汽车材料

PA6/PA66
碳纤维 CF
PBT/PET 聚酰胺纤维 AF
PPS
不锈钢纤维 SF
ABS
天然纤维 NF
✓基体材料使用最多的是PP，其它 材料在高性能的推动下，应用也日 趋广泛。
✓玻璃纤维(GF)具有来源广，性价比 高的优势，在增强材料中用量最大。
✓天然纤维（NF)是一种环境友好材料，在汽车 上有广泛的应用前景。
✓ 一般汽车的橡胶零部件约400-500个。 ✓ 重量一般占5%：轿车约70kg
威驰加油口防护套 材料为NBR+PVC
玻璃、陶瓷材料
➢玻璃材料分类
种类
定义
应用
夹层玻璃
两片或两片以上的玻璃用一层或数层 胶粘剂接在一起的玻璃制品
前风窗玻璃——适用于所有机动车； 前风窗以外玻璃——适用于所有机动车。
钢化玻璃
38
➢工业胶分布图
汽车用工业胶
39
汽车用工业胶
折边密封胶
点焊胶 膨胀胶
40
汽车用工业胶
焊缝密封胶
车底抗石击底涂
汽车涂料
➢汽车涂料的定义
✓ 涂料：涂于物体表面，能干燥成膜的有机高分子化合物的 胶体溶液或粉末叫有机涂料。
✓ 涂料——汽车的外衣
FERRARI
BMW
汽车涂料
镁合金在汽车工业中的应用
➢镁合金在汽车上的应用部位
镁合金在汽车工业中的应用
仪表板骨架 宝马X5制造的仪表板骨架，材料AM60。
座椅骨架 马瑞丁技术公司生产，为捷豹车型配套，材料AM50A。
变速器壳体和变速器盖 上海大众桑塔纳轿车变速器壳体采用镁合金。本田雅阁2006
Acura TSX北美版变速器壳体采用镁合金。
汽车材料
2020年7月18日星期六
课程大纲
• 汽车用材料综述 • 汽车工业用金属材料 • 汽车工业用非金属材料
汽车材料综述
➢ 汽车是由上万个零部件组装而成，而这些零部件又是由 几百个品种、上千个规格的材料加工制成的，可以说材 料是汽车的基础。
➢ 用于生产汽车的材料种类很多：有钢铁、有色金属、塑 料、橡胶、玻璃、陶瓷等，据统计， 近几年生产的一辆 普通轿车,其主要材料的重量构成比大致为：钢铁65%～ 70%、有色金属10%～15%、非金属材料20%左右。
✓ 雷诺的“新风景二代”铝合 金挤压前保险杠提高正面碰 撞的吸能效果，并达到减轻 重量的目的，与前纵梁采用 螺栓连接。
目前某新车型已决定采用此 技术来提高正面碰撞的吸能 效果，并达到减轻重量的全 铝门骨架。
全铝门骨架 －上海车展
铝合金在汽车工业中的应用
变形铝合金冲压的发动机盖板(内板和外板)
铝合金在汽车工业中的应用
镁合金在汽车工业中的应用
➢镁合金汽车零部件举例
内容提要
➢ 汽车用材料综述 ➢ 汽车工业用金属材料 ➢ 汽车工业用非金属材料
汽车工业用非金属材料
➢ 塑料材料 ➢ 橡胶材料 ➢ 玻璃、陶瓷材料 ➢工业胶 ➢涂料 ➢油液
塑料材料
➢塑料简介
塑料是一种高分子材料，用它代替各种昂贵的有色金属和 合金材料，不但可以提高汽车造型的美观度与设计的灵活性， 而且还可以降低汽车的能耗。此外，塑料的应用有抗腐蚀、耐 磨、隔热、消声、减振等优点。
铝所节省的能量是生产该零件所用原铝耗能的6-12倍。 ➢ 省油
重量每减轻10%，最多可实现节油8%。
铝合金在汽车工业中的应用
表1 可用铝合金制造得主要汽车部件
部件系统
零件名称
发动机系
发动机缸体、缸盖、活塞、进气岐管、水泵壳、发动机壳、启动 机壳、摇臂、摇臂盖、滤清器底座、发动机支架、正时链条盖、 发电机支架、分电器座、气门室罩盖、油底壳等
制动鼓 水泵壳 油泵壳
3.5~18 80~120 18~27 3.6~4.5 13.5~23 5.5~9 1.8~5.8 1.4~2.3
1.8~9 13.5~32 6.8~11.4 1.4~1.8 5~8.2 1.8~3.6 0.7~2.3 0.5~0.9
2/1 （3.8~4.4）/1 （2.4~2.7）/1 （2.5~2.6）/1 （2.7~2.8）/1 （2.5~3.1）/1 （2.4~2.6）/1 （2.6~2.8）/1
吉利车
自由舰
远景
56.3
57.4
7
7.9
6.4
6.7
3.6
4.1
6.7
7
5.3
5.7
7
5.5
1.2
1.6
6
4
塑料材料
外饰件
内饰件
电子电器 发动机周边 其它部件
保险杠面罩 散热器隔栅 挡泥板 侧防撞条 翼子板内衬 车镜支架 车镜壳体 轮饰盖
仪表板骨架 仪表板面罩 副仪表板 立柱 方向盘 杂物箱/托架 烟灰缸 遮阳板 门槛饰条 内门板 门窗封条 音箱壳体
91.6
118
145
1145
1310
1440
8.0
9.0
10.2
塑料材料
–不同塑料用量占汽车塑料总量的比例 /%
PP及合金 PA及合金
PUR PBT、PET
PE ABS及合金
PVC POM 其他
欧系某车
44 13 14 2 7 7.2 3 2 7
日系某车
37.5 4.3 6.7 8.9 7.8 13.3 15.2 3.2 3.1
➢陶瓷 在发 动机 上应
用
玻璃、陶瓷材料
注：PSZ为部分稳定氧化锆；SSN为烧结碳化硅；LAS为锂-铝-硅酸 盐； TTA为改性的韧性氧化铝。
汽车用工业胶
➢汽车工业胶
✓汽车胶粘剂、密封胶的应用分类
从汽车整个制造过程所涉及的工作部位和功能这个角度出发,可将车 用胶粘剂、密封胶大致分为5大类别：
1）焊装工艺用胶：折边胶、点焊密封胶、膨胀胶、减振胶 2）涂装工艺用胶：焊缝密封胶、抗石击底涂 3）内饰件用胶： 丁基胶带、风挡玻璃胶 4）装配件用胶： 厌氧胶、硅酮密封胶 5）特殊工艺用胶：刹车片胶、压敏胶带、发动机液化胶
板
饰件， 如保险 杠、仪
表板
，各 椅 种衬 、 套、 车 密封 门
圈蒙
后 风 挡 、 车
刹 车身 车 密封 片 阻尼 ，胶
皮门 装
车 身 涂 装
玻饰
璃件
内容提要
➢ 汽车用材料综述 ➢ 汽车工业用金属材料 ➢ 汽车工业用非金属材料
汽车用金属材料
➢ 构成汽车的零件约有两万多个，在这些零件中，使用了 各种各样的材料，其中约86%是金属材料，而在金属材料 中，钢铁材料占了80%。
橡胶材料
➢橡胶分类
1、按用途分类：天然橡胶和合成橡胶 天然橡胶
由天然或人工种植的橡胶树经过割胶、过滤清洗、干 燥等工序加工而成. 合成橡胶 通用橡胶和特种合成橡胶 2、按照形态分类：固体橡胶、粉末橡胶、液体橡胶。
橡胶材料
➢橡胶在汽车上的应用现状
✓ 密封条、密封圈、油封、密封护套、减震弹性元件、传动 带（V带、同步带、多楔带）、轮胎等
将玻璃加热到软化点附近然后骤冷的 方法制成的玻璃。
区域钢化 玻璃
分区域控制钢化程序的钢化玻璃
中空安全 玻璃
中空玻璃是由两片或多片浮法玻璃组 合而成，玻璃片之间夹有充填了干燥 剂的铝合金隔框，之间用丁基胶粘结 密封后，再用聚硫胶或结构胶密封。
塑玻复合 材料
由一层或多层玻璃与一层或多层塑料 材料复合而成的玻璃材料，安装后其
塑料材料
吉利金刚100％前碰
溃缩吸能区域 能量吸收
过渡区域 力的分配
刚性区域 结构的基础
塑料成型工艺
塑料制品为满足汽车工业的需求，需要加工成各种形状， 成为塑料制品后才能应用在汽车上，下面就汽车用塑料常用的 几种加工成型方法和工艺简单介绍。
1.注射成型 2.挤出成型 3.吹塑成型 4.真空吸塑成型 5.模压成型 6.搪塑成型
面向乘客的一面为塑料层。
前风窗玻璃——适用于设计时速低于 40km/h的机动车；
前风窗以外玻璃——适用于所有机动车。 前风窗玻璃——适用于不以载人为目的的 载货汽车，不适用于以载人为目的的轿车
及客车等。
前风窗以外玻璃——适用于所有机动车。
前风窗玻璃——适用于所有机动车； 前风窗以外玻璃——适用于所有机动车。
塑料材料
➢塑料用量增加
✓ 来自轻量化、环保、成本等方面的推动，作为廉价、轻 质的塑料材料在汽车上的使用量越来越大。
世界汽车单车塑料发展趋势
塑料材料
➢ 不同车型塑料用量对比
塑料用量/Kg
整车质量/Kg
塑料用量比率 /％
欧系 某车 169
1275
13.3
日系 某车 179
1310
13.7
自由舰
国产车型 远景 国产某车
随着汽车技术的发展，到本世纪中叶，汽车的主 要材料将由钢材转为铝材，轿车的平均重量将会减 轻35%。
铝合金在汽车工业中的应用
➢ 减重 典型的铝质零件一次减重效果可达30-40%，二次减重则可进一步
提高到50%。 ➢ 降低排放
每使用1kg铝，可使轿车寿命周期减少20kg尾气排放。 ➢ 易回收
绿色环保材料，可循环回收。 ➢ 节能
目前在汽车上所用塑料有：聚丙烯(PP），聚氯乙烯（PVC ），聚氨酯（PUR） ，不饱和聚酯（UP），丙烯腈-丁二烯- 苯 乙烯三元共聚物（ABS），酚醛树脂（PF），聚乙烯（PE）和 聚酰胺（PA）。PP、PE、PUR 等应用范围正在扩大。
我国汽车用塑料的品种按用量排列依次为PP、PVC、PU、不 饱和树脂、ABS、PF、PE、PA、PC和复合材料；
➢ 各种新型材料，如轻金属材料、复合材料、高技术合成 材料等越来越多的用于现代汽车。
汽车材料分类
汽车用材料
金属
非金属
钢板、铸铁、 铝、镁、钛、铜等 塑 等黑色金属 有色金属及其合金 料
橡 面玻复 胶
涂
胶 料璃合 粘
装
材剂
材
料
料
车身，底盘 ，动力系统 ，电器管路
发动机、变速 内外装 轮胎 座 前
器壳体，方向 盘骨架，轮辋 ，散热器，空 调管路，装饰
铝合金在汽车工业中的应用
表3 铝铸件代替钢件的重量对比表 单位：kg
零件名称 前后上操纵杆
悬挂支架 转向操纵杆
万向节头
钢件重量 1.55 1.85 2.1 6.95
铸铝件重量 重量比（铁/铝）
0.55 0.7 1.1 3.9
2.8/1 2.6/1 1.9/1 1.8/1
铝合金在汽车工业中的应用
➢ 铝合金型材
纤维增强材料突破性能限制
塑料材料
➢ 未来发展方向
✓ 安全方面 1. 对汽车塑料的应用不能盲目进行，只有在保证汽车整体性
能不受影响的前提下才能考虑最大限度地采用塑料材料； 同时，塑料的应用首先要考虑材料应用是否能够保证车辆 的安全性，这是塑料材料应用的先决条件。 2. 汽车的安全性法规（正面碰撞和侧碰法规）对材料和工艺 提出了更高的要求，对塑料而言，主要表现在能量吸收和 破碎尖角两个方面，如采用GMT制作的副保险杠材料能 有效的吸收冲击能量，气囊材料、仪表板、B柱护板则要 求材料有较好的韧性，破碎时不允许产生尖角等。
铸铝发动机缸体
锻铝轮毂
镁合金在汽车工业中的应用
➢应用镁合金的意义
✓ 使用镁合金有利于汽车轻量化 据资料介绍：轿车重量每减轻100kg，油耗可降低5％
。如果每辆汽车使用70kg镁合金，CO2排放能减少30% 以上。 ✓ 有利于减震降噪
镁的减震系数远高于铝和钢铁，具有优良的抗冲击性能 ，因此在转向盘骨架、转向管柱支架、气门室罩盖等汽车 零部件中得到较为广泛应用。
传动系
变速箱壳、离合器壳、连接过度板、换挡拨叉、传动箱换挡端盖 等
底盘行驶系 转向机壳、制动总泵壳、制动分泵壳、车轮等
车身
发动机罩盖、翼子板、车门内板等
铝合金在汽车工业中的应用
表2 铝铸件代替铸铁件的重量对比表 单位：kg
零件名称
铸铁件重量 铸铝件重量 重量比（铁/铝）
进气歧管 发动机缸体 发动机缸盖 转向机壳 传动箱壳
钢板在汽车工业中的应用
钢板在汽车工业中的应用
早期钢板应用情况 目前车型钢板应用情况 研发新车型钢板应用情况
刚强度钢板在汽车上的应用
铝合金在汽车工业中的应用
➢背景意义
在汽车领域中，从七十年代起，轿车技术上最明 显的变化之一是大量启用了轻型材料，促进了铝材 的广泛应用，出现了许多用铝部件，集中在车身构 件、发动机、空调器、保险杠、装饰件、车座等部 件上。
滤清器 出风口 储液支架 风扇叶/支架
开关面板 保险丝盒 空调系统
发动机罩盖 气门室罩盖 散热器水室 空滤壳体 散热风扇/支架 前围板隔音垫 油箱保持架
换档器壳体 离合器踏板 油门踏板 车灯装饰框
车灯反光罩 门把手 电机壳体 座椅部件 安全带部件
ຫໍສະໝຸດ Baidu
塑料材料
➢ 复合材料
基体树脂： 增强纤维：
PP
玻璃纤维 GF
钢板在汽车工业中的应用
钢板主要用于制作车身 车身钢板的减薄会产生很大的轻量化效果，如减薄10%,
则可实现5%的车身轻量化，从而可减少4%～5%的燃料消 耗。但是钢板减薄会使延展性、刚性和耐凹性下降，在冲压( 冷加工)时，会产生开裂、变形、褶皱等现象。
开发和应用成型性优良的高强度钢板(较低的屈服点、较 高的强度和塑性、较好的焊接、涂装、防锈性能)，是改进金 属材料机械性能的一个主要研究方向。