汽车轻量化材料的应用论文 大学学位论文.doc

汽车轻量化材料的应用铝合金、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相关，实现轻量化将会减少CO2排放。 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 742.46 54 630.04 51 -15 铸铁 190.50 14 136.09 11 -29 铝 72.57 5 95.25 8 31 塑料 115.66 8 149.68 12 29 铜 20.41 1.5 18.14 1.3 -13 锌 6.8 0.4 6.8 0.4 0 镁 2.27 0.2 4.53 0.3 100 玻璃 38.55 3 34.02 3 -13 陶瓷 0.907 0.1 1.81 0.1 100 粉末 11.34 0.8 13.61 1 20 橡胶 56.70 4 52.16 4 -8 其它 117.93 9 102.06 8 -13 合计 1378.46 100 1244.19 100 -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 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）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%，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