汽車材料培訓(xùn)講稿

1、1.金屬材料及其應(yīng)用 1.1 高強(qiáng)度鋼板 1.2 鑄態(tài)金屬 1.3金屬材料性能檢測(cè)2.非金屬材料及其應(yīng)用 2.1 工程塑料 2.2 橡膠 2.3 強(qiáng)化玻璃 2.4 黏接劑 2.5 墊片材料 2.6 非金屬材料性能檢測(cè)3.汽車用新興材料 3.1輕金屬基復(fù)合材料 3.2高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料汽車用鋼板的分類 根據(jù)不同的加工工藝 ，可將高強(qiáng)度鋼板分為熱軋鋼板與冷軋鋼板，熱軋鋼板是指以鑄坯為原料，經(jīng)加熱后由粗軋和精軋機(jī)組制成的帶鋼；冷軋鋼板是以熱軋鋼為原料，經(jīng)酸洗后進(jìn)行冷軋的薄帶鋼。在汽車領(lǐng)域，熱軋鋼板主要應(yīng)用于汽車車架結(jié)構(gòu)件上，冷軋鋼板主要用于車外板，如車門、頂蓋和行李箱蓋，即所謂的“四門兩蓋”。1.

2、1 金屬材料及其應(yīng)用高強(qiáng)度鋼板熱軋鋼與冷軋鋼的性能比較硬度硬度強(qiáng)度強(qiáng)度韌性韌性塑性塑性加工性加工性表面美觀表面美觀熱軋鋼低強(qiáng)度低于冷軋鋼，屈服點(diǎn)遠(yuǎn)離抗拉強(qiáng)度高延展性好容易加工 表面存在氧化皮，平整性差冷軋鋼高強(qiáng)度高，屈服點(diǎn)接近抗拉強(qiáng)度低塑性較差加工硬化 沒(méi)有氧化皮，光潔度好，適做外觀件 總體來(lái)說(shuō)，熱軋鋼與冷軋鋼不同的機(jī)械性能決定了其所適用的零件部位，車輛的結(jié)構(gòu)件(如大梁)承載較多的交變應(yīng)力，故韌性和疲勞強(qiáng)度較好的熱軋鋼較為適用。常用的高強(qiáng)度熱軋鋼 從安全角度來(lái)說(shuō)，車身上的鋼板強(qiáng)度不一定都是越高越好。車身框架不同部位應(yīng)不同選用特定性能的鋼板，車身前部和尾部的鋼板要求強(qiáng)度適中，能吸收一定沖擊力，而

3、駕駛室框架盡量適用強(qiáng)度與剛度較高的鋼板。汽車框架常用的高強(qiáng)度熱軋鋼 根據(jù)不同的強(qiáng)化機(jī)制可將高強(qiáng)度熱軋鋼板分為：固溶強(qiáng)化鋼板、組織強(qiáng)化鋼板、貝氏體雙相鋼、高延性TRIP鋼和析出強(qiáng)化鋼。 舉例而言：應(yīng)用于防撞結(jié)構(gòu)件的高強(qiáng)度相變誘導(dǎo)塑性鋼Trip鋼，其具有良好的能量吸收特性，強(qiáng)化機(jī)理是在形變時(shí)產(chǎn)生內(nèi)部相變。在形變過(guò)程中，誘發(fā)馬氏體形核，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，鐵素體基體中位錯(cuò)密度增大，產(chǎn)生位錯(cuò)強(qiáng)化。名稱名稱性能性能/ /優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用應(yīng)用含磷高強(qiáng)度鋼板良好的強(qiáng)度與塑性平衡，即強(qiáng)度增加，延伸率和應(yīng)變硬化指數(shù)下降甚微具有良好的耐腐蝕性和點(diǎn)焊性能。車外板：車門、頂蓋、行李箱蓋冷軋雙向鋼板具有連續(xù)屈服、屈強(qiáng)比

4、低和加工硬化高、兼?zhèn)涓邚?qiáng)度及高塑性的特點(diǎn)。車門加強(qiáng)板、保險(xiǎn)杠超低碳高強(qiáng)度冷軋鋼板含碳量低于0.005%，加入適量的鈦和鈮，極好的深沖性能。形狀復(fù)雜而強(qiáng)度要求高的沖壓零件輕量化疊層鋼板由兩層厚度為0.20.3mm的薄鋼板以及中間夾入的塑料復(fù)合材料組成。具有重量輕、隔熱防震性能好等特點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋、車身底板車身常用高強(qiáng)度冷軋板包括： 汽車外板件要求材料具有較好的強(qiáng)度與成型性，并且應(yīng)具有一定美觀性，近些年來(lái)，鋁合金也應(yīng)用到車身板制件上，但鋁制品的成本較高，現(xiàn)在普遍使用高強(qiáng)度薄冷軋鋼板作為車身材料。1.2 金屬材料及其應(yīng)用鑄態(tài)金屬 鑄造是比較經(jīng)濟(jì)的毛坯成形方法，在制作形狀復(fù)雜的零件更能顯示出其

5、經(jīng)濟(jì)性，如汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體和缸蓋等。鑄件在具有一般機(jī)械性能的同時(shí)，還具有耐磨、耐腐蝕、吸震等綜合性能，是其他成形方法(鍛、軋、焊、沖)等所做不到的。 對(duì)于鑄件也需要進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，以改變鑄件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，獲得更高的強(qiáng)度、硬度和磨耗抵抗能力。氣缸體，水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體，一般由灰口鑄鐵鑄成，氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下部部位支承曲軸的曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運(yùn)動(dòng)的空間。在氣缸體內(nèi)部鑄有許多加強(qiáng)筋，冷卻水套和潤(rùn)滑油道等。缸體加工工藝：毛坯外觀檢查，上料利用毛坯初級(jí)基準(zhǔn)定位利用加工過(guò)渡基準(zhǔn)定位工藝銷孔定位中間清洗、烘干試漏安裝框架/主蓋上缸體和下缸體的工藝銷孔定位

6、缸孔、曲軸孔衍磨最終清洗壓裝堵漏，密封試漏測(cè)量打號(hào)外觀檢查，下線目前制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的材料主要有鑄鐵和鋁合金。金屬材料的性能包括力學(xué)性能、物理性能(如磁性)和化學(xué)性能(如 抗應(yīng)力腐蝕性能)，考慮到材料試驗(yàn)室的設(shè)備配置情況，著重就力學(xué)性能進(jìn)行介紹。材料的力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、彈性、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。其中強(qiáng)度、彈性和塑性可由材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線得到。1.3 金屬材料性能與檢測(cè)強(qiáng)度曲線中包含五階段信息：彈性形變(oe)：試樣的伸長(zhǎng)量與載荷的增加成正比階段。微型塑性變形(es)：在載荷卸載后，試樣不再完全恢復(fù)到原來(lái)尺寸階段。屈服(ss)：當(dāng)載荷增加到屈服階段后，在載荷不增加情況下，試樣仍然

7、伸長(zhǎng)，此階段為屈服階段。大量塑變(sb)：經(jīng)過(guò)屈服階段后，隨著載荷的增加，試樣產(chǎn)生大量均勻塑變，直到應(yīng)變最高值。頸縮階段(bz)：當(dāng)載荷增加到應(yīng)力最高值后，產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，當(dāng)達(dá)到斷裂點(diǎn)時(shí)，試樣被拉斷。強(qiáng)度：指材料在靜態(tài)載荷作用下，抵抗變形和破壞的能力。一般衡量強(qiáng)度的數(shù)值為屈服強(qiáng)度s和抗拉強(qiáng)度b。屈服點(diǎn)s ：表示材料產(chǎn)生屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。屈服點(diǎn)也稱為屈服強(qiáng)度。 s= Fs/So （MPa） 抗拉強(qiáng)度b 指試樣在拉伸過(guò)程中所能承受的最大應(yīng)力值。 b=Fb/Ao （MPa）彈性：指在外力作用下金屬材料發(fā)生變形，當(dāng)外力撤銷后，材料恢復(fù)至原狀的特性。衡量數(shù)值為彈性極限e和彈性模量E(剛度)。彈性極限，指材

8、料在彈性變形階段所能承受的最大應(yīng)力。 e = Fe /s0 （MPa）彈性模量 E 表征了材料抵抗彈性變形的能力，也稱之為剛度 E=/=tan （MPa）硬度：材料抵抗其他硬物壓入其表面的能力。衡量材料軟硬程度。常用的硬度測(cè)量方法為布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)和維氏硬度(HV)。韌性：金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，全稱為沖擊韌性。疲勞強(qiáng)度：承受交變應(yīng)力的零件，在工作應(yīng)力低于材料屈服強(qiáng)度的情況下較長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂紋或突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞失效，材料抵抗疲勞失效的能力稱為疲勞強(qiáng)度。 布氏硬度是以規(guī)定試驗(yàn)力(F)壓入試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕直徑(

9、L)，布氏硬度值是以試驗(yàn)力除以壓痕球形表面積所得的商，單位為HB。 布氏硬度一般用于材料較軟的時(shí)候，如有色金屬、經(jīng)退火、正火和調(diào)質(zhì)的鋼件。 洛氏硬度是以初始試驗(yàn)力(F0)及總試驗(yàn)力(F)先后作用，將壓頭(金剛石圓錐體)壓入試樣表面，測(cè)量壓痕深度增量(e)計(jì)算硬度值，單位為HR。 洛氏硬度多用于測(cè)量硬度較高的材料，如淬火鋼等。 維氏硬度是以正四棱錐(棱錐角為136)的金剛石壓頭，在試驗(yàn)力(F)作用下壓入試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后，測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，以此運(yùn)算材料的硬度值，單位為HV 維氏硬度中的顯微維氏硬度，適用于微小區(qū)域的硬度測(cè)量，特別對(duì)于測(cè)量薄小的材料優(yōu)勢(shì)特別明顯。 工程塑料包括聚酰胺PA(即

10、尼龍)、聚碳酸酯PC、聚甲醛POM、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚苯醚PPO(即樹(shù)脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)。2.1 非金屬材料及其應(yīng)用工程塑料名稱性能適用部位PA低比重、高抗拉強(qiáng)度、耐磨、自潤(rùn)滑性好、沖擊韌性優(yōu)異一般機(jī)械零件、耐磨零件，如泵葉輪、風(fēng)扇葉片、閥座、襯套、軸承、儀表盤、電器儀表、冷熱空氣調(diào)節(jié)閥等PC延展性和強(qiáng)韌性較好、抗沖擊強(qiáng)度極高，透明度好擋風(fēng)玻璃、汽車反光鏡POM俗稱“超鋼”，摩擦系數(shù)低，幾何穩(wěn)定性好精密度高的小模數(shù)齒輪，幾何面復(fù)雜的儀表精密件PBT加工性能和電性能較好汽車分電盤和點(diǎn)火線圈PPO優(yōu)良的耐熱性和電器絕緣性電傳終點(diǎn)設(shè)備連接器ABS抗沖擊、耐熱、耐低

11、溫、易加工并尺寸穩(wěn)定儀器儀表、車外殼、方向盤、導(dǎo)油管、把手、按鈕、前散熱器護(hù)柵、燈罩等 除此以外，還包括熱塑性塑料聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，即有機(jī)玻璃)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTEE、特富龍)，聚對(duì)苯二酸乙二醇在(PET，PETE)。2.1 非金屬材料及其應(yīng)用工程塑料 橡膠具有良好的彈性與耐磨性，橡膠類材料主要包括：天然橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠。2.2 非金屬材料及其應(yīng)用橡膠名稱性能應(yīng)用部位天然橡膠良好的耐磨性，韌性，加工性能好，但耐高溫、耐油、抗氧化性較差，易老化輪胎、膠帶、膠管及通用橡膠制品等丁苯橡膠優(yōu)良的

12、耐磨性、耐老化性和韌性，但加工性能、特別是黏著性較天然橡膠差輪胎、制動(dòng)摩擦片、離合器摩擦片、膠帶、膠管及通用橡膠制品等氯丁橡膠耐臭氧、耐腐蝕、耐油、黏著性好，但密度大，電絕緣性差，加工時(shí)易粘附，脫模膠帶、膠管，橡膠黏合劑、模壓制品、汽車門窗嵌條等丁腈橡膠耐油、耐老化、耐磨性能、耐熱性、氣密性好，但低溫性能與加工性較差油封、皮碗、O形密封圈，油管等耐油配件強(qiáng)化玻璃包括鋼化玻璃、夾層玻璃和著色玻璃等。1.鋼化玻璃：通過(guò)淬火處理(近溶態(tài)玻璃+風(fēng)急冷)，玻璃表面具有冷硬后的壓應(yīng)力，可抵抗外界拉應(yīng)力變形，表現(xiàn)為強(qiáng)度升高，常用于擋風(fēng)玻璃，而且在碰撞瞬間破碎成鈍邊小碎塊，不會(huì)給人員造成更大傷害。2.夾層玻璃

13、：用聚丙烯酸甲酯或聚乙酸脂透明薄膜將23塊薄鋼化玻璃板黏接稱為一體，由于曲率一致，其透明度不受影響，形成夾層式安全玻璃。用于前擋風(fēng)玻璃。3.著色玻璃：在鋼化玻璃基礎(chǔ)上，為了使車窗玻璃具有遮擋陽(yáng)光照射的功能，在硅酸鹽玻璃中加入鈷、鐵等金屬離子，使之成為可抵抗紫外線照射的著色玻璃。2.3 非金屬材料及其應(yīng)用強(qiáng)化玻璃 黏接材料主要用于焊接件、內(nèi)外飾件結(jié)合處邊緣、門窗縫隙處等，防止水分和灰塵侵入，包括：點(diǎn)焊密封膠、焊縫膠、折邊黏接劑、風(fēng)窗玻璃黏接劑、密封條黏接劑、內(nèi)飾件黏接劑。2.4 非金屬材料及其應(yīng)用黏接劑 墊片材料主要用于功能部件連接處，主要功能是防止液體與氣體的滲漏，常用的墊片材料包括紙板制品和

14、石棉制品。2.5 非金屬材料及其應(yīng)用墊片材料名稱組成使用部位鋼紙板纖維紙板+蓖麻油+氧化鋅汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與總成密封件連接處濾芯紙濾清器內(nèi)濾片防水紙板車身外部水接觸部件襯墊浸漬襯墊紙板紙漿+膠料+甘油水溶液發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱中與汽油、潤(rùn)滑油接觸的部件軟紙板顆粒狀軟木+骨膠+干酪黏合氣閥蓋襯墊、水套孔蓋板襯墊、水泵襯墊、機(jī)油盤襯墊石棉板石棉+填料+黏結(jié)材料高溫部件，如氣缸、排氣管接口處襯墊內(nèi)襯補(bǔ)充：石棉材料除了用于高溫區(qū)域的墊片外，還有一個(gè)重要的部件摩擦片，石棉摩擦片由石棉、輔助材料和黏合劑混合加熱壓制而成，主要用于汽車的動(dòng)力傳遞和制動(dòng)，如離合器和制動(dòng)器的摩擦片等。2.6 非金屬材料性能檢測(cè) 根據(jù)非金屬材

15、料的性能檢測(cè)主要包括：力學(xué)性能、電性能、耐熱性能、阻燃性能、加工成型性能和耐老化性能六個(gè)方面進(jìn)行。 力學(xué)性能：與金屬材料相似，非金屬材料也要進(jìn)行相關(guān)的拉伸試驗(yàn)以測(cè)定樣品的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂強(qiáng)度和延伸率等性能。 電性能：通過(guò)測(cè)量電氣強(qiáng)度、體積電阻、介電常數(shù)和節(jié)電損耗檢測(cè)非金屬材料的絕緣性。 耐熱性能：通過(guò)測(cè)量樣品的熱變形溫度(GB/T 1634)、維卡軟化溫度(GB/T 1633)、球壓試驗(yàn)(GB/T 5169.21)來(lái)檢測(cè)材料的耐熱性能。 阻燃性能：包括灼熱絲試驗(yàn)、標(biāo)稱50W(20mm)火焰燃燒試驗(yàn)、針焰燃燒試驗(yàn)、熱絲引燃試驗(yàn)、大電流引燃試驗(yàn)來(lái)模擬評(píng)定灼熱元件或過(guò)載電阻的熱源造成熱應(yīng)力影響的著火危險(xiǎn)性。 加工成型性能：包括熔體流動(dòng)速率(或稱為熔融指數(shù))和模塑收縮率。 耐老化性能：對(duì)材料施加一定的高溫、低溫、恒定濕熱、交變濕熱、鹽霧、紫外光照等條件，以考察樣品對(duì)自然環(huán)境的耐候性。除此以外，還有對(duì)內(nèi)飾件的蒸發(fā)性能的檢驗(yàn)方法光澤度法和重量測(cè)試法(ISO 6452)，對(duì)座椅材料透氣性和透濕性的檢測(cè)(GB/T10655-2003)等。輕金屬基復(fù)合材料(MMC)指鋁、鎂等金屬材料為基體，以纖維、晶須、顆粒(如SiC)等為增強(qiáng)體的復(fù)合材料，性能表現(xiàn)為將組成相的性能綜合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)材料間的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。在德國(guó)，輕金屬?gòu)?fù)合材料已開(kāi)始用