9年推出的奥 迪A 2轿车, 是世界上第一款大批量 生产的全铝汽车。 该车的仪表板部分 由高强度铝结构支撑, 空间构架采用 高压铸铝, 这一技术是用于飞行器结 构的高难技

5、术,加强了材料的强度, 并减少了材料的厚度。 由于这款铝制 奥迪轿车采用了轻量化材料和新技 术, 使其车身仅重8 9 5 k g, 比传统的 钢制车身轻4 0 %以上。 无独有偶, 瑞典沃尔沃公司也开 发 了 一 款 全 铝 试 验 车 沃 尔 沃 L C P 2 0 0 0型 轿 车 , 其 净 重 仅 为 6 4 5 k g。 与同一级别的原型车 (8 3 0 k g) 相比,L C P 2 0 0 0型轿车的燃料消耗为 2 5 k m / L, 而原型车为1 2 .2 k m / L。 可见, 采用轻量化材料制造汽车可以大大 减少油耗、 节约能源。 近几年来, 随着新材料的不断问 世,

6、越来越多的新型轻金属被应用于 汽车制造业, 如在实用金属中最轻的 镁及其合金;耐蚀性比不锈钢好、 密 度是铁的1 / 2、韧性与钢相当的钛及 其合金等, 都开始在汽车材料界大放 异彩。 2 .非金属材料 非金属材料又可分为有机高分 子材料 (如塑料、 橡胶类) 和无机非金 属材料 (如陶瓷类) 。 塑料过去因其强 度和硬度低、 耐热性差、 易变形老化 等自身缺陷, 在汽车上只能甘当制作 汽车内饰件等配角。 随着汽车轻量化 的发展需求, 以及塑料工业的迅速发 展,塑料在汽车上的应用越来越多、 越来越广。现在, 塑料已可用来制造 汽车外装件, 如保险杠、 散热器格栅、 车轮罩、 灯类、 车身部件及

7、其它一些 结构件和功能件等。 陶瓷过去因其质脆,仅限于制造 火花塞、 车窗玻璃之类, 现在随着科技 的发展, 陶瓷在品种、 制造技术、 应用 领域等方面都有了很大突破。 例如, 氧 化铝陶瓷的耐磨性好,可用于制造轴 承、 活塞等零件; 热压氮化硅可制造转 子发动机的叶片、 高温轴承等。 目前, 已有许多发动机零件采用 结构陶瓷制造, 特别是一些传感器之 类。 陶瓷具有高温强度、 高耐蚀性、 高 耐磨性、 低膨胀系数、 隔热性好、 低密 度等特点, 采用结构陶瓷代替高强度 合金制造的涡轮增压发动机、 绝热发 动机, 可将发动机的工作温度提高到 1 3 0 0 以上,热效率提高3 0 %以上。 结

8、构陶瓷的质量仅为铁的1 / 2,其节 能效果非常显著, 同时还能减少环境 污染、 节约钢材等金属材料。 但是, 由 于陶瓷具有质地脆、 加工困难, 稍有 缺陷就容易破裂,且成本较高等缺 点, 目前还没有被广泛使用。 科学家们正在研究把陶瓷颗粒 做成纳米量级, 或者在里面掺杂纳米 量极的第二相颗粒, 使它具有很高的 硬度和耐高温的特点, 同时掉到地上 也不会碎裂。陶瓷发动机耐高温, 因 此不必像现在的发动机那样需要冷 却。目前, 陶瓷材料、 高分子材料和金 属材料并称为三大固体工程材料, 在 汽车制造 材料的 发展 山东/吕少卉 A U T OMOB I L EMA I N T E N A N

9、C E 车友沙龙 4 3 汽车维修2 0 0 8 .5 工业材料界形成三足鼎立的局面。 3 .复合材料 在汽车轻量化的进程中, 由于金 属材料、高分子材料和陶瓷材料在性 能上各有优点与不足,这使得高性能 的复合材料应运而生。复合材料不仅 具有各组成材料的优点,而且还具有 单一材料无法比拟的优越的综合性 能, 如比强度是钢的7倍, 比模量是钢 的5倍多,抗疲劳性能比大多数金属 高3 0 % 4 0 %, 破损安全性好, 高温性 能强, 减振性好, 具有独特的整体成形 工艺等等。 因此, 近年来复合材料发展 迅速, 倍受青睐, 在各个领域都得到广 泛的应用。 在汽车上采用的复合材料主要 有纤维增强

10、塑料 (F R P) 、 纤维增强陶 瓷 (F R C) 、 纤维增强金属 (F R M) 。 纤维 增强塑料密度低、 比强度高, 流动性和 层压性好,设计自由度高,可一体成 形, 着色方便, 耐冲击性好, 更重要的 是它可以减少车重, 轻量化效果显著。 如玻璃纤维增强塑料,是玻璃纤维和 塑料的亲密结合品, 像木头一样轻, 像 金属一样坚固,且外形美观,容易成 型, 俗称玻璃钢。 玻璃钢最早应用在飞机上, 早在 第二次世界大战时就开始了。它不腐 蚀, 能减轻振动和噪音, 隔热, 对局部 撞击破坏有很高的抵抗力; 不透电波, 适合制造电子设备的外壳; 表面光滑, 可以减少飞行阻力; 容易小修小补

11、。 运 用最多的是波音7 4 7大型喷气式客 机, 其玻璃钢部件达1万多种。 玻璃钢除了在空间领域、 光学领 域大显身手外,也涉足于汽车材料领 域。 例如, 在汽车发动机气缸盖等部位 采 用 玻 璃 纤 维 强 化 热 塑 性 树 脂 (G F R P) , 比用铸铁制造同样的部件减 轻了4 5 %; 汽车底盘采用玻璃纤维增 强塑料, 比用钢材制造减轻了8 0 %。 性能与玻璃纤维增强塑料相匹敌 的碳纤维增强塑料 (C F R P) , 其弹性模 量比玻璃纤维高4 5倍,强度也略高 于玻璃纤维增强塑料, 且密度更小。 碳 纤维增强塑料在- 6 5 1 0 5 的温度范 围内基本上无伸缩现象,且

12、静电屏蔽 性好, 射线透过性也不错, 能够导电。 此外, 碳纤维增强塑料的振动衰减快、 振动传递小,可以说是最理想的汽车 轻量化材料,其节能效果胜于钢和铝 制件。 但是,疲劳和磨损使复合材料制 品的使用寿命大打折扣。汽车每颠簸 一下, 发动机每起动一次, 复合材料内 部都会产生细微的裂纹,随着裂纹的 逐渐扩大, 复合材料的强度逐渐减弱, 直至断裂。 为此, 科学家们又开始研制 智能型复合材料, 如自愈复合材料、 自 感复合材料等新型复合材料,用来感 知即将出现的故障, 并自动弥合裂纹。 当然,智能型复合材料目前还仅处于 探索和研究阶段,投入实际应用还有 一段距离。 据有关资料统计分析,近2 0

13、年 来, 欧洲、 美国、 日本生产的轿车中, 车 用材料的构成比例不断变化,钢铁所 占的比重呈明显下降的趋势, 而铝、 工 程塑料、复合材料等的应用则呈显著 上升趋势。 我们相信, 未来还会有更多 的新型材料出现,汽车会变得越来越 轻, 性能也会越来越好。 “ 随着有车一族队伍的日益壮大, 车险成为有车人士不得不面对的问 题。目前, 车主需要购买的车辆险主 要包括两类, 一类是强制保险, 即我 们所说的交强险; 另一类是商业车辆 保险。 商业车辆保险又分为主险和附 加险两种,其中主险主要有车损险、 盗抢险、 商业第三者责任险和车上人 员伤亡责任险等; 附加险只能在投保 主险的基础上购买,包括玻

14、璃破碎 险、 车身划痕险、 自燃险等。 根据已实施的 机动车交通事故 责任强制保险费率浮动暂行办法 的 规定: 凡上年度未发生有责任道路交 通事故的,交强险费率下浮1 0 %; 上 年度发生两次及两次以上有责任道 路交通事故的, 上浮1 0 %; 上年度发 生 有 责 任 交 通 死 亡 事 故 的 , 上 浮 3 0 %;仅发生无责任道路交通事故 的, 交强险费率仍可向下浮动。 交强险的基础保费是1 0 5 0元, 如果车主在一年内未发生有责任道 路交通事故, 下一年仅交强险一项就 可节省1 0 5元。 结合实际买车险 目前,由于车辆险的种类很多, 让人难以选择, 许多车主索性购买全 部商业

15、保险, 或者只买交强险, 这样 的做法不太合理, 车主应根据自己的 实际情况选择车险。 如果你的爱车防盗性能不错, 自 己居住的小区物业管理也比较规范, 车辆被盗抢的发生几率很小, 那就不 用购买盗抢险; 如果家中老人、 孩子 坐车的机会较多, 买一份车上人员伤 亡责任险就很有必要; 如果你购买的 是二手车, 就应该买一份自燃险 交强险主要承担一些基本保障, 保额最高为1 2 .2万元,其中对财产 损失的赔付最高额仅为2 0 0 0元, 对 医疗费用的赔付最高额仅为1万元, 很难弥补发生交通事故后所造成的 财产损失。 因此, 为了提高保险保障, 车主应根据自身的需要选购不同档 次的商业第三者责任险。 买车险还是“ 交叉” 为好 这里所说的 “交叉” 保险, 就是在 选择车辆险时,可以考虑其它保险的 保障功能, 购买其它保费较低、 保障较 高的保险来替代车辆险。 比如, 为了提 高对自己的保障额度,可以购买一份 意外险,保费比购买车上人员伤亡险 要低很多; 如果外出的机会很少, 就可 以在外出时选择各财险公司推出的相 关保险产品, 保费仅几十元, 但在车主 外出时,保险公司不仅对车上人员的 人身安全、 行李安全进行保障, 而且还 对无人看守的家庭财产进行保障, 这 样就省去了购买车上人员伤亡险等车 险的费用, 节省了开支。 车险品种多 购买有技巧 四川/阿山