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1、车身新材料种类以及新材料应用现状随着汽车技术的发展，汽车的功能日益完善，汽车的结 构越来越复杂，传统的汽车通常由几千个零件组成，现代高 级矫车由几万个零部件组成。为满足汽车节能、环保、安全、舒适的要求，实现轻量化、高强度、高性能的目标，构成汽 车的材料也发生了巨大的变化。通常按照材料的成分，将汽车材料分为金属材料和非金 属材料两大类。随着汽车技术的发展，未来汽车材料除金属 材料、非金属材料外，复合材料和纳米材料也将获得广泛应 用。一.车身新材料的种类新型结构材料1 .高强度钢板从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸 率只有后者的50%,故只适用于形状简单、 延伸深度不大的 零件。现在
2、的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元 素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2 ,是普通低碳钢板的23倍，深拉延性能极好，可轧制成很薄的 钢板，是车身轻量化的重要材料。到 2000年，其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车公司与宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为 262kg ,占车身钢板用量 的46% ,对减重和改进车身性能起到了良好的作用。表I美国耕牛材料枸成的变化材料陶成1甚0年我5年（如庠）年 （kg/车）2加口年3好）钢862726590630铸铁227113L36.07铝5458919J5塑料91109136149玻璃4132如34美国轿车材料构成
3、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1F冷轧钢等，车身设计师可根据板制零件受力情况 和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车 外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶 室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板 高15%25 %;良好的强度和塑性平衡， 即随着强度的增力口, 伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐蚀性，比 普通冷轧钢板提高20%;具有良好的点焊性能；烘烤硬化冷轧钢板：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效 处理，屈服强度得以提高。这种简称为 BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻
4、量化设计首选材料冷轧双向钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，经烤漆后强度可进一步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如车门加强板、保险杠等；超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢(C 0.005 %)中加入适量钛或铝，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提 高钢板的强度。实现了深冲性与高强度的结合，特别适用于 一些形状复杂而强度要求高的冲压零件。汽车材料应用部件轻量化迭层钢板：迭层钢板是在两层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.20.3mm ,塑料层的厚度 占总厚度的25%65 %。与具有同样刚度的单层钢板相
5、比， 质量只有57%。隔热防振性能良好，主要用于发动机罩、行 李箱盖、车身底板等部件。2 .铝合金与汽车钢板相比，铝合金具有密度小(2.7g/cm3 )、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。德国大众公司的新型奥迪 A2型轿车，由于采用了全铝车身骨架和外板结构，使其总质量减少了135kg，比传统钢材料车身减轻了 43 % ,使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奥迪 A8通过使用性能更好的大型铝铸件和 液压成型部件，车身零件数量从50个减至29个，车身框架 完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60% ,还比同类车型的钢制车身车重减少50% o由于所有的铝合金
6、都可以回收再生利用，深受环保人士的欢迎。根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将 不同厚度的铝板或者用铝板与钢板复合成型，再在表面涂覆 防腐蚀材料使其结构轻量化且具有良好的耐腐蚀性。铝合金已成为仅次于钢材的汽车用金属材料，能够为汽车提供各种铝合金铸件、冲压结构件和拉制的铝型材。铝合金 主要用于制造发动机缸体、活塞、进气支管、气缸盖、变速 器壳体、矫车的骨架、车身、座椅支架、车轮等部件。3 .镁合金和钛合金镁的密度为1.8g/cm3 ,仅为钢材密度的35%,铝材密度 的66%。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好， 电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工 业中得到了
7、广泛的应用。 镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的盐分中含3.7%的镁。近年来镁合金在世界范围内的增长率高达20 % o铸造镁合金的车门由成型铝材制成的门框和耐碰撞的镁 合金骨架、内板组成。另一种镁合金制成的车门，它由内外 车门板和中间蜂窝状加强筋构成，每扇门的净质量比传统的 钢制车门轻10kg ,且刚度极高。随着压铸技术的进步， 已可 以制造由形状复杂的薄壁镁合金车身零件，如前、后挡板、 仪表盘、方向盘等。钛的比重为4.6g/cm3 ,仅是铁的1/2,但强度和硬度超过 了钢，且不易生锈。用钛合金铸造的汽车发动机部件更轻、 更坚固和更耐腐蚀，钛合金车身可以承受更大的
8、作用力。4 .泡沫合金板泡沫合金板由粉末合金制成，具特点是密度小，仅为0.40.7g /cm3 ,弹性好，当受力压缩变形后，可凭自身的 弹性恢复原料形状。 泡沫合金板种类繁多，除了泡沫铝合金 板外，还有泡沫锌合金、泡沫锡合金、泡沫钢 等，可根据不 同的需要进行选择。由于泡沫合金板的特殊性能，特别是由 众的低密度、良好的隔热吸振性能，深受汽车制造商的青睐。 目前，用泡沫铝合金制成的零部件有发动机罩、行李箱盖等。5 .蜂窝夹芯复合板蜂窝夹芯复合板是两层薄面板中间夹一层厚而极轻的蜂 窝组成。根据夹芯材料的不同， 可分为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、 玻璃纤维增强树脂蜂窝、铝蜂窝等；面板可以采用玻璃钢、 塑料、
9、铝板和钢板等材料。由于蜂窝夹芯复合板具有轻质、 比强度和比刚度高、抗振、隔热、隔音和阻燃等特点，故在 汽车车身上获得较多应用，如车身外板、车门、车架、保险 杠、座椅框架等。英国发明了一种以聚丙烯作芯，钢板为面 板的薄夹层板用以替代钢制车身外板，使零件质量减轻了 50%60% ,且易于冲压成型。6 .工程塑料与通用塑料相比，工程塑料具有优良的机械性能、电性能、耐化学性、耐热性、耐磨性、尺寸稳定性等特点，且比要取 代的金属材料轻、成型时能耗少。二十世纪七十年代起，以 软质聚氯乙烯、聚氨酯为主的泡沫类、衬垫类、缓冲材料等 塑料在汽车工业中被广泛采用。福特公司开发的LTD试验车，塑料化后的车身取得了轻
10、量化方面的明显成果（见表2）表2福特LTD试赛车的轻量儆源零件钢制零件工程塑科零件重量减轻坨恸台%车身20933%车架1233C3327车门70.621.7铉9前保险杠55.320.13J.764前围43 J13.330270车轮4222 719.3手发动机革22 2814.264行李箱盖19613能其它1托骤类、座 椅骨架）32416.2Id,230合计297321.552福特LTD试验车的轻量化效果中国工程塑料工业普遍存在工艺落后、设备陈旧、规模小、 品种少、质量不稳定的状况，而且价格高，缺乏市场竞争力 工程塑料在汽车上的应用仅相当于国外上世纪八十年代的 水平。如上海桑塔纳轿车塑料用量仅为
11、2.86kg/辆，红旗CA7228型轿车为2.4kg/辆，而日本轿车平均为 14kg/辆, 宝马则更高，为35.64kg/辆。但这种局面将很快被打破，由 上海普利特复合材料有限公司投资新建、国内最大的汽车用 高性能ABS工程塑料生产基地日前在上海建成投产。此项 目引进了世界先进的工程塑料生成线和试验检测仪器等设 备，形成了年产15,000吨高性能ABS工程塑料的能力。工程塑料用于汽车可实现轻量化和节能，且可回收和循环利用。目前六大类的塑料：PP、PUR、PVC、ABS、PA和PE在汽车上得到广泛的应用，通常用于制造车身覆盖件、 车门门褴、车身内外装饰件和水箱面罩、保险杠和车轮护罩 等。7 .高
12、强度纤维复合材料复合材料是一种多相材料，是由有机高分子、无机非金属 和金属等原材料复合而成。目前玻璃纤维增强树脂复合材料 和碳纤维增强树脂复合材料在汽车上已经获得成功的应用。玻璃纤维增强树脂复合材料耐腐蚀、绝缘性好，特别是有 良好的可塑性，对模具要求较低，对制造车身大型覆盖件的 模具加工工艺较简易，生产周期短，成本较低。在矫车和客 车上，采用玻璃纤维增强树脂复合材料制造的矫车车身覆盖 件、客车前后围覆盖件和货车驾驶室等零部件。高强度纤维复合材料，特别是碳纤维复合材料 （CFRP）, 因其质量小，而且具有高强度、高刚性，有良好的耐蠕变与 耐腐蚀性，因而是很有前途的汽车用轻量化材料。碳纤维复 合材
13、料在汽车上的应用，美国开展的最好。二十世纪八十年代后期，复合材料车身外覆件得到大量的 应用和推广，如发动机罩、翼子板、车门、车顶板、导流罩、 车厢后挡板等，甚至由现了全复合材料的卡车驾驶室和轿车 车身。据统计，在欧美等国汽车复合材料的用量约占本国复 合材料总产量的33 %左右，并继续呈增长态势，复合材料作 为汽车车身的外覆件来说，无论从设计还是生产制造、应用 都已成熟，并已从车身外覆件的使用向汽车的内饰件和结构 件方向发展。图2为法国SORA公司为雷诺汽车公司开发的 全复合材料轿车车身和重型卡车驾驶室。上海通用柳州汽车 公司和东风公司计划推由全复合材料车身的家庭用小轿车。8 .陶瓷材料由于陶瓷
14、本身具有的特殊力学性能以及对热、电、光等的 物理性能，陶瓷材料特别是特种陶瓷在汽车上的应用日益受 到人们的重视。我国已成功研制钛酸铝陶瓷 -铝合金复合排气 管、氮化硅陶瓷柴油机涡轮增压转子和球轴承等汽车部件。汽车的构造材料可反映人类所应用材料的技术水平。目 前，6类主要材料如钢、铁、塑料、铝、橡胶、玻璃共占轿 车质量的90%,其余10%为其他多种材料，包括有色金属（铜、铅、锌、锡等），车中装备的液体（燃油、润滑剂、 其他油品和水基液等），油漆、纤维制品。如富康轿车用料为钢55% ,铸铁12% ,塑料12% ,铝6% ,橡胶3%。常见 汽车材料的构成如下图所示。:嗔探举村.而杨靠*P*V动机粕承
15、员.|.跖情itlCfi 人 4|弓.注的Hl if 样“洋化用 A U1 五步士曲电tt ik -1-61 ，1mu *Mt金1灌汽车的鞫M构成3A并通捌4丁件EL工鼻Id p汽车材料构成%/俅.笈.嘀机弛1 ，悼.帆家*怆明倒多用国T， 例asss胸烂 f m/ # /轮粕，拇坤而“仆.两悔用修彳械!装的锐川东科注件点,衣地4L 以动由*“工 化学部仲於樗妹阳通林忖斌酬浴.焦姓丹. 圳制川浦斯量料的用里*11悒3%仃泊.电 h, X新型功能材料1 .稀土材料中国稀土资源丰富，居世界前列。世界已探明的稀土储量 中国占世界已探明资源的 80% ,为我国大力开发稀土材料提 供了得天独厚的条件。使用汽车废气净化催化剂是控制汽车
