新材料新工艺——汽车材料的应用与发展

和缓冲特性、足够的负载能力和速度能力、耐腐蚀、 耐老化和良好的气密性、良好的均匀性和质量平衡、
精美 的外观和装饰性等优 点 。 目 广泛 使用的是 Ａ — 前 ｌ Ｍｇ ｉ —Ｓ 系铝 合 金 （ 国牌号 Ａ ５ ，相 当于 我 国 的 美 ３６ Ｚ １１ ） ， 泛用于汽车结构件 和非 结构件 ，特别是 Ｌ ０Ａ 广
不但 耗费成本 ，而且轧 制过程 中容易 出现边 裂 ，需 要
不停地进行剪边处理 ，浇铸镁坯不但浪费，浇铸过程
中也易 出现空 隙和砂 眼 ，因此 ，只有部分 浇铸镁坯 可 以用来轧制镁板 ，整个过程 中浪费 了许多的原材料。 弗莱堡镁 板制造 公司的新 型无锭轧制 技术 ，只需
一
个步骤 就可 以把熔化 了的镁直接 制成 ５ ｒｍ的镁 ～６ ａ
约 ，轻量 、节能 的零部件一 直是 国际汽车工业 的研究方
向 ，开发具有较 高强度 的轻 质高性能 新材料及设 计新的 轻 量化结构 ，必然成为汽车零部件 的最佳选择 。
高强度钢在汽车中的应用与 发展
为 了应 对 来 自轻 质材 料 的挑 战 ，钢 铁 企业 将 开发
提 高汽车用钢 质量和生 产率 ，各 国都 在冶炼设备 和技术 上 下功夫 ，如真空除 气、炉外精炼 、成份微调 、连铸连 轧、新型 热处理等 。使 得汽车用齿轮 钢 、轴承 钢 、弹 簧 钢的纯净 度、成份精 度、淬透性 、稳定性 、疲劳强度等
势。
能 。特别是环 氧复合材料 在各行业 应用 中具 有非 常明 显 的优势 ，主 要体现在 几个方面 ：一是 充分利用 和发
挥了复合材料各向异性的特点 Biblioteka Baidu实现了在更高层次上
的材 料可设计 性 ，按受 力状态铺 层 ，从而 合理 、有效
地 使用 了原 材料的性 能 ，减轻 了制 品的重量 ，得 到非 常高的 比强度和 比模量 ；二是 通过精心 设计和 细心制
新 材料新工艺
■ 恩 施 职 业 技 术 学 院， 全 峰 牛 李世红 杨 学 智
汽 车材 料 的应 用 与发展
随 着科学技术 的飞速发 展 ，现代汽车 制造材料 的构 成发生 了较大 的变 化 ，高密 度材料的 比例下降 ，低 密度 材料 大幅度增加 ，汽车材料 向轻量化 、节省资源 、高性 能 和高功能方 向发展 。 目 受资源和 环境因素 的瓶 颈制 前 车轮 、骨 架 、前 门 、后 门、横 梁等 ，又转而 采用高 强度 钢 设计 。现 在 各 国均 加速 了高强 度钢 在 汽车 车 身 、底 盘 、悬架和转 向等零件上 的应用 ，以北 美为例 ，它在 轿 车 中应用 的比例 已由１９年 的６ ９７ ％上升￣２ １年的５％， Ｊ ｌ００ ０ 预计 今后几年 将会得到更进 一步的发展 ，因此高 强度钢 的 用 量将 会逐 年 上升 ，而 中 、低 强 度钢 和铸 铁 的用 量 将 呈现下 降趋势 。在合金 化方 面 ，主要 是利用 Ｖ 、Ｔ 、 ｉ Ｎ 、Ｂ ｂ 等微量 元素 ，向低 合金化或碳钢 化方 向发 展 。为
只要用简单的工艺就能制造出符合工业标准的模板产
品 。这 个研 究项 目 功的关键是 新型无锭 轧制技术 ， 成
其优势在于：原料是更为廉价的生镁块 ，而且大大减 少了加工步骤。例如，在平常技术情况下生产２ ｍ厚 ａ ｒ
的镁板 ，需要 １０ 厚的浇铸镁坯做 原料 ，大 约需 要 ２ ｍｍ
计 自由度大、不锈蚀、成形工艺性好等优点 ，成为汽
和不同类型材料的连接技术；开发不需要中间加工、
可直 接生产 净尺寸零件 的先进成形 技术 。同时 ，在新
一
代铝合金 开发 中，亦包括满 足特定零部件 使用要求
的新合 金开发 ，成形 性能与焊接 性能 良好 的高强度铝 合金开发 ，开发具有 相同 力学性 能不 同物理性 能 （ 密 度和弹性 模量 ）材料 的可行性 研究 ，合金 热力学性 能 对零部 件的影响 ，开发新 型抗 划伤合金 。在未来几 年 内 ，中型轿车的 铝合金用量 将大幅增加 已成为必然趋
铝合金材料在汽车中的应用与发展
世界铝业 协会的报告 指 出 ，汽车质量 每减少 １％， ０ 燃油 消耗可 降低６ ％～８ ％。因此 汽车轻 量化对 于节约 能 源 、减 少排放 、实现可持续 发展战略具 有十分积极 的意 义 。实现汽车轻 量化的一个 重要途径就 是新材料 应用 ，
新 的应用情况表 明 ，有些铝 、镁合金零 件 ，如保 险杠 、
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如铝 合金。铝合金 材料具有 密度低 、强 度高和耐腐蚀
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１次轧制 ，并且轧 制过 程 中还 要对镁坯 反复加热 ，这 ５
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体的数字技 术 ；开发低 成本 的、适用于 同类 型材料
复合材料在汽车中的 应用与 发展
复合 材料 是 两 种或 两 种 以上 不 同 物 质的 组 合 ， 它可 以发挥每种 材料的优 点 ，克服 单一材料 的缺 陷 ，
扩大 合成材料 的应用范 围 ，并提 高 了该材料 的综 合性
车 工业以 塑代钢的理 想加 工材料 。 目前 ，我 国越来越 多的 车型 采用 了环 氧树 脂 基 复合材 料 部件 ，Ｓ Ｃ Ｍ 、
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炉 的熔化阶 段 ，使 用了许多新研 究成果 。镁在熔 化时 被 保护气体 隔离 ，因为液态镁 如果和氧 气接触就 会燃 烧 。 另外 ，轻金属 因为其热熔 很低而 不易于处 理 ，液 态 镁一旦遇 到比 自己温度低 的熔 炉部件 就会凝 固 。弗 莱堡镁板 制造公 司通过在熔 炉里安装 复杂的加 热和绝 热系统解决了这 个难题 。
作 ，高 度实现 了材料 的复合效 应 ，从而 充分 发挥 了各
镁合金材料在汽车中 的应用与发展
众所周 知 ，镁 比铝还 轻 ，用镁板 制成 的车 身将使 汽 车变得更轻 。现在 ，德国 弗莱堡镁 板制造 公司 已经 找 到 了一种 制造镁板 的廉价方法 。在研究试验 中 ，该 公司制造 出 了一 张超过４重 的镁板 。该项试验 表 明， ｔ
板 。而且使用 的生镁块 比浇铸镁坯 更为廉价 ，每 公斤
价格约２ 欧元，而浇铸过的镁坯每公斤约ｌ欧元。目 ． ５ ２ 前弗莱堡镁板制造公司的试验熔炉每小时可以春进１ ｔ ． ２
原料 ，同时产生７０ ｇ ５ｋ 熔化镁 。熔 化镁从 熔炉中直接流
向轧机，轧成符合工业标准的薄板。特别是在试验熔
汽车动力和悬挂等汽车部件 ，如铝制发动机、缸体、
气缸头 等铝铸件 ，已经被全 世界所有制 造厂所接受 ，
同时开发出来的汽车外壳、散热器、底盘和车轮等铝 部件，铝合金汽车防碰撞管理系统，铝合金前后保险
杠也是汽车工业用铝的重大突破 。 未来对于 汽车铝合 金的主要研 究方 向：开 发可用 于铝 合金零部件 的分析和 设计 、产 品、工艺 、材料 为
组成材料 的潜在能 力 ，获得 了原材料所 没有 的优异性 能和新 用途 ；三是 耐疲劳性 和减振性 优异 ，即使在 已
有损伤的情况下也很难观察到损伤在疲劳下扩展，这
是环 氧复合材料 在航空 、航天及机 械制造领 域广泛 应 用 的重要原 因 ；四是材料 设计和 结构设计 ，材料成 形 和构件成形是 同时一次完成 。 环氧 玻 璃钢 复合 材料 因明 显具 有 轻 质 高 强 、设
等特性，在轿车的轻量化中占举足轻重的地位。 目前汽车 中用铝量最大的零部件是车轮 。铝合
金车轮 在世界汽 车行业 上的装车 率 已经超 过了４ ％， ０ 几乎覆盖 了全部车 型 ，正逐步 取代钢制车轮 。它质量 轻 ，节 约 能源 ；散 热 速 度快 ，使 整 车 的安 全性 能更 高 ；尺寸 精度高 ， 驶性能好 ， 具有 良好 的附着性 行 。 还
都有很大提高 。
的重 点放 在 了高 强 度材 料上 ，先后 开 发 出 了高强 度钢 （ 屈服 强度大 于２ ０ ａ １ＭＰ ）、超高 强度钢 （ 屈服 强度 大 干５ ０ ａ ５ ＭＰ ）和 先 进 的高 强 度钢 （ 下 统称 为 高 强 度 以 钢 ），取 得 了良好 的减重效果 。 目前汽车 使用的高 强度 钢主要 为板材与管 材 ，取代普 通钢材 、铸铁 ，用于车 身 零件和其 他结构件 ，如高强 度钢制成的 传动轴可减 重约 １％。而北 美开 发的Ｐ Ｇ ０ Ｎ Ｖ— ｌｓ轿车 ，其车 身全部采 Ｃ ａｓ 用高 强 度钢 ，重量 只有２ ８ ｇ １ｋ ，与全铝 车身相 当 。据 最