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车身用铝合金性能、应用及成型性分析程万军车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况1.车身用各种材料实际应用情况车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况现阶段及未来的经济、安全、环保等要求决定了汽车工业发展的主要方向是：提高汽车性能以保证行车安全舒适、降低油耗及有害气体的排放、提高资源利用率。为了达到这些要求，减轻车身重量是各汽车制造商选择的一种十分有效的方法。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况据研究表明，汽车轻量化不仅能降低油耗，还能减少轮胎的磨损，延长汽车使用寿命。在汽车部件中，占汽车总重约20%~25%的白车身是最大的总成部件，在减轻整车重量方面具有很大的潜力，而车身材料的应用直接关系到白车身的轻重。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况目前车身材料已经开始向轻质、易成型、低成本、高稳定性的趋势发展。不仅单一的使用普通低碳钢板，现已逐步转化为应用高强度钢板、涂层钢板、拼焊钢板等特殊钢板。铝、镁合金在汽车车身中的应用也在逐年增加。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况1.1普通低碳钢板的应用目前，汽车车身生产中，特别是冲压生产中，使用得最多的是普通低碳钢板，0.6~2.0mm是现在白车身钢板优选的厚度。下表为一些普通低碳钢的用途，钢号为德国标准。表1目前车身用低碳钢钢号及主要用途车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况1.2高强度钢板的应用高强钢板是在低碳钢板的基础上采用强化方法得到的抗拉强度在350MPa以上的钢板。因此，使用高强钢板可以在减薄的情况下，依然保持汽车车身的机械性能要求。采用高强度钢板还可以有效地提高汽车车身的抗冲击性能，防止在行驶中由于路面的砂石飞溅碰撞产生凹痕，延长了汽车的使用寿命。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况迈腾采用了HSB（High-StrengthBody）高强度车身结构设计，屈服强度大于180Mpa（普通钢板的屈服强度一般为120-140Mpa）的高强度和超高强度钢板应用比例高达74%，而其中，屈服强度大于1000Mpa的热成型钢板占整个车身的16%。中国奇瑞汽车公司与宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用是为262kg，占车身钢板用的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。图1、图2所示的是在轿车上使用高强度钢板的一些部件。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况图1、轿车上使用高强度钢板的部分车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况下面是五个高强度钢板应用的例子：a)、无间隙固溶强化IF钢冲压成型是汽车制造中最主要的成形方式，车身构件、门板、翼子板等等都是通过冲压成型制造出来，有些构件具有相当复杂的形状。其中高强度无间隙固溶IF钢具有极为良好的深冲和拉延能力，用来冲压制造各种复杂形状的汽车冲压件，它内部的铁素体不存在任何间隙固溶的碳和氮原子，这样钢材在冷轧和连续退火后可获得低屈强比和高延伸率，也就是说有极高的“韧性”，不会轻易断裂，能够承受各种模具的冲压变形。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况b)、烘烤硬化钢BH钢板是在低强度的条件下，经过冲压成形之后，进行烤漆加工热处理，以提高其抗拉强度。对比之下，以往生产的强度在440mpa的钢板，在采用这种加工技术以后强度可增加到500mpa。原来用厚度1毫米钢板做侧面板，用高强度钢板只需厚度0.8毫米，是车身外板轻量化设计首选材料之一。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况C）增磷板含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高15%~25%；良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20%；具有良好的点焊性能。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况D）双相钢板冷轧双相钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，如经烤漆后其强度可进一步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用要求拉伸性能好的承力零部件，如车门加强板、保险杠等。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况E）高强度低合金钢超低碳高强度泠轧钢板：在超低碳钢（C=0.005%）中加入适量的钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提高钢板的强度。实现了深冲性与高强度的结合，特别适用于一些形状复杂而强度要求高的冲压零件。在美国，用该种钢经轧制成形后用于车门门梁。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况1.3涂层钢板的应用涂层钢板是为了避免汽车受高温、高湿、高寒等恶劣气候条件的腐蚀，提高汽车寿命而开发的以钢板为基体的表层涂镀防护层的板材。目前在车身材料中应用的涂层钢板有镀锌钢板、镀铝钢板、镀铜钢板、镀铅锡钢板、镀铬钢板及涂覆塑料或层状复合板，其中以镀锌钢板的应用最广。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况镀锌钢板包括单面镀锌板及双面镀锌板，从制造工艺上可分为电镀锌板及热镀锌板两种。电镀锌板因涂漆工艺性好，多用于外覆盖件。热镀锌板多用于内覆盖件。在汽车车身的生产中，目前涂层钢板的用量逐步增加，特别是中高档轿车白车身几乎完全使用镀锌板。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况1.4拼焊钢板的应用拼焊钢板是将不同厚度和不同性能的钢板剪裁后拼焊起来的一种钢板。使用拼焊钢板可以在汽车最敏感部位使用涂镀层钢板，便于更好地发挥其耐蚀性，而在其他部位则使用较薄的高强度钢板。90年代以来，拼焊钢板在欧洲、美国、日本等汽车工业发达国家得到飞速发展。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况德国宝马公司在1994年的7个系列和1995年的5个系列车型中使用了拼焊钢板。美国福特公司使用了7~8种焊接钢板坏料，应用到立柱、挡泥板等加强件中。拼焊钢板的应用，简化了生产工艺、降低了模具和焊装夹具制造成本，改善了零件性能的稳定性。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况1.5铝、镁合金材料的应用目前，铝、镁合金材料主要应用在发动机活塞、气缸盖、歧管等零件上，在白车身上的使用仍处于样车实验阶段，未大批量投产。每使用1kg的铝，可降低汽车重量2.25kg，使用镁，则降低得更多。这使铝、镁合金的使用比例有增加趋势。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况铝材料巳经广泛应用在发动机、轮圈、仪表板装饰及其它零部件上，但是大量用于车身制造上还是少见，主要是受到加工技术和成本的约束。奥迪A2车身采用铝合金制造，铝材在整个构架中取代钢材起承载重量和冲击力的作用。采用崭新的工艺，通过焊接、粘接以及串铆技术把车身构件连在一起，其中串铆技术是奥迪公司从航天工业引入的技术。车身用铝合金性能、应用及成型性分析1.车身用各种材料实际应用情况镁除了重量比铝轻以外，还具有比强度和比刚度高、导热导电性能好、阻尼减震和电磁屏蔽性好、可以回收等优点，是理想的金属结构材料。汽车上有60多种零部件适合采用镁合金，例如发动机零件、变速器零件、仪表板、轮圈等。一般欧洲车用镁合金9公斤至20公斤，北美车用镁合金6公斤至26公斤。镁合金也在日本生产的汽车上采用，例如镁合金变速杆、变速箱体、车门内框、扶手等等。由于镁是地球储量最丰富的金属元素，加上它的合金材料优点明显，越来越受到汽车业的重视。车身用铝合金性能、应用及成型性分析2.铝合金的物理机械性能2.铝合金的物理、机械性能车身用铝合金性能、应用及成型性分析2.铝合金的物理机械性能作为工业用基础材料的铁、铜，早在公元前5000-3000年已经作为工具、装饰品登上人类历史的舞台。铝作为工业材料还不足90年，因此铝被称之为年轻的金属。它虽然年轻，但却是仅次于铁的重要工业用材，这是因为它具有许多优良的性能。如：1、密度小；2、耐蚀性好；3、导电导热性好4、低温性能好；5、无磁性；6、无毒7、易回收利用等。车身用铝合金性能、应用及成型性分析2.铝合金的物理机械性能物理性能AlMgFe密度/(kg/m3)比热容/[J/(kg·K)]热膨胀系数×106固有电阻/(Ω/·m）纵弹性模/103×9.8(MPa)热导系数/(W/m·K)2.701.747.870.2150.2450.1123.627.111.762654459716.34.520221.9153.775.36抗拉强度×9.8（MPa）7—1317—2858（合金9-53）(S45C)下表为纯铝、镁、铁在常温下物理性能的对比表2.金属铝、镁、铁的物理性能车身用铝合金性能、应用及成型性分析2.铝合金的物理机械性能车身面板用材料至今己开发了多种铝合金用作汽车发动机罩、行李箱罩、门、货箱地板等车身面板或薄板冲压件。已被列入日本JIS标准或A、A标准的典型合金有；热处理型的Al-Cu系2002、2117、2036、x2037和非热处理型的Al一Mn系的3003、3004，Al—Mg系的5052、5182。欧洲和日本发表的几个车身面板用材，都包括在上述的合金标准内或大体相似。只有30—30合金(由住友轻金属工业开发的抗拉强度在30kgf／mm2以上，延伸率为30％的合金)是至今未见的新型合金系。车身用铝合金性能、应用及成型性分析2.铝合金的物理机械性能表3为车身面板用铝合金的物理性能。表4为车身面板用铝合金的标准机械性能。虽然强度大体与1010钢板相当，但不能否认，所有合金的延伸率都很低。车身用铝合金性能、应用及成型性分析2.铝合金的物理机械性能表3.几种铝合金物理性能车身用铝合金性能、应用及成型性分析2.铝合金的物理机械性能表4.几种铝合金的机械性能车身用铝合金性能、应用及成型性分析3.一些常用铝合金的成形性分析3.一些常用铝合金的成形性分析车身用铝合金性能、应用及成型性分析3.一些常用铝合金的成形性分析表5列出了经压延加工后在涂漆烘烤状态下的机械性能变化。表6概括了车身面板用铝合金的一般性能。虽然铝合金的成形性、点焊性等比钢板差但腐蚀性能远比钢板优越。车身用铝合金性能、应用及成型性分析3.一些常用铝合金的成形性分析表5.典型的车身面板用铝合金经压延后在涂漆烘烤状态下的机械性能合金牌号材质屈服强度(kgf/mm2)无拉伸5%拉伸10%拉伸2036X203751826009601030-30T4T40SSFT4T4T420.418.412.813.323.526.51526.522.416.317.326.530.12229.626.018.920.429.633.225①177℃×1h车身用铝合金性能、应用及成型性分析3.一些常用铝合金的成形性分析表6.典型的车身面板用铝合金的一般性能合金牌号材质成形性点焊性耐蚀性普通耐蚀性耐腐蚀开裂200221122036X2037T4T4T4T4ABBBAAAAB~CB~CB~CB~CA2A2A2-车身用铝合金性能、应用及成型性分析3.一些常用铝合金的成形性分析3.1成型性指标表7列出了几种成形用铝合金的主变成形性指标。表中数值是由常用的板厚为0.8-1.2mm的汽车用材测得的。铝合金零件，必须根据零件的强度要求和成形性进行选材。表8中的1100、3003、5052是历来用途较广的一般成形用铝合金。特别是软质材具有优良的成形性，而强度则比冷轧钢板低。2002、2036、6009、6010是新开发的车身用材。这些合金虽然具有与汽车成形用钢板同等的强度，但需改善成形性。车身用铝合金性能、应用及成型性分析