汽车工业新材料

第1页共10页中山市火炬科技信息服务中心网址：电话：[phone]邮箱：[e-mail]最新动态国内外汽车工业新材料发展趋势资源和环境问题是当今人类社会面临的巨大挑战，为实现人类社会的可持续发展，对新一代汽车产品在安全、环保和节能方面提出了更为严格的要求，而以轻量化为主导的先进汽车材料技术已经成为实现这一目标的主要措施之一，轻量化材料技术，应用新材料提高车辆的安全性，与环境协调发展，以及材料与设计、工艺紧密结合等成为材料研究领域的热点。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）轻量化材料的开发与应用是当前汽车材料技术发展的主导方向1、铝在汽车中的应用范围进一步扩大，并将成为仅次于钢的第二大汽车材料。铝是应用较早且技术日趋成熟的轻量化材料。它在汽车上的用量呈现持续增长的趋势。根据世界铝协统计，在1991-1999年间，铝在汽车上的应用翻了一番，预计到2005年还将再翻一番。2002年北美平均每辆车的用铝量已达124kg。汽车上的铝零件以铸件为主，如缸体、缸盖、变速器壳体、气缸盖罩等，它们大约占去了汽车用铝量的80％。在轻量化的推动下，铝合金材料及其应用技术发展很快，在近年来出现的全铝车身以及铝密集型汽车（如福特P2000）中，铝的比例更是高达37％。铝的应用现正朝车身零件及结构件的方向发展，如应用日益广泛的铝合金车箱盖、发动机罩、提升式后车门、前端翼子板、发动机支架以及全铝车身骨架等。未来铝在汽车中的应用范围将进一步扩大，并将呈现铸件、型材、板材并举的局面。铝将会成为仅次于钢的第二大新能源新材料信息速递第10期本期热点：汽车工业新材料第2页共10页汽车材料。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）2、镁应用呈现快速增长趋势，但近期内在汽车中所占的比例预计不会超过1％。镁是比铝更轻的金属材料，它可在铝减轻质量基础上再减轻15％－20％。在轻量化的驱动下，自1990年以来，镁在汽车中的应用就一直处于快速增长阶段。尽管目前全球每辆汽车镁合金的平均用量不到3kg，但是汽车用镁正以年均增长20％的速度迅速发展。镁合金的开发与应用已成为汽车材料技术发展的一个重要方向。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）目前，已实现工业化生产并大量用于装车的镁合金零件主要是车身和底盘零件。包括仪表板骨架与横梁、座椅骨架、转向盘、进气歧管，以及各种支架、罩盖等，所用的镁合金材料以铸造镁合金为主，如AM、AZ、AS系列铸造镁合金，其中AZ91D用量最多，镁在汽车中应用的下一目标是发动机等动力系零件，为适应发动机零件工作温度较高的需要。近年来欧美等国家先后开发出了AE、Mg－Al－Ca、Mg－Al－Ca－Re、AJ系列和ZAC8506等高强度抗蠕变镁合金，以及最新研制的MRI201S、MRI202S与MRI203S高温镁合金。各大汽车公司投入了大量人力财力，正致力于镁合金在发动机等动力系零件上的应用研究。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）当前，制约镁在汽车中大量应用的最主要因素是技术问题。就结构件而言，由于存在诸如对镁材料的特性缺乏深层次的理解，镁零件的防蚀技术未取得突破，镁材料的性能数据缺乏（尤其缺少工艺－性能数据），镁零件的设计、使用经验不足等问题，使镁在汽车中的普及程度暂时还难以与铝匹敌。据此估计，近期内镁在汽车用材中所占的比例不会超过1％。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）3、泡沫材料的开发与应用研究十分活跃泡沫材料是一种应用日益普及的汽车轻量化材料，分为非金属泡沫材料（如泡沫塑料）和金属泡沫料（如泡沫铝）两大类。泡沫材料是一种具有复合功能的材料，它不仅可减轻零部件的质量，而且还可以提高其刚度与抗压陷性能、减振、降噪、隔热、吸收较高的冲击能量。因此，在汽车零部件设计中，泡沫材料越来越受到人们的青睐，其应用方式通常有如下两种：一是作为中间夹层材料与两侧金属板材组合在一起，构成所谓复合板，这种复合板的外板一般为碳钢板或铝板，最近又出现了不锈钢板。复合板目前主要用于生产的汽车车身与发动机上的板壳类零件，如缓冲板、发动机气门罩、油底壳、SUV的飞轮室与车辕顶部、小型载货车车顶外板与地板等。最近的研究表明，复合板在承载零件的应用方面同样具有广阔的前景。二是作为填充材料（即所谓“结构泡沫”直接填入零部件中那些需要加强的部位，常用作结构泡沫基材的有聚氨酯、环第3页共10页氧树脂和尼龙/玻璃纤维复合材料等。结构泡沫材料作为加强内衬用于轿车车身骨架中的各类构件，如前部车架、摆梁、后侧骨架和保险杠、A型柱－铰链柱、车顶纵梁－B型柱等的结合部位。可显著提高车身的刚度与车辆的抗碰撞性能。在对车门、提升式后车门和车箱盖等车身部件的研究表明。采用结构泡沫构材料同样可取得较好的减轻质量效果。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）4、钢铁材料仍占据主导地位在今后一段时期内，钢铁材料在汽车材料构成中所占的比例保持相对稳定，但是其内部结构将发生变化。主要变化趋势是高强度钢和超高强度钢的用量将有较大的增长，铸铁和中、低强度钢的比例将会逐步下降。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）高强度钢的应用是汽车钢铁材料今后的主要发展方向之一。为了应对来自轻质材料的挑战，钢铁企业将开发的重点放在了高强度材料上，先后开发出了高强度钢板(屈服强度大于210N/mm2)、超高强度钢板(屈服强度大于550N/mm2和先进的高强度钢(以下统称为高强度钢)，取得了良好的减轻质量效果。目前，汽车使用的高强度钢主要为板材与管材，它取代普钢&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轻质量约10％。而北美开发的PNGV－Class轿车，其车身全部采用高强度钢，质量只有218kg与全铝车身相当)事实上，高强度钢已成为颇具竞争力的汽车轻量化材料，它在抗碰撞性能、耐蚀性能和成本方面较其他材料仍具有较大的优势。最新的应用情况表明，有些铝、镁合金零件，如保险杠、车轮、骨架、前门、后门、横梁等，又转而采用高强度钢设计。安全法规是推动高强度钢应用的重要动力，为满足更为严格的安全法规要求(如侧面碰撞)，各大汽车公司均加快了高强度钢在汽车车身&底盘&悬架和转向系零件上的应用，高强度钢在汽车中的应用逐年增加。以强度级别为340N/mm2和550N/mm2的钢板为例，它们在汽车用板材中所占的比例分别将由1998年的9％和1％，提高到2004年的28％和5％而强度级别为280N/mm2的普通钢板在同期内则将由10％下降到4％。预计到2008年，高强度钢在汽车用钢中所占的比例将达到60％。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）5、轻量化材料的应用范畴正在扩大轻量化材料是指能减轻汽车零部件自身质量的材料。早期的轻量化材料主要为密度较小的轻质材料，如铝合金、镁合金、泡沫材料、塑料和复合材料等。为适应汽车市场的需求，钢铁企业开发出了高强。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）度钢，采用高强度钢生产汽车零件，同样可以达到减轻质量的效果。最近，不锈钢又成为一种潜在的新型轻量化材料。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06第4页共10页期）不锈钢在汽车中的应用虽然有较长的历史。据统计，自上世纪90年代以来，典型的家用轿车的不锈钢用量基本上稳定在25kg左右/辆，但它主要用于制造轿车的排气系统零件，而作为轻量化的材料应用于结构零件的试验与试制研究是近几年才开始的。具有减轻质量潜力的不锈钢材料主要为高强度不锈钢，如AISI300系列和AISI200系列含氮的高强度奥氏体不锈钢#以及不锈钢复合板。例如，采用AISI300、AISI204M等高强度不锈钢板试制的轿车前侧防撞弓形梁和保险杠、后挡板、发动机支架、LPG瓶等零部件，减轻质量幅度一般可达30％左右。不锈钢应用的主要障碍是成本问题，降低成本的主要途径有两个：一是选用价格相对较低的材料，如AISI204M因镍含量较低而比AISI301便宜;二是通过优化设计与工艺优化,如减少零件数,取消防蚀处理、表面处理等，来消化一部分材料增加的费用。此外，由于不锈钢的镍、铬等合金元素含量很高，大量应用还存在资源的问题。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）新材料在解决轻量化与车辆安全的冲突问题中将发挥重要作用在世界各国日益严格的安全法规推动下，汽车行业正在致力解决轻量化与车辆安全的矛盾。要解决好这个问题，具有安全意义的新材料开发与应用将发挥重要作用。在不增大自身质量的前提下，提高车辆的被动安全性能的有效措施如下：一是加大车辆的外形尺寸，对轻量化的车身构件进行优化设计。二是开发出质量轻、强度，刚度，高，吸收冲击能量能力大的车身构件，而这些都离不开高性能的新材料，如动静态屈服强度比高的高强度钢，冲击能量吸收率高的轻合金以及结构泡沫材料等。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）与环境的协调发展已成为汽车材料技术发展必须遵循的一项基本原则由于人类社会发展所导致的环境问题日趋严峻，与环境的协调发展已成为汽车材料技术必须遵循的一项基本原则。世界各国对汽车材料的环保问题高度重视，制定了大量与之有关的法律法规，并从政府的角度进行引导，取得了明显的效果。现今环保理念已渗透到从汽车材料开发，零部件设计到工艺边角余料及废旧汽车零件，车辆回收再生的各个环节。发达国家正逐步淘汰或已不再使用容易对环境造成污染的材料，如采用半金属、玻璃纤维、碳纤维、有机纤维摩擦材料取代石棉摩擦材料，逐步实现了摩擦材料的无石棉化，广泛使用水性涂料、高固体分涂料及粉末涂料等低公害和无公害的汽车涂料，开发了环保的水基粘接剂并用于生产。国外在汽车材料的回收再利用方面也取得了重要进展，如在涂装、电镀等容易破坏环境的工艺中进行工艺余料、废料的回收再利用，废水的处理与循第5页共10页环使用。废旧汽车与零部件的回收率现已达到85％，2015年的目标为95％（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）材料技术与产品设计、制造工艺的结合将更为密切与产品设计、制造工艺的结合越来越紧密是当今汽车材料技术发展的又一大特点，而推动力则是技术与经济的因素，汽车零部件的多材料设计、部件的零件化（减少零件设计）的发展趋势，在客观上促使了材料与设计、工艺的紧密结合；而随着CAD、CAPP、CAM的出现，汽车零件设计、材料与制造工艺之间的界限也越来越淡化，逐步成为一体；同时，随着世界经济全球化进程的不断加快，汽车行业的竞争愈演愈烈，汽车制造商面临的成本压力越来越大，从而也要求将设计、材料与制造工艺作为一体进行综合考虑，以谋求总体效益的最大化。激光拼焊、液压成形、半固态金属加工、喷射成形以及不同材料的连接技术等新技术的的出现,“USAMP动力系铸造镁合金零件项目“的工作方式及研究内容，就是这种发展趋势的具体体现。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）伴随着我国汽车工业的全面发展，社会拥有量的大量增加，汽车在国民经济中的地位显得越来越重要。汽车新材料的发展和应用是促进汽车工业技术发展的重要因素。从发展汽车新材料来说，以下三点尤为重要：（1）汽车材料要适应整车向智能化、电动化方向发展的基本要求，大力开发新型材料；（2）汽车材料要围绕整车低能耗、低排放的要求，开发新型结构材料和功能材料；（3）应该跟踪世界先进的汽车新材料的发展趋势，开发自主知识产权的新材料，通过优先发展汽车新材料来提高材料工业的整体水平。（来源：《汽车工艺与材料》2006年06期）精品论文推介【题名】汽车轻量化技术中新材料的发展及应用【作者】冯美斌;【刊名】汽车工程,2006年03期【关键词】汽车;轻量化技术;新材料;【文摘】介绍了国外铝合金、镁合金、塑料和高强度钢等汽车轻量化材料技术发展动向,论述了我国汽车新材料开发与应用现状、差距和存在的主要问题。【题名】从SAE2004年会看汽车材料发展趋势【作者】冯美斌;【刊名】汽车工艺与材料2004年06期第6页共10页【关键词】汽车;材料;发展;趋势;【文摘】从SAE2004年会有关资料出发,对世界汽车材料技术的轻量化、安全和环保,以及