汽车轻量化材料的应用论文.doc
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1、汽车轻量化材料的应用摘要 现代对汽车性能要求越来越高,轻量化、节能降耗和降低排放污染是现在汽车发展的趋势,而轻量化必须从改进汽车的材料出发,研制性能更好更轻的汽车材料从而带来能源消耗的减少,进而排放污染随之降低,汽车材料的发展是汽车技术发展的重要方面,新材料对于汽车工业的发展是至关重要的,关键词:汽车轻量化 轻量化材料1.铝合金、镁合金、塑料、高强度钢是当前汽车轻量化的四种主要材料。 安全、节能、环保是汽车技术发展的永恒主题。安全和舒适的功能装备增加汽车的重量,节能和环保要求减少CO2排放及良好的回收再利用。国外研究表明:一般情况下,车重每减轻10%,可节省燃油3%-7%。汽车排放与燃油消耗正
2、相关,实现轻量化将会减少CO2排放。2. 轿车材料构成变化情况从表1可见,钢铁应用比例虽有所下降,但仍是最主要的材料;塑料已与铸铁相当,甚至略微领先;铝合金排第4位,且增长势头明显;镁合金用量虽然还很小,但增长率很高。表1 1995年和2000年欧洲每辆轿车材料构成变化情况材料名称1995年2000年增减质量(kg)构成比(%)质量(kg)构成比(%)钢742.4654630.0451-15铸铁190.5014136.0911-29铝72.57595.25831塑料115.668149.681229铜20.411.518.141.3-13锌6.80.46.80.40镁2.270.24.530.
3、3100玻璃38.55334.023-13陶瓷0.9070.11.810.1100粉末11.340.813.61120橡胶56.70452.164-8其它117.939102.068-13合计1378.461001244.19100-10 奇瑞某一款车型材料大致构成如图1。图1 奇瑞某款车型材料大致构成情况 轻量化材料在汽车上应用现状 汽车上铝合金产品大致可分为两大类:铝铸件和变形铝合金(主要包括:板材、挤压型材、锻造铝合金等)。汽车上所用铝材3/4以上为铸件。表2 铝铸件在汽车上应用情况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、电机壳、摇臂、摇臂盖、滤清器底座、发动机
4、支架、正时链条盖、发电机支架、分电器麻、气门室罩盖、机油盘等传动系变速器壳、离合器壳、换档拨叉、传动箱换档端盖等底盘行驶系横梁、上/下臂、转向机壳、制动总泵壳、制动分泵壳、制动钳、车轮、操纵叉等。其它系统部件离合器踏板、制动踏板、转向盘、转向节、发动机框架、ABS系统部件3. 铝合金在汽车上的应用 铝的密度比铁低,最适于产生高应力的毂状结构件的轻量化代用材料,如罩类、箱类、歧管等。铝经合金化可使抗拉强度提高到45#钢水平,当用于高应力零件时,必须加大零件厚度来弥补强度的不足,以铝代钢可望减轻重量50%。铝的特点主要有:(1)铝的密度低,是钢的1/3。活塞使用铝是轻量化效果最好的例子。(2)高的
5、耐蚀性。铝的表面自然形成氧化膜,故耐蚀性优良,不易生锈;易保持漂亮的表面;铝车轮普遍采用的原因就在于此。(3)柔性的强度设计。铝的合金化会使常温下的强度不低于铸铁,可用铝铸造或压铸成型的活塞、气缸盖、气缸体等零件。(4)高的导热性能。与铸铁比,导热性能约高三倍,因而最适于必须要散热的热交换器零件上。这也是铝活塞所要求的特征。(5)高的导电性能。电导率约为铜的60%,密度是铜的1/3,用铜重量一半的铝就可传送与铜等量的电荷。(6)表面美观。经阳极氧化处理可在表面生成无色透明的氧化膜,另外利用染色、电解等可获得各种各样的色调。(7)铸造性。由于铝的溶化温度低,流动性好,故易制造复杂形状的零件。(8
6、)切削性。切削性是铸铁的4-5倍,工具磨损程度仅为铸铁的1/2。(9)耐磨性。根据表面处理及使用条件,可直接作为轴承面使用。也可用于气缸体。 与钢铁相比,铝合金具有质量轻、耐腐蚀性好、易于加工等特点,是近20年来在国内外汽车上使用最多的轻量化材料。铝合金零部件除了有助于提高汽车的动力性和燃油经济性,它同时也是一个整车质量平衡体。宝马公司表示“铝合金帮助我们成功解决了前、后轴质量的平衡问题”。宝马新7系采用了铝合金发动机盖、铝合金保险杠,发动机中的某些部件也由铝合金加工而成。铝合金代替传统的钢铁制造汽车,可使整车质量减轻30%-40%,制造发动机可减重30%,制造缸体和缸盖可减重30%-40%,
7、轿车全铝车身比原钢材制品轻40%以上,汽车铝合金车轮减重可达50%左右。 铝合金也有自己的“软肋”,抗承载能力较弱是其中之一。由于铝的抗承载力与钢相比还是有差距,因此未来几年面市的所谓全铝合金轿车,可能仍将装备钢材底盘。 最关键的一条还是成本较高。因为生产技术的局限,目前工艺流程复杂,且不易控制。对每一个工序,都必须按流程操作,严格监控。 奥迪公司在A8和A2两款轿车上大胆采用了铝制零部件,目前A8与A2每年分别制造13000辆和50000辆。据统计,2003年全球每辆汽车用铝已从1978年的50kg上升为140kg,增长1.8倍。未来5年,中型轿车的铝合金含量将大幅增加,但目睹全铝合金打造的
8、轿车上市,尚需时日。 专家预测,汽车材料铝化率达到60%以上在经济上是可取的。据此推测,未来汽车的铝化极限可达30%-50%或以上。新的汽车铝材开发与应用集中在三个方面,其一,车身、车架全铝化及大型铝合金型材的开发应用;其二,防冲挡及车门刚性结构的全铝化;其三,转动部分零部件的全铝化。表3 变形铝材在汽车上应用情况部件系统零件名称轿车车身系统发动机罩、车顶棚、车门、翼子板、行车箱盖、地板、车身骨架及覆盖件热交换器系统发动机散热器、机油散热器、中冷器、空调冷凝器和蒸发器等其它系统部件冲压车板、座椅、保险杠、车厢底版、装饰件等箱式货车箱顶板、箱侧板、箱底板、侧面支撑、包角条等图2 铝合金在轿车上应
9、用图示其它合金材料在汽车上的应用4.镁合金 镁是地球上储量最丰富的轻金属之一、质量最轻的实际应用金属结构材料,其密度为1.75-1.90g/cm3,比重比铝还轻1/3,比强度、比刚度却比铝和钢都高,易于加工、压铸经济,其最大特点是阻尼减振性和抗凹性好,特别是易于再生利用。被誉为21世纪绿色工程材料,备受世界关注,被广泛运用于汽车、摩托车、飞机、电子摄影器材等方面,需求量每年均增长21%。镁合金具有优良的切削加工性和抛光性能,在热态下易于加工成型。镁合金熔点比铝合金熔点低,压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当,一般可达250MPa,最高可达600多MPa。屈服强度、延伸率与铝合金也
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