聚集新材料推進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)-RingierEvents課件

上海市新材料協(xié)會陳士信

2014年8月

新材料、新工藝

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零部件行業(yè)的新機(jī)遇

上海市新材料協(xié)會

新材料、新工藝1一、面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)我國是全球材料生產(chǎn)、消費(fèi)、出口大國。材料生產(chǎn)進(jìn)入微利、虧損時期?！笆晃濉逼陂g全國新材料年均增長率接近20%，2010年，年產(chǎn)值6500億元，大部分新材料依賴進(jìn)口。2015年，新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模要達(dá)2萬億元，年均增長25%。新材料綜合保障能力提髙到70%、關(guān)鍵新材料保障能力要達(dá)到50%。2013年，國產(chǎn)汽車?yán)塾嬌a(chǎn)2211.68萬輛、銷售2198.41萬輛;高鐵建設(shè)快馬加鞕，躍出國門，然而一些關(guān)鍵零部件仍靠進(jìn)口;C919將飛上藍(lán)天，所用材料和零部件100%舶來品。一、面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)我國是全球材料生產(chǎn)、消費(fèi)、出口大國。材料2

一、面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

—2013年上海材料工業(yè)

總產(chǎn)值(億)企業(yè)數(shù)職工(萬)消費(fèi)標(biāo)煤(萬t)全市工業(yè)32088.889772266.75519.11

0.17煉油、化工4377.4679313.9

2498.000.57鋼鐵工業(yè)1555.481424.6

04.550.90有色行業(yè)471.261642.6

46.510.10金屬制品942.0778016.5

73.310.08化纖與橡塑制品916.5576915.1

128.71

0.14非金屬礦物制品542.374147.0

105.980.20材料工業(yè)8805.19305759.6

4257.06

0.48材料占市工業(yè)27.44%31.3%22.3%77.13%(t/萬元)

一、面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

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一、

面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

—2013年上海材料工業(yè)

占全市工業(yè)的1/4產(chǎn)值、1/5的從業(yè)人員，但消耗全市工業(yè)的3/4能源。粗放型生產(chǎn)難以維繼，節(jié)能減排、提高產(chǎn)品附加值是必要之路。全市新材料產(chǎn)值約2000億元，僅占材料工業(yè)的22.7%，新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展任重道遠(yuǎn)。一、面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

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二、新材料—工程塑料強(qiáng)度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料。日本業(yè)界將它定義為“可以做為構(gòu)造用及機(jī)械零件用的高性能塑料，耐熱性在100℃以上，主要運(yùn)用在工業(yè)上”。常用的五大工程塑料是POM、PA、PC、PBT、PPO。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車用塑料件已由普通裝飾件開始向結(jié)構(gòu)件、功能件方向發(fā)展。因而要求汽車用塑料材料向強(qiáng)度更高、沖擊性更好、超高流動的復(fù)合材料和塑料合金方向發(fā)展?！?、新材料—工程塑料強(qiáng)度、耐沖擊性、5新材料—工程塑料(儀表盤)新材料—工程塑料(儀表盤)6新材料—工程塑料(內(nèi)飾件)新材料—工程塑料(內(nèi)飾件)7新材料—工程塑料(保險杠、車燈)保險杠新材料—工程塑料(保險杠、車燈)保險杠8新材料—生物塑料以淀粉等天然物質(zhì)為基礎(chǔ)，在微生物作用下生成的塑料。一般廢棄塑料在自然條件下難以降解，燃燒又會釋放出有害氣體，給生態(tài)環(huán)境造成了難以治理的污染。因此，各國科學(xué)家開始研制可以自行分解的自毀或自溶塑料，以解決這個問題。有人把它稱作“綠色塑料”，它具有可再生性，因此十分環(huán)保。其用途范圍廣泛，如汽車儲物箱、車墊和內(nèi)飾。

上海石化研制的一種耐高溫型生物塑料，熱變形溫度超過100℃，可廣泛用汽車擋板、保險杠及車門內(nèi)的泡沫塑料和隔熱體。新材料—生物塑料以淀粉等天然物質(zhì)為9新材料—樹脂基復(fù)合材料

以熱固性或熱塑性合成樹脂為基體，以纖維為增強(qiáng)材料，經(jīng)成型可分別形成熱固性或熱塑性復(fù)合材料。前者質(zhì)量較輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、減振性能好、可設(shè)計性強(qiáng)、易于加工等優(yōu)點(diǎn)，已在汽車工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。實踐證明，在汽車上大量使用樹脂基復(fù)合材料可以顯著減輕汽車自重、降低油耗、提高汽車安全舒適性、減少環(huán)境污染和降低汽車的制造與使用綜合成本。若以熱塑性樹脂，如PP、PE、PA、PBT、PC等為基體的熱塑性樹脂基復(fù)合材料，常用作車內(nèi)的裝飾件，在汽車工業(yè)中應(yīng)用前景十分廣闊，可以方便地囬收再利用。新材料—樹脂基復(fù)合材料以熱固性或熱10

新材料—樹脂基復(fù)合材料

與其他材料牲能的比較新材料—樹脂基復(fù)合材料

11新材料—玻纖增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料以玻纖為增強(qiáng)體，以熱固性樹脂或熱塑性樹脂為基體的熱固性樹脂基復(fù)合材料或熱塑性樹脂基復(fù)合材料，已廣泛用于汽車、衛(wèi)浴、建筑等方面。其中以纖玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧等樹脂的熱固性復(fù)合材料在我國俗稱“玻璃鋼”，具有強(qiáng)度高、工藝性能好、價格低等特點(diǎn)，可用于制造保險杠、發(fā)動機(jī)罩、擋泥板，甚至于整個車身殼體。新材料—玻纖增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料以玻纖為12新材料—蜂窩復(fù)合板由兩塊較薄的面板，牢固地粘結(jié)在一層較厚的蜂窩狀芯材的兩面，制成的板材，亦稱蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板。表板與蜂窩材選擇適當(dāng)，可獲得良好的抗震、隔熱、隔音等性能，做成防火蜂窩板、隔熱蜂窩板、隔音蜂窩板等。蜂窩復(fù)合板廣泛應(yīng)用在汽車、飛機(jī)、高鐵車廂等方面。如汽車地板、汽車頂棚、行李箱內(nèi)飾等部位。新材料—蜂窩復(fù)合板由兩塊較薄的面13

新材料—蜂窩復(fù)合板新材料—蜂窩復(fù)合板14新材料—碳纖維增強(qiáng)碳/碳復(fù)合材料

碳纖維織物增強(qiáng)碳或石墨化的樹脂（包括瀝青）形成的復(fù)合材料，簡稱碳-碳復(fù)合材料。碳-碳復(fù)合材料的特性主要表現(xiàn)在力學(xué)性能、熱物理性能和熱燒蝕性能三個方面。

CFRP制造的汽車板簧零件強(qiáng)度高，模量大，熱膨脹系數(shù)小，減磨性好，比現(xiàn)有材質(zhì)減輕76%。一旦解決了成本問題，將大量用來制造發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中的推桿、連桿、搖桿、水泵葉輪，傳動系統(tǒng)中的傳動軸、離合器片、加速裝置及其罩等，底盤系統(tǒng)中的懸置件、彈簧片、框架、散熱器等，車體上的車頂內(nèi)外襯、地板、側(cè)門等。新材料—碳纖維增強(qiáng)碳/碳復(fù)合材料碳纖維織15

新材料—陶瓷基與金屬基復(fù)合材料

以高性能無機(jī)纖維或晶須為增強(qiáng)體的一類復(fù)合材料。主要有金屬基復(fù)合材料，即以特種無機(jī)纖維或晶須增強(qiáng)金屬材料、金屬陶瓷等；陶瓷基的復(fù)合材料，即以特種無機(jī)纖維、晶須、顆粒、板晶等增韌補(bǔ)強(qiáng)陶瓷材料。陶瓷基復(fù)合材料通?？煞譃轭w粒補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料和纖維補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料兩類。新材料—陶瓷基與金屬基復(fù)合材料以高性能16

新材料—陶瓷基與金屬基復(fù)合材料內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用已較廣泛。燃燒室部分隔熱，減少冷卻系統(tǒng)的容量和尺寸。在高強(qiáng)度柴油機(jī)中還有效降低活塞環(huán)槽區(qū)的溫度，可取消對活塞的專門冷卻。配氣機(jī)構(gòu)中的氣門、挺柱、搖臂及彈簧座改用陶瓷，發(fā)動機(jī)可提高轉(zhuǎn)速來提高功率，降低氣門彈簧的彈力而降低功率損耗。用作氣門座、搖臂頭等易磨損部件，減少磨損、延長壽命。柴油機(jī)的渦流室安裝陶瓷鑲塊后，改善了發(fā)動機(jī)低負(fù)荷時的燃燒、低溫啟動性能，降低了燃燒噪聲和排污量。渦輪增壓器零件中增壓器渦輪，轉(zhuǎn)動慣量僅為金屬渦輪的30%，“渦輪滯后”現(xiàn)象得以改善，同時使增壓器的動態(tài)性能提高了36%，能在更高溫度下工作。新材料—陶瓷基與金屬基復(fù)合材料內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用已較廣泛。燃燒室17

新材料—高強(qiáng)度鋼

目前，國外把屈服強(qiáng)度在1370MPa以上，抗拉強(qiáng)度在1620MPa以上的合金鋼稱超高強(qiáng)度鋼。國內(nèi)，屈服強(qiáng)度在210~550MPa和抗拉強(qiáng)度在270~700MPa的鋼為高強(qiáng)鋼（HSS），而屈服強(qiáng)度大于550MPa和抗拉強(qiáng)度大于700MPa的鋼為超高強(qiáng)鋼。按冶金學(xué)特征進(jìn)行分類：普通高強(qiáng)度鋼（C-Mn)鋼、高強(qiáng)度(IF)鋼、烘烤硬化鋼(BH鋼)、低合金高強(qiáng)度鋼(HSLA鋼)和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼：雙相鋼(DP)、多相鋼(CP)、相變誘導(dǎo)塑性鋼(TRIP)、熱成形鋼(HF）。BH鋼車身進(jìn)入涂裝在烘烤爐中受熱時，使碳、氮原子在“位錯”處析出，提高了工件的屈服強(qiáng)度，故稱為烘烤硬化鋼。新材料—高強(qiáng)度鋼目前，國外把屈18

新材料—高強(qiáng)度鋼

DP鋼主要用于汽車的結(jié)構(gòu)件和安全件，如前內(nèi)縱梁、后內(nèi)縱梁、中支柱里板、座椅橫梁等零件。TRIP在變形過程中,殘余奧氏體會誘導(dǎo)相變轉(zhuǎn)化為馬氏體，引起相變強(qiáng)化和塑性增長。比雙相鋼成形性更好，同樣具有BH鋼性能，擁有更好的擴(kuò)孔性。目前在汽車行業(yè)尚沒有得到大規(guī)模應(yīng)用。CP鋼強(qiáng)度可達(dá)800-1000MPa，特別適合于汽車的車門防撞桿、保險杠和中立柱等安全件。HF是通過把高強(qiáng)度硼合金鋼板加熱到880-950℃，使之均勻奧氏體化；然后送入內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形；之后保壓快速冷卻淬火，使奧氏體變成馬氏體，強(qiáng)度可達(dá)1500MPa，新材料—高強(qiáng)度鋼DP鋼19

新材料—鋁合金

鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素，含量高于7%，鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的有色金屬結(jié)構(gòu)材料。鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性。汽車用鋁合金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金在汽車上的使用量最多，占80%以上，分為重力鑄造件，低壓鑄造件和其它特種鑄造零件。變形鋁合金包括板材、箔材、擠壓材、鍛件等。新材料—鋁合金鋁是地殼中含量最豐富20

新材料—鈦合金

密度為4.51g/cm3，介于鋁和鐵之間。比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，韌性也與鋼鐵的相當(dāng)。抗蝕性能好，優(yōu)于不銹鋼，工作溫度區(qū)間寬，?253℃還能保持良好的塑性，耐熱鈦合金的工作溫度可達(dá)550℃左右，還具有良好的加工性和焊接性能。新一代汽車上主要用在發(fā)動機(jī)元件和底盤部件上。鈦可制作發(fā)動機(jī)系統(tǒng)閥門、閥簧、閥簧承座和連桿等部件以及底盤部件中的彈簧、排氣系統(tǒng)、半軸和緊固件等。。新材料—鈦合金密度為4.51g/c21新材料—鈦合金(鈦合金在汽車中應(yīng)用)新材料—鈦合金(鈦合金在汽車中應(yīng)用)22

新材料—鎂合金

金屬鎂熔點(diǎn)650℃,是工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，密度1.738g·cm-3，約為鋁的2/3，鋼的1/4，接近工程塑料的密度。比強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率與鋁合金鑄件相當(dāng);熱傳導(dǎo)性好，具有良好的耐腐蝕性能、電磁屏蔽性能、防輻射性能;良好的焊接和鑄造性能;具有良好的阻尼系數(shù)，對振動能量的吸收能力強(qiáng)，消震性能優(yōu)于鋁合金和鑄鐵。用于驅(qū)動和傳動部件上可以降低噪聲，用于座椅、輪圈、方向盤可以減少振動，在汽車發(fā)出碰撞后很好地吸收沖擊能量，提高汽車的安全性和舒適性。新材料—鎂合金金屬鎂熔點(diǎn)65023.三、新工藝—注射成型技術(shù)將注射機(jī)內(nèi)配有粘結(jié)劑的黏稠狀金屬/合金/金屬化合物粉末料，或配有粘結(jié)劑的黏稠陶瓷粉體料，在柱塞或螺桿推力作用下進(jìn)入模腔成型，經(jīng)過脫模、烘干、燒結(jié)獲得制品的過程。在注射機(jī)內(nèi)經(jīng)加熱、改性、熔融的塑料，在柱塞或螺桿推力作用下，通過壓力將融溶狀態(tài)的膠體注入摸腔而成型，經(jīng)冷卻成產(chǎn)品。注射成型幾乎適用于所有的熱塑性塑料和多種粉末冶金、先進(jìn)陶瓷制品。注射成型也成功地用于成型某些熱固性塑料。.三、新工藝—注射成型技術(shù)將注射機(jī)內(nèi)配有粘結(jié)24新工藝—注射成型示意圖新工藝—注射成型示意圖25

新工藝—塑料焊接技術(shù)是熱塑性塑料二次加工的主要方法之一，利用熱塑性塑料受熱熔融的特點(diǎn)，憑著熱的作用，使兩個塑料部件的表面同時熔融，在外力的作用下，使兩個部件結(jié)為一體，稱為焊接。可分為通過外加熱源軟化、通過機(jī)械運(yùn)動方式軟化、和通過電磁作用軟化幾種。新工藝—塑料焊接技術(shù)是熱塑性塑料二次加工的主要方法之26

新工藝—紅外焊接技術(shù)這類似于電熱板焊接，將需要焊接的兩部分固定在貼近電熱板的地方，但不與電熱板接觸。在熱輻射的作用下，連接部分被熔融，然后移去熱源，將兩部分對接，壓在一起完成焊接。這種方式不產(chǎn)生焊渣、無污染，焊接強(qiáng)度大，主要用于PVDF、PP等精度要求很高的管路系統(tǒng)的連接。經(jīng)紅外焊接后的兩個部件，它們之間的接合強(qiáng)度遠(yuǎn)比采用其他焊接工藝的強(qiáng)度要高。部件間的焊縫可抵達(dá)100%的氣密性,因而不會有漏風(fēng)或漏液體的景象發(fā)生。新工藝—紅外焊接技術(shù)這類似于電熱板27

新工藝—攪拌摩擦焊利用工件端面相互運(yùn)動、相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端部達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種方法。摩擦焊可以方便地連接同種或異種材料，包括金屬、部分金屬基復(fù)合材料、陶瓷及塑料。由一個圓柱體或其他形狀（如帶螺紋圓柱體）的攪拌針伸入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉(zhuǎn)，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化。同時對材料進(jìn)行攪拌摩擦來完成焊接的。新工藝—攪拌摩擦焊利用工件端面相互28

新工藝—半固態(tài)成形技術(shù)

液態(tài)金屬/合金從液相到固相冷卻過程中，或固態(tài)向熔融液態(tài)過程中，一面進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌，一面進(jìn)行鑄造(壓鑄)，產(chǎn)品具有高質(zhì)量、高性能和高合金化的特點(diǎn)，因此具有強(qiáng)大的生命力。

除軍事裝備上的應(yīng)用外，開始主要集中用于車輛的關(guān)鍵部件上，例如，用于汽車輪轂，可提高性能、減輕重量、降低廢品率。半固態(tài)金屬鑄造工藝被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展前途的近凈成形和新材料制備技術(shù)之一。新工藝—半固態(tài)成形技術(shù)液態(tài)金29

新工藝—激光拼焊技術(shù)

采用激光能源，將若干不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂層的鋼材、不銹鋼材、鋁合金材等進(jìn)行自動拼合和焊接，形成一塊整體板材、型材、夾芯板等，以滿足零部件對材料性能的不同要求，以最輕的重量、最優(yōu)結(jié)構(gòu)和最佳性能實現(xiàn)裝備輕量化。激光拼焊板已廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)，不僅降低整車的制造成本、物流成本、整車重量、裝配公差、油耗和廢品率，而且可以減少外圍加強(qiáng)件數(shù)量，簡化裝配步驟，同時使車輛的碰撞能力、沖壓成型率和抗腐能力提高。新工藝—激光拼焊技術(shù)采用激光能源30新工藝—激光拼焊板的應(yīng)用新工藝—激光拼焊板的應(yīng)用31

新工藝—冷金屬過渡技術(shù)冷金屬過渡技術(shù)是將送絲運(yùn)動與熔滴過渡過程進(jìn)行數(shù)字化協(xié)調(diào)焊接。電弧燃燒過程中，焊絲向熔池方向運(yùn)動，當(dāng)焊絲與熔池接觸時，電弧熄滅，短路接觸時，焊絲回抽幫助熔滴脫落，保持很小的短路電流，焊絲再向熔池方向運(yùn)動，冷金屬過渡過程重復(fù)進(jìn)行。熱量輸入量大幅降低，可以焊接承受熱容量低的基材，實現(xiàn)鋼與鋁焊接以及0.3mm以上薄板的無飛濺、高質(zhì)量MIG/MAG熔焊和MIG釬焊。新工藝—冷金屬過渡技術(shù)冷金屬過渡32

新工藝—冷金屬過渡技術(shù)新工藝—冷金屬過渡技術(shù)33

新工藝—噴射沉積成形技術(shù)

把金屬熔融、液態(tài)金屬霧化，在高速氣流下霧化，在尚未完全凝固前噴射沉積制成金屬材料產(chǎn)品的一種新工藝技術(shù)。所獲材料晶粒細(xì)小、組織均勻、能夠抑制宏觀偏析等快速凝固技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)。對發(fā)展新材料、改革傳統(tǒng)工藝、提升材料性能、節(jié)約能耗、減少環(huán)境污染都具有重大作用。噴射成形主要應(yīng)用在鋼鐵產(chǎn)品以及高強(qiáng)度鋁合金方面。新工藝—噴射沉積成形技術(shù)34

新工藝—熱沖壓成形技術(shù)將硼鋼鋼板加熱至奧氏體化狀態(tài)，快速轉(zhuǎn)移到模具中高速沖壓成形，在保證一定壓力的情況下，制件在模具腔(本)體中以大于27℃/s的冷卻速度進(jìn)行淬火處理，保壓淬火一段時間，以獲得具有均勻馬氏體組織的超高強(qiáng)鋼零件的成形方式。

得到的是超高強(qiáng)度的車身零件。可以減輕車身重量；能提高車身安全性、舒適性；改善了沖壓成形性；提高了零件尺寸精度；可以提高焊接性、表面硬度、抗凹性和耐腐蝕性；降低了沖壓機(jī)噸位要求。新工藝—熱沖壓成形技術(shù)將硼鋼鋼板加熱至35新工藝—熱沖壓成形工藝流程新工藝—熱沖壓成形工藝流程36

新工藝—內(nèi)高壓成形工藝

通過內(nèi)部加壓和軸向加力補(bǔ)料把管坯壓入到模具型腔，使其成形為所需要的工件。對于軸線為曲線的零件，需要把管坯預(yù)彎成接近零件形狀，然后加壓成形。

成形的構(gòu)件質(zhì)量輕，產(chǎn)品質(zhì)量好，設(shè)計靈活，經(jīng)截面設(shè)計與壁厚設(shè)計，許多汽車零部件都能用標(biāo)準(zhǔn)管材，通過內(nèi)高壓成形，制成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的單一整體構(gòu)件，工藝過程簡捷。又具有近凈成形與綠色制造等特點(diǎn)，利于汽車輕量化。

大多數(shù)液壓成形工序只需一個與零件形狀一致的凸模（或液壓成形沖頭），液壓成形機(jī)上的橡膠隔膜起到通常凹模的作用，因而模具成本比傳統(tǒng)模具少約50%。新工藝—內(nèi)高壓成形工藝通過內(nèi)部37

新工藝—旋壓成形技術(shù)

通過旋轉(zhuǎn)使之受力點(diǎn)由點(diǎn)到線、由線到面，同時在某個方向給予一定的壓力，使金屬材料沿著這一方向變形和流動，而成型某一形狀的技術(shù)。金屬材料必須具有塑性變形或流動性能，是強(qiáng)力旋壓和普通旋壓兩者的結(jié)合。

CDC-S系列數(shù)控旋壓機(jī)是生產(chǎn)旋壓皮帶輪的專用設(shè)備。產(chǎn)品已經(jīng)廣泛用于汽車發(fā)動機(jī)中，如電機(jī)輪、水泵輪、空調(diào)輪和風(fēng)扇輪等。按照皮帶輪的槽型和加工工藝可分成三大類：劈開輪、折疊輪和多楔輪。新工藝—旋壓成形技術(shù)

通過旋轉(zhuǎn)使38

新工藝—鎖鉚連接

鎖鉚鉚釘在外力的作用下，通過穿透第一層材料和中間層材料，并在底層材料中進(jìn)行流動和延展，形成一個相互鑲嵌的塑性變形的鉚釘連接，稱作鎖鉚連接。它具有較高的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度、很高的動態(tài)疲勞強(qiáng)度、很高的動態(tài)疲勞強(qiáng)度、并具有撞擊能量吸引特性。鉚接過程可以實現(xiàn)自動化，一次成型效率高。新工藝—鎖鉚連接鎖鉚鉚釘在外力的作39

后面一張圖里有幾匹馬?

后面一張圖里有40這張圖里有

幾匹馬？這張圖里有

幾匹馬？41答案答案42創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)型發(fā)展提高洞察力，未雨綢繆。密切關(guān)注產(chǎn)業(yè)鏈上下游發(fā)展趨勢、變革動態(tài)。明處、暗處商機(jī)要看清，前后左右要顧及，遠(yuǎn)近目標(biāo)要清晰，時間節(jié)點(diǎn)要扣牢。關(guān)注科技發(fā)展、政策導(dǎo)向。創(chuàng)新驅(qū)動、轉(zhuǎn)型發(fā)展，關(guān)鍵在產(chǎn)學(xué)研用的緊密度。產(chǎn)業(yè)發(fā)展，關(guān)鍵在同行是“親家”，團(tuán)結(jié)就是力量。創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)型發(fā)展提高洞察力，未雨綢繆。密切關(guān)注產(chǎn)43措施與建議組建產(chǎn)、學(xué)、研、用緊密合作聯(lián)盟，緊跟汽車發(fā)展方向，攻克產(chǎn)業(yè)化難關(guān)，形成自主品牌。推進(jìn)技術(shù)市場和金融市場整車廠牽頭，上下游聯(lián)手，合理定價、利益共享，逐步健全材料、零部件供應(yīng)體系，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。措施與建議組建產(chǎn)、學(xué)、研、用緊密合作聯(lián)盟，緊跟汽車44

謝謝請大家批評指正！

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上海市新材料協(xié)會陳士信

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新材料、新工藝

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零部件行業(yè)的新機(jī)遇

上海市新材料協(xié)會

新材料、新工藝46一、面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)我國是全球材料生產(chǎn)、消費(fèi)、出口大國。材料生產(chǎn)進(jìn)入微利、虧損時期?！笆晃濉逼陂g全國新材料年均增長率接近20%，2010年，年產(chǎn)值6500億元，大部分新材料依賴進(jìn)口。2015年，新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模要達(dá)2萬億元，年均增長25%。新材料綜合保障能力提髙到70%、關(guān)鍵新材料保障能力要達(dá)到50%。2013年，國產(chǎn)汽車?yán)塾嬌a(chǎn)2211.68萬輛、銷售2198.41萬輛;高鐵建設(shè)快馬加鞕，躍出國門，然而一些關(guān)鍵零部件仍靠進(jìn)口;C919將飛上藍(lán)天，所用材料和零部件100%舶來品。一、面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)我國是全球材料生產(chǎn)、消費(fèi)、出口大國。材料47

一、面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

—2013年上海材料工業(yè)

總產(chǎn)值(億)企業(yè)數(shù)職工(萬)消費(fèi)標(biāo)煤(萬t)全市工業(yè)32088.889772266.75519.11

0.17煉油、化工4377.4679313.9

2498.000.57鋼鐵工業(yè)1555.481424.6

04.550.90有色行業(yè)471.261642.6

46.510.10金屬制品942.0778016.5

73.310.08化纖與橡塑制品916.5576915.1

128.71

0.14非金屬礦物制品542.374147.0

105.980.20材料工業(yè)8805.19305759.6

4257.06

0.48材料占市工業(yè)27.44%31.3%22.3%77.13%(t/萬元)

一、面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

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一、

面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

—2013年上海材料工業(yè)

占全市工業(yè)的1/4產(chǎn)值、1/5的從業(yè)人員，但消耗全市工業(yè)的3/4能源。粗放型生產(chǎn)難以維繼，節(jié)能減排、提高產(chǎn)品附加值是必要之路。全市新材料產(chǎn)值約2000億元，僅占材料工業(yè)的22.7%，新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展任重道遠(yuǎn)。一、面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

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二、新材料—工程塑料強(qiáng)度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料。日本業(yè)界將它定義為“可以做為構(gòu)造用及機(jī)械零件用的高性能塑料，耐熱性在100℃以上，主要運(yùn)用在工業(yè)上”。常用的五大工程塑料是POM、PA、PC、PBT、PPO。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車用塑料件已由普通裝飾件開始向結(jié)構(gòu)件、功能件方向發(fā)展。因而要求汽車用塑料材料向強(qiáng)度更高、沖擊性更好、超高流動的復(fù)合材料和塑料合金方向發(fā)展。—二、新材料—工程塑料強(qiáng)度、耐沖擊性、50新材料—工程塑料(儀表盤)新材料—工程塑料(儀表盤)51新材料—工程塑料(內(nèi)飾件)新材料—工程塑料(內(nèi)飾件)52新材料—工程塑料(保險杠、車燈)保險杠新材料—工程塑料(保險杠、車燈)保險杠53新材料—生物塑料以淀粉等天然物質(zhì)為基礎(chǔ)，在微生物作用下生成的塑料。一般廢棄塑料在自然條件下難以降解，燃燒又會釋放出有害氣體，給生態(tài)環(huán)境造成了難以治理的污染。因此，各國科學(xué)家開始研制可以自行分解的自毀或自溶塑料，以解決這個問題。有人把它稱作“綠色塑料”，它具有可再生性，因此十分環(huán)保。其用途范圍廣泛，如汽車儲物箱、車墊和內(nèi)飾。

上海石化研制的一種耐高溫型生物塑料，熱變形溫度超過100℃，可廣泛用汽車擋板、保險杠及車門內(nèi)的泡沫塑料和隔熱體。新材料—生物塑料以淀粉等天然物質(zhì)為54新材料—樹脂基復(fù)合材料

以熱固性或熱塑性合成樹脂為基體，以纖維為增強(qiáng)材料，經(jīng)成型可分別形成熱固性或熱塑性復(fù)合材料。前者質(zhì)量較輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、減振性能好、可設(shè)計性強(qiáng)、易于加工等優(yōu)點(diǎn)，已在汽車工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。實踐證明，在汽車上大量使用樹脂基復(fù)合材料可以顯著減輕汽車自重、降低油耗、提高汽車安全舒適性、減少環(huán)境污染和降低汽車的制造與使用綜合成本。若以熱塑性樹脂，如PP、PE、PA、PBT、PC等為基體的熱塑性樹脂基復(fù)合材料，常用作車內(nèi)的裝飾件，在汽車工業(yè)中應(yīng)用前景十分廣闊，可以方便地囬收再利用。新材料—樹脂基復(fù)合材料以熱固性或熱55

新材料—樹脂基復(fù)合材料

與其他材料牲能的比較新材料—樹脂基復(fù)合材料

56新材料—玻纖增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料以玻纖為增強(qiáng)體，以熱固性樹脂或熱塑性樹脂為基體的熱固性樹脂基復(fù)合材料或熱塑性樹脂基復(fù)合材料，已廣泛用于汽車、衛(wèi)浴、建筑等方面。其中以纖玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧等樹脂的熱固性復(fù)合材料在我國俗稱“玻璃鋼”，具有強(qiáng)度高、工藝性能好、價格低等特點(diǎn)，可用于制造保險杠、發(fā)動機(jī)罩、擋泥板，甚至于整個車身殼體。新材料—玻纖增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料以玻纖為57新材料—蜂窩復(fù)合板由兩塊較薄的面板，牢固地粘結(jié)在一層較厚的蜂窩狀芯材的兩面，制成的板材，亦稱蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板。表板與蜂窩材選擇適當(dāng)，可獲得良好的抗震、隔熱、隔音等性能，做成防火蜂窩板、隔熱蜂窩板、隔音蜂窩板等。蜂窩復(fù)合板廣泛應(yīng)用在汽車、飛機(jī)、高鐵車廂等方面。如汽車地板、汽車頂棚、行李箱內(nèi)飾等部位。新材料—蜂窩復(fù)合板由兩塊較薄的面58

新材料—蜂窩復(fù)合板新材料—蜂窩復(fù)合板59新材料—碳纖維增強(qiáng)碳/碳復(fù)合材料

碳纖維織物增強(qiáng)碳或石墨化的樹脂（包括瀝青）形成的復(fù)合材料，簡稱碳-碳復(fù)合材料。碳-碳復(fù)合材料的特性主要表現(xiàn)在力學(xué)性能、熱物理性能和熱燒蝕性能三個方面。

CFRP制造的汽車板簧零件強(qiáng)度高，模量大，熱膨脹系數(shù)小，減磨性好，比現(xiàn)有材質(zhì)減輕76%。一旦解決了成本問題，將大量用來制造發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中的推桿、連桿、搖桿、水泵葉輪，傳動系統(tǒng)中的傳動軸、離合器片、加速裝置及其罩等，底盤系統(tǒng)中的懸置件、彈簧片、框架、散熱器等，車體上的車頂內(nèi)外襯、地板、側(cè)門等。新材料—碳纖維增強(qiáng)碳/碳復(fù)合材料碳纖維織60

新材料—陶瓷基與金屬基復(fù)合材料

以高性能無機(jī)纖維或晶須為增強(qiáng)體的一類復(fù)合材料。主要有金屬基復(fù)合材料，即以特種無機(jī)纖維或晶須增強(qiáng)金屬材料、金屬陶瓷等；陶瓷基的復(fù)合材料，即以特種無機(jī)纖維、晶須、顆粒、板晶等增韌補(bǔ)強(qiáng)陶瓷材料。陶瓷基復(fù)合材料通?？煞譃轭w粒補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料和纖維補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料兩類。新材料—陶瓷基與金屬基復(fù)合材料以高性能61

新材料—陶瓷基與金屬基復(fù)合材料內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用已較廣泛。燃燒室部分隔熱，減少冷卻系統(tǒng)的容量和尺寸。在高強(qiáng)度柴油機(jī)中還有效降低活塞環(huán)槽區(qū)的溫度，可取消對活塞的專門冷卻。配氣機(jī)構(gòu)中的氣門、挺柱、搖臂及彈簧座改用陶瓷，發(fā)動機(jī)可提高轉(zhuǎn)速來提高功率，降低氣門彈簧的彈力而降低功率損耗。用作氣門座、搖臂頭等易磨損部件，減少磨損、延長壽命。柴油機(jī)的渦流室安裝陶瓷鑲塊后，改善了發(fā)動機(jī)低負(fù)荷時的燃燒、低溫啟動性能，降低了燃燒噪聲和排污量。渦輪增壓器零件中增壓器渦輪，轉(zhuǎn)動慣量僅為金屬渦輪的30%，“渦輪滯后”現(xiàn)象得以改善，同時使增壓器的動態(tài)性能提高了36%，能在更高溫度下工作。新材料—陶瓷基與金屬基復(fù)合材料內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用已較廣泛。燃燒室62

新材料—高強(qiáng)度鋼

目前，國外把屈服強(qiáng)度在1370MPa以上，抗拉強(qiáng)度在1620MPa以上的合金鋼稱超高強(qiáng)度鋼。國內(nèi)，屈服強(qiáng)度在210~550MPa和抗拉強(qiáng)度在270~700MPa的鋼為高強(qiáng)鋼（HSS），而屈服強(qiáng)度大于550MPa和抗拉強(qiáng)度大于700MPa的鋼為超高強(qiáng)鋼。按冶金學(xué)特征進(jìn)行分類：普通高強(qiáng)度鋼（C-Mn)鋼、高強(qiáng)度(IF)鋼、烘烤硬化鋼(BH鋼)、低合金高強(qiáng)度鋼(HSLA鋼)和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼：雙相鋼(DP)、多相鋼(CP)、相變誘導(dǎo)塑性鋼(TRIP)、熱成形鋼(HF）。BH鋼車身進(jìn)入涂裝在烘烤爐中受熱時，使碳、氮原子在“位錯”處析出，提高了工件的屈服強(qiáng)度，故稱為烘烤硬化鋼。新材料—高強(qiáng)度鋼目前，國外把屈63

新材料—高強(qiáng)度鋼

DP鋼主要用于汽車的結(jié)構(gòu)件和安全件，如前內(nèi)縱梁、后內(nèi)縱梁、中支柱里板、座椅橫梁等零件。TRIP在變形過程中,殘余奧氏體會誘導(dǎo)相變轉(zhuǎn)化為馬氏體，引起相變強(qiáng)化和塑性增長。比雙相鋼成形性更好，同樣具有BH鋼性能，擁有更好的擴(kuò)孔性。目前在汽車行業(yè)尚沒有得到大規(guī)模應(yīng)用。CP鋼強(qiáng)度可達(dá)800-1000MPa，特別適合于汽車的車門防撞桿、保險杠和中立柱等安全件。HF是通過把高強(qiáng)度硼合金鋼板加熱到880-950℃，使之均勻奧氏體化；然后送入內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形；之后保壓快速冷卻淬火，使奧氏體變成馬氏體，強(qiáng)度可達(dá)1500MPa，新材料—高強(qiáng)度鋼DP鋼64

新材料—鋁合金

鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素，含量高于7%，鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的有色金屬結(jié)構(gòu)材料。鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性。汽車用鋁合金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金在汽車上的使用量最多，占80%以上，分為重力鑄造件，低壓鑄造件和其它特種鑄造零件。變形鋁合金包括板材、箔材、擠壓材、鍛件等。新材料—鋁合金鋁是地殼中含量最豐富65

新材料—鈦合金

密度為4.51g/cm3，介于鋁和鐵之間。比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，韌性也與鋼鐵的相當(dāng)?？刮g性能好，優(yōu)于不銹鋼，工作溫度區(qū)間寬，?253℃還能保持良好的塑性，耐熱鈦合金的工作溫度可達(dá)550℃左右，還具有良好的加工性和焊接性能。新一代汽車上主要用在發(fā)動機(jī)元件和底盤部件上。鈦可制作發(fā)動機(jī)系統(tǒng)閥門、閥簧、閥簧承座和連桿等部件以及底盤部件中的彈簧、排氣系統(tǒng)、半軸和緊固件等。。新材料—鈦合金密度為4.51g/c66新材料—鈦合金(鈦合金在汽車中應(yīng)用)新材料—鈦合金(鈦合金在汽車中應(yīng)用)67

新材料—鎂合金

金屬鎂熔點(diǎn)650℃,是工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，密度1.738g·cm-3，約為鋁的2/3，鋼的1/4，接近工程塑料的密度。比強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率與鋁合金鑄件相當(dāng);熱傳導(dǎo)性好，具有良好的耐腐蝕性能、電磁屏蔽性能、防輻射性能;良好的焊接和鑄造性能;具有良好的阻尼系數(shù)，對振動能量的吸收能力強(qiáng)，消震性能優(yōu)于鋁合金和鑄鐵。用于驅(qū)動和傳動部件上可以降低噪聲，用于座椅、輪圈、方向盤可以減少振動，在汽車發(fā)出碰撞后很好地吸收沖擊能量，提高汽車的安全性和舒適性。新材料—鎂合金金屬鎂熔點(diǎn)65068.三、新工藝—注射成型技術(shù)將注射機(jī)內(nèi)配有粘結(jié)劑的黏稠狀金屬/合金/金屬化合物粉末料，或配有粘結(jié)劑的黏稠陶瓷粉體料，在柱塞或螺桿推力作用下進(jìn)入模腔成型，經(jīng)過脫模、烘干、燒結(jié)獲得制品的過程。在注射機(jī)內(nèi)經(jīng)加熱、改性、熔融的塑料，在柱塞或螺桿推力作用下，通過壓力將融溶狀態(tài)的膠體注入摸腔而成型，經(jīng)冷卻成產(chǎn)品。注射成型幾乎適用于所有的熱塑性塑料和多種粉末冶金、先進(jìn)陶瓷制品。注射成型也成功地用于成型某些熱固性塑料。.三、新工藝—注射成型技術(shù)將注射機(jī)內(nèi)配有粘結(jié)69新工藝—注射成型示意圖新工藝—注射成型示意圖70

新工藝—塑料焊接技術(shù)是熱塑性塑料二次加工的主要方法之一，利用熱塑性塑料受熱熔融的特點(diǎn)，憑著熱的作用，使兩個塑料部件的表面同時熔融，在外力的作用下，使兩個部件結(jié)為一體，稱為焊接?？煞譃橥ㄟ^外加熱源軟化、通過機(jī)械運(yùn)動方式軟化、和通過電磁作用軟化幾種。新工藝—塑料焊接技術(shù)是熱塑性塑料二次加工的主要方法之71

新工藝—紅外焊接技術(shù)這類似于電熱板焊接，將需要焊接的兩部分固定在貼近電熱板的地方，但不與電熱板接觸。在熱輻射的作用下，連接部分被熔融，然后移去熱源，將兩部分對接，壓在一起完成焊接。這種方式不產(chǎn)生焊渣、無污染，焊接強(qiáng)度大，主要用于PVDF、PP等精度要求很高的管路系統(tǒng)的連接。經(jīng)紅外焊接后的兩個部件，它們之間的接合強(qiáng)度遠(yuǎn)比采用其他焊接工藝的強(qiáng)度要高。部件間的焊縫可抵達(dá)100%的氣密性,因而不會有漏風(fēng)或漏液體的景象發(fā)生。新工藝—紅外焊接技術(shù)這類似于電熱板72

新工藝—攪拌摩擦焊利用工件端面相互運(yùn)動、相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端部達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種方法。摩擦焊可以方便地連接同種或異種材料，包括金屬、部分金屬基復(fù)合材料、陶瓷及塑料。由一個圓柱體或其他形狀（如帶螺紋圓柱體）的攪拌針伸入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉(zhuǎn)，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化。同時對材料進(jìn)行攪拌摩擦來完成焊接的。新工藝—攪拌摩擦焊利用工件端面相互73

新工藝—半固態(tài)成形技術(shù)

液態(tài)金屬/合金從液相到固相冷卻過程中，或固態(tài)向熔融液態(tài)過程中，一面進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌，一面進(jìn)行鑄造(壓鑄)，產(chǎn)品具有高質(zhì)量、高性能和高合金化的特點(diǎn)，因此具有強(qiáng)大的生命力。

除軍事裝備上的應(yīng)用外，開始主要集中用于車輛的關(guān)鍵部件上，例如，用于汽車輪轂，可提高性能、減輕重量、降低廢品率。半固態(tài)金屬鑄造工藝被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展前途的近凈成形和新材料制備技術(shù)之一。新工藝—半固態(tài)成形技術(shù)液態(tài)金74

新工藝—激光拼焊技術(shù)

采用激光能源，將若干不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂層的鋼材、不銹鋼材、鋁合金材等進(jìn)行自動拼合和焊接，形成一塊整體板材、型材、夾芯板等，以滿足零部件對材料性能的不同要求，以最輕的重量、最優(yōu)結(jié)構(gòu)和最佳性能實現(xiàn)裝備輕量化。激光拼焊板已廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)，不僅降低整車的制造成本、物流成本、整車重量、裝配公差、油耗和廢品率，而且可以減少外圍加強(qiáng)件數(shù)量，簡化裝配步驟，同時使車輛的碰撞能力、沖壓成型率和抗腐能力提高。新工藝—激光拼焊技術(shù)采用激光能源75新工藝—激光拼焊板的應(yīng)用新工藝—激光拼焊板的應(yīng)用76

新工藝—冷金屬過渡技術(shù)冷金屬過渡技術(shù)是將送絲運(yùn)動與熔滴過渡過程進(jìn)行數(shù)字化協(xié)調(diào)焊接。電弧燃燒過程中，焊絲向熔池方向運(yùn)動，當(dāng)焊絲與熔池接觸時，電弧熄滅，短路接觸時，焊絲回抽幫助熔滴脫落，保持很小的短路電流，焊絲再向熔池方向運(yùn)動，冷金屬過渡過程重復(fù)進(jìn)行。熱量輸入量大幅降低，可以焊接承受熱容量低的基材，實現(xiàn)鋼與鋁焊接以及0.3mm以上薄板的無飛濺、高質(zhì)量MIG/MAG熔焊和MIG釬焊。新工藝—冷金屬過渡技術(shù)冷金屬過渡77

新工藝—冷金屬過渡技術(shù)