汽车碰撞试验课件.ppt

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1、,常用汽车材料,概 述,汽车是由上万个零部件组装而成,而这些零部件又是由几百个品种、上千个规格的材料加工制成的,可以说材料是汽车的基础。用于生产汽车的材料种类很多:有钢铁、有色金属、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷等,据统计,近几年生产的一辆普通轿车,其主要材料的重量构成比大致为:钢铁65%70%、有色金属10%15%、非金属材料20%左右。各种新型材料,如轻金属材料、复合材料、高技术合成材料等越来越多的用于现代汽车,汽车碰撞试验,中国的C-NCAP是在2006年成立并开始对中国市面上销售的车辆进行检测。也是从那时候，自主品牌汽车开始意识到碰撞安全的重要性并着力提升产品在这方面的性能。当时国内自主品牌的

2、靠着仿制手段设计出来的汽车根本无法满足任何一个国家的NCAP测试，1星甚至0星的碰撞测试成绩比比皆是。,华晨尊驰1星安全碰撞试验,吉利自由舰0星安全碰撞试验,基本简介,NCAP（New Car Assessment Program）新车评价程序最早始于美国，在1978年USNCAP提出5星评价方法用于在正面碰撞中评价汽车保护车内乘员的性能。全球NCAP评价程序包括，ANCAP（澳大利亚）、EuroNCAP（欧洲）、USNCAP（美国）、IIHS（美国保险组织）、CNCAP（中国）、JNCAP（日本）、KNCAP（韩国）、LATINNCAP（拉丁美洲）、ASEANNCAP（东南亚）。在所有的NC

3、AP机构中，EuroNCAP影响力较大。它创始于1997年，其核心成员单位包括ADAC（全德汽车俱乐部，国内某些厂商可能对它恨之入骨，但这个机构在欧洲可是深受消费者欢迎，并拥有广泛群众基础和非常高的公信力）、英国运输部、英国FIA基金会、德国运输部等等。NCAP对于促进汽车厂商提高车辆被动安全性功不可没。在90年代末进行的碰撞试验中，几乎没有车型能获得3星以上的成绩，一、两颗星的情况很普遍。但十年后的今天，即使微型车也有很多获得了5星以上的高分。,星级区分,称为五星级，分数33-40分，表示乘员严重伤害的概率小于或等于10%；称为四星级，分数25-32分，表示乘员严重伤害的概率为11%-20%

4、；称为三星级，分数17-24分，表示乘员严重伤害的概率为21%-35%；称为二星级，分数9-16分，表示乘员严重伤害的概率为36%-45%；称为一星级，分数1-8分，表示乘员严重伤害的概率等于或大于46%。,目前绝大部分法规的碰撞测试,均是以车碰障碍物的形式，而车对车碰撞中，碰撞能量的吸收与分散情况比车对材质均匀的障碍物碰撞更加复杂，对车辆的安全性能也提出了更高的要求；15斜角。模拟实际事故发生时由驾驶员本能所导致的车辆倾斜，相比传统的正面碰撞形式更接近真实，能真实考验车辆的安全性能在有角度的事故发生时，碰撞能量将可能因错开了前纵梁等核心安全吸能结构，而无法被有效吸收，对乘员舱可能会产生更大的

5、冲击，造成严重伤害；小重叠率（25%）。由于碰撞接触面积大大减小，单位面积的冲击强度会大幅增加，因此对车辆的安全性能要求也更高；56km/h高速。相对速度达到112km/h，这样的相对速度远远超过常规的碰撞测试项目，对车辆的安全性同样提出更高的要求。,NHTSA-NCAP侧面碰撞是用试验台车以62km/h的速度，从27的角度冲向车身的驾驶员一侧，模拟典型的十字路口碰撞事故，这种交通事故在现实中很普遍，因此该试验很有代表意义。,在实际交通事故中，还有一种交通事故形式发生的比例很高，就是汽车撞在树上或电线杆等柱状物，这种碰撞形式的致死率和重伤率都很高，因此现在很多NCAP机构都在探讨采用柱碰试验的

6、可能性。,IIHS的亮点在于对车顶强度有着自己的评判标准，方法是，使用金属板以一定的角度和速度撞击车顶，然后测量车顶凹陷程度。评为“G”的条件是凹陷不超过5英寸，并且车顶必须能承受超过4倍于车重的碰撞力度。达到相同凹陷程度所能承受的强度为车重的3.25倍以上4倍以下时，评价为“A（Acceptable：允许范围内）”；2.5倍以上3.25倍以下时，评价为“M（Marginal：允许范围最底线）”；不到2.5倍时，评价为“P（Poor：差）”。,SUV的翻滚试验,E-NCAP新增加的项目还有追尾测试（挥鞭效应），模拟车辆的追尾情况，并通过对驾驶员颈椎的保护来判断车辆的安全标准，主动头枕和座椅的设

7、计在此碰撞中似乎能体现出价值。,美国高速公路安全协会（NHTSA）是美国政府部门汽车安全的最高主管机关，作为美国政府部门车辆监管的权威性机构，其评分标准可是经过美国国会同意才制定，由该机构与民间共同执行。很长一段时间以来，NHTSA只有正面和侧面两项碰撞，但这样显然不符合时代的要求，2009年，NHTSA终于进行了升级。,美国公路安全保险协会（Insurance Institute for Highway Safety）也是世界安全标准的重要组成部分，除了基本的测试之外，IIS还时常会进行一些特殊的碰撞，比如会进行车辆的对撞来评测安全性能，以及128Km/h的时速撞向不可移动固体墙，这都让我们

8、看起来非常过瘾，但这也遭到了部分厂商的不满。ESP也必须为标配才有资格参与此次评选,日本车在全球汽车市场中占据了很高的地位，这在一定程度上也催生了日本汽车安全碰撞标准的诞生。J-NCAP是由国家出资，国土交通省委托NASVA(独立行政法人自动车事故対策机构)来进行的，它与1995年开始进行正面评价，1999年开展侧面安全评价，试验结果每年春天进行公布。J-NCAP很大程度上借鉴E-NCAP的规则，但又在此基础上加入自己的特色，独特的6星评价体系也是它的特点之一。,J-NCAP重视儿童的安全保护,100Km/h行驶时的突然刹车的距离测试,众所周知，Euro NCAP的名气在全球是最大的，像日本、

9、中国和澳大利亚等地制定碰撞标准时很大程度上都参考了欧洲测试项目,在上面介绍的其它标准测试中，已经几乎包含了Euro NCAP的测试项目。目前欧洲已经取消了100%重叠的正面碰撞项目，因为这在现实中大部分情况下不会发生，只保留了40%重叠的可变性壁障碰撞，速度为64Km/h。侧面碰撞当然也少不了，传统意义上的侧面移动障碍的速度为50Km/h，相对美国和日本的标准来说，这个速度似乎有些保守。,新版的Euro NCAP增加了柱碰的碰撞项目，在该测试中，车辆侧面与直径254mm固定硬度柱体发生碰撞，以此来模拟车辆装到电线杆之类的情况，与NHTSA不同的是，电线杆是垂直撞向车辆的，撞击速度为29Km/h

10、。,Euro NCAP的柱状侧碰试验 速度29Km/h,在碰撞安全标准方面国内起步较晚，C-NCAP很大程度上借鉴了欧洲Euro NCAP碰撞标准，一定程度上来说，它是欧洲标准的缩水版，因为C-NCAP的碰撞内容更加简单，速度方面也要求更为宽松。C-NCAP的碰撞项目有正面100%重叠、正面40%重叠刚性障碍壁碰撞试验，执行速度分别要求不低于50Km/h和56Km/h，在所有主流碰撞标准中，它的速度要求是最低的；另外，C-NCAP也关注侧面撞击的安全性，侧面可变性移动障碍壁会以40Km/h的速度撞向车身，该速度与国际主流标准基本吻合。,一、车身结构认识,哪些车是两厢车？三厢车？,二、车身,非承

11、载式车身比较笨重、质量大、高度高，多用于货车、客车和越野车上。不过由于非承载式车身具有较好的平稳性和安全性，有些高级轿车也使用。,承载式车身的汽车平直路上行驶很平稳、固有频率低、噪声小、重量轻，广泛应用于轿车上。当然底盘的强度是不及有大梁结构的非承载式车身，在车的四个车轮受力不均匀时，车身会发生变形。,二、车身材料,并不是车身所有的材料强度越高越好，要看用在什么地方。如驾乘室的框架（如横梁、纵梁、ABC柱等），为了使驾车室的空间尽量不变形（保证驾乘人员安全），就必须采用高强度的材料。如车前和尾部的材料（如引擎盖板、翼子板等），为了能够吸收撞击力，可以使用强度相对较低的材料。,通常整个车身壳体按

12、强度等级分为三段，如图l-5所示，图中A、B、C分别代表车身前部、中部及后部。车身设计时，使乘客室尽可能具有最大的刚度，而相对于乘客室的前、后室则应具有较大的韧性。,三、安全车身,在汽车碰撞中，重要的是保护车内人员的安全，所以在碰撞中驾乘室的变形越小就越好。汽车在设计时考虑到这一点，在汽车碰撞时，让一部分机构先溃缩，吸收一部分的撞击能量，从而减少传递到驾乘室的撞击力。,车身冲力转移,二、车身主要部件,为了便于在汽车车身修理工作中进行交流，通常将一个汽车车身分成三个部分：前部、中部、后部。如图1-6所示。,1前车身,前车身主要由前翼子板、前段纵梁、前围板及发动机罩、前轮罩（又称翼子板内补、翼子板

13、骨架、前悬架支撑板、大包等）、发动机安装支撑架（副车架、元宝梁）以及保险杠等构件组成。大多数轿车的前部装有前悬挂及转向装置和发动机总成。,前保险杠位于车辆的最前端，是车身外部装饰体，主要部件一般由非金属面罩与金属加强筋相连而成，起到装饰、防护作用，应用于所有车辆车身。典型前保险杠结构如图1-7。,（1）前保险杠,普通轿车的前翼子板主要由前翼子板外板、前翼子板内板、翼子板衬板及翼子板防擦装饰条等组成，部分轿车还装有翼子板轮口装饰条。,(2)前翼子板,按照安装位置又分为前翼子板和后翼子板。前翼子板安装在前轮处，必须要保证前轮转动及跳动时的最大极限空间，因此设计者会根据选定的轮胎型号尺寸用“车轮跳动

14、图”来验证翼子板的设计尺寸是否合适。后翼子板没有车轮转动碰擦的问题，但是出于空气动力学的考虑，后翼子板略显拱形弧线并且向外凸出。现在有些轿车的翼子板已与车身本体成为一个整体，生产时一气呵成。但也有轿车的翼子板是独立的，尤其是前翼子板，因为前翼子板的碰撞机会比较多，独立装配易于整件更换。,优点：重量轻盈，降低了车身重量，从而也降低了油耗在遇到轻微的碰撞时，能够承受一定的弹性变形，比起普通钢板降低减少了维修费用发生碰撞时对行人的伤害性小，提高了车辆的行人保护性能；应用：Noryl GTX树脂用于制造汽车翼子板的历史已经超过了20年。自1988年以来，在欧洲、美国、日本、南非和中国，已有超过2000

15、万辆汽车在制造中采用了由Noryl GTX树脂制成的翼子板。多年来，包括宝马、奥迪、路虎、奔驰、三菱在内的汽车制造商一直选择这款翼子板。,发动机罩位于车辆前上部，是发动机舱的维护盖板，如图1-8。轿车的发动机罩主要由发动机罩、发动机罩隔热垫、发动机罩铰链、发动机罩支撑杆、发动机罩锁、发动机罩锁开启拉索、发动机罩密封条等零件所组成。,(3)发动机罩,（4）散热器罩,二中间车身,中间车身设有车门、侧体门框、门槛及沿周采用高强度钢制成的抗弯曲能力较高的箱型断面，中间车身侧体框架的中柱、边框、车顶边梁、侧体下边梁等结构件也采用封闭型断面结构。车顶、车底和立柱等构件，均以焊接方式组合在一起。中间车身的立

16、柱起着支撑风窗和车顶的作用，一般下部做的粗大，上部的截面尺寸需要考虑驾驶视野而缩小。立柱包括前柱（A柱）、中柱（B柱）与后柱（C柱）三种。,立柱、门槛板是构成车身侧框架的钣金结构件，是车身非常重要的支撑件，如轿车、吉普车等车型的侧框架一般由前、中、后门框及门槛、门楣等构成一个框架结构，用来固定车门、支撑顶篷、固附车身蒙皮等。,1立柱,车顶是指车身车厢顶部的盖板，其上可能装备有天窗、换气窗或天线等，如图1-11。车顶主要由车顶板、车顶内衬、横梁（可能有前横梁、后横梁、加强肋等组成），有的车型还备有车顶行李架。,2车顶,车门及附件主要包括车门板（车门外板和车门内板）、车门内饰板、车门密封条、车门铰

17、链（一般包括车门上铰链、下铰链）、车门锁总成等零件组成，如图1-12。,3车门,车门防撞梁是减少驾乘人员受侧面撞击的最重要防线。因为在受到侧面撞击时，驾乘人员的身体与车门间没有过多的空间作为缓冲(不同正面撞击，驾乘人员前方还有一定的空间作为缓冲)，直接会收到外力的侵害。所以防撞梁的强度越高，对驾乘人员的防护就越好。,三后车身,轿车后车身是用于放置物品的部分，可以说是中间车身侧体的延长部分。三厢式车的乘客室与行李箱是分开的，如图1-13a所示；而两厢车的行李箱则与乘客室合二为一，如图1-13b所示。,轿车的行李箱盖主要由行李箱盖板、行李箱盖衬板、行李箱铰链、行李箱支撑、行李箱密封条、锁总成等零件

18、组成，部分轿车的行李箱盖还带有扰流板、车型品牌标识等。,1行李箱和行李箱盖,后侧板是指后门框以后的遮盖后车轮及后侧车身的车身钣后侧板主要包括后侧板外板、后侧板内板、后立柱、侧板内饰板及轮罩板等零件组成。,2后侧板,后保险杠是指位于车辆车身的尾部，起到装饰、防护车辆后部零件的作用，如图1-14所示。,3后保险杠,后保险杠主要包括保险杠外皮、保险杠杠体、保险杠加强件、保险杠固定支架以及保险杠装饰条，典型后保险杠如图1-15所示。,汽车常用的金属材料,黑色金属材料,钢、铁一类的金属被称为黑色金属。钢铁材料的基本成分是铁和碳,所以又称为铁碳合金。含碳量小于2.11%的铁碳合金是钢,含碳量大于2.11%

19、的铁碳合金是铁。,碳 素 钢,碳素钢简称碳钢，在现代工业生产所使用的钢铁材料中占据十分重要的地位。由于碳钢具有冶炼、加工容易、价格低廉、工艺性能良好，力学性能能够满足工农业生产的使用要求，是工农业生产中用量最大的金属材料。在汽车工业中，钢铁材料的用量占汽车用材总量的70%左右。,钢,碳素钢合金钢对钢的力学性能和物理性能影响最大的是碳的质量分布,随着含碳量的增加,钢的强度、硬度直线上升;而韧性和塑性不断下降。除此之外,在冶炼过程中加入的或原料中带入的其他元素也对钢的性能产生重要的影响,如锰和硅元素可以提高钢的强度和硬度,硫和磷元素会使钢材变脆。,一、碳及杂质对钢力学性能的影响,当渗碳体的数量增加

20、并形成网状分布时，钢的脆性增加、强度下降。,1、碳对钢力学性能的影响,碳钢和普通中、低合金钢的含碳量一般不超过1.3%,2、Si、Mn、S、P的影响,Mn、Si固溶强化S 热脆 热脆性指某些钢材400500温度区间长期停留后室温下的冲击值有明显下降的现象。P 冷脆 冷脆性:金属材料在低温下呈现的冲击值明显降低的现象。像当年泰坦尼克号沉船事件，后来有人分析是制船钢板冷脆性引起的 增加硬度，降低塑性、韧性。优点：有利于切削加工,二、碳钢的分类,钢是碳含量小于2.11%的铁碳合金。钢具有必要的力学性能，可以扎制成各种型材。铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。铁没有韧性，不能锻造。但是铁的铸造性能良好

21、，可以用来铸造各种结构复杂的零件，也就是我们平时说的铸件。我们所接触最多的铁以及铁的合金，根据材料性能和组织分为碳素结构钢、合金钢、等几大类，各个大类又分为各个小类:,二、碳素结构钢的分类 碳素钢简称碳钢，它的分类有很多种：按含碳量来分的方法：0.02%的铁碳合金纯铁；0.02%0.25%低碳钢；0.25%0.6%中碳钢；0.6%2.11%高碳钢；大于2.11%的是铸铁。按钢的杂质多少来分：普通钢 S 0.05%P 0.045%；优质钢S 0.035%P0.035%；高级优质钢 S 0.025%P0.025%；特级质量钢 S 0.015%P0.025%。C、S、P、Mn、Si是碳钢中五大元素。

22、,按钢的杂质多少来分：（1）碳素结构钢-用于制造汽车零件和工程构件。（1）碳素工具钢-用于制造刀具、量具和模具。一、常用碳素钢1、碳素结构钢 碳素结构钢的含碳量在0.06%0.38%成分特点：杂质和非金属夹杂物较多性能特点：冶炼容易，工艺性好，价格 便宜，产量大,常用牌号和用途 牌号:Q215-A.F Q235 Q255 牌号解释:Q215表示屈服点为215MPa的A级沸腾钢。F：沸腾钢 b:半镇静钢 Z：镇静钢 TZ：特殊镇静钢普通碳素结构钢,普通碳素结构钢,钢轨,优质碳素结构钢,成分及性能特点成分特点:含硫，磷及非金属夹杂物量较少性能特点：低碳钢强度，硬度较低，塑性，韧性及焊接性良好；中碳

23、钢较高的强度，硬度，其塑性和韧性随含碳量的增加而逐步降低 高碳钢较高的强度，硬度和弹性，但焊接性不好,常用牌号和用途牌号：08F 20 45 60Mn 牌号解释：08F表示平均含碳量0.08%的优质碳素结构钢,沸腾钢。20表示平均含碳量0.20%的优质碳素结构钢.60Mn表示平均含碳量0.60%的高锰优质碳素结构钢.,优质碳素结构钢,法兰盘,优质碳素结构钢,3、铸造碳钢,成分及性能特点 成分特点:以碳为主要合金元素并含有少量其他元素 性能特点：较高的强度、塑性和韧性，成本较低,常用牌号和用途牌号：ZG200-400 ZG200-400 ZG270-500 ZG310-570 牌号解释：ZG20

24、0-400表示屈服强度不小于200MPa,抗拉强度不小于400MPa 的铸造碳钢.,铸造碳钢,铸造碳钢,碳素钢,除含碳量小于2.11%之外,还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质元素的钢,我们称之为碳素钢,简称碳钢。碳素钢具有一定的力学性能、良好的工艺性能、价格低廉,是汽车生产和其他工业产品中用量最大的金属材料。分类按钢中碳的含量多少可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢;按钢的质量可分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢;按钢的用途分为碳素结构钢、碳素工具钢和铸钢。,碳素钢,碳素结构钢主要用于制作各种机器零件和工程构件,以低碳钢和中碳钢为多。汽车上受力不大、要求一定的强度、硬度、韧性和良好的加工性能的零部件大量

25、的使用碳素结构钢。碳素工具钢主要用于制作各种工、量、刃具和模具,多属于高碳钢。铸钢主要用于制作形状复杂,难于用锻压等方法成形的零件,如汽车上的桥壳等。,合金钢,合金钢是指为了改善钢的某些性能,冶炼时在碳素钢的基础上有目的地加入一种或多种合金元素所形成的钢种常用的合金元素有:锰(Mn)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、磞(B)、铝(Al)、稀土(Re)等合金元素对钢的性能影响很大,如在碳素钢中加入铬,能提高钢的强度、硬度和耐蚀性,加入镍既可以提高钢的强度,又不降低其韧性,加入硅能提高钢的强度、硬度、疲劳强度和耐腐蚀性。几种合金元素同时配合使用,对钢

26、的性能影响比单一合金元素更为显著 合金钢只有经过热处理后,才能达到改善机械性能的目的,合金钢,合金钢的种类很多,按用途大致可分为以下几类:合金结构钢合金工具钢特殊性能钢,合金结构钢,低合金结构钢在低碳钢的基础上加入少量（%）合金元素而得到的钢这类钢比相同含碳量的碳素钢的强度要高10%30%,并具有较好的塑性、韧性和焊接性能。又因为它的冶炼较简单,生产成本与碳钢相近广泛用于制作各种机器零件和工程构件如汽车上的车架纵梁、横梁、发动机吊耳等用低合金结构钢取代碳素结构钢,可节约钢材,减轻重量,且使用可靠。常用的钢种有12MnV、16Mn等,合金钢,低合金结构钢的牌号 Q215,合金钢,合金结构钢的牌号

27、 采用两位数字和化学元素符号及数字的方法表示。前面两位数字 表示钢的平均含碳量(万分之几),后面是化学元素符号名称,如铅、铬、锰等,各元素符号后面的数字表示元素平均含量(百分之几)。例如12CrNi2,表示钢的平均含碳量为 0.12%、平均含铬量小于1.5%、平均含镍量为2%。,合金钢,其他合金钢和特殊性能钢 常用的钢种有合金弹簧钢、滚动轴承钢合金工具钢耐候钢(良好的抗大气腐蚀能力)、不锈钢耐磨钢耐热钢,铸铁,性能特点：与钢相比,其强度低,特别是韧性、塑性差,但铸造性能优良、耐磨、切削加工性能良好。随着技术进步,某些传统上用铸铁制造的汽车零件,已逐步由轻金属替代。铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁、可

28、锻铸铁、球墨铸铁和合金铸铁几种。,铸铁,白口铸铁白口铸铁断口呈白色,性能硬而脆,很难进行切削加工,主要用来炼钢灰口铸铁灰口铸铁断口呈灰色,由于生产工艺较简单,成本低,熔点低、收缩率小、具有良好的铸造性能,在汽车零件上应用较多灰口铸铁的牌号用“HT”及数字组成。其中数字表示最低的抗拉强度。例如HT100,是最低抗拉强度为100N/mm2的灰口铸铁,铸铁,可锻铸铁俗称马铁它具有较高的强度和韧性可用于制作承受冲击和振动的零件,不能进行锻造,铸铁,球墨铸铁俗称球铁球墨铸铁兼有铸铁和钢的理化性能、机械性能和工艺性能,也像钢一样可进行热处理。通过合金化和各种热处理后,可用来代替铸钢和锻钢制造一些受力复杂、

29、性能要求较高的零件,如代替45号钢和35CrMo钢制造大马力柴油机的曲轴、凸轮轴、齿轮和连杆等球墨铸铁的牌号由QT及两组数字组成。其中第1组数字表示最低抗拉强度,第2组数字表示最低延伸率。例如QT400-18,表示最低抗拉强度为400N/mm2、最低延伸率为18%的球墨铸铁,铸铁,合金铸铁:具体包括：在灰口铸铁或球墨铸铁中加入一定量的合金元素,获得特殊性能的铸铁称为合金铸铁。,钢的热处理,钢件的热处理是利用加热、保温和冷却的操作方法,来改变钢的组织结构,使钢件获得所需性能的加工工艺。钢的热处理根据加热和冷却的方法不同,大体有以下几类,钢的热处理,退火退火是将钢件加热到一定温度,保温一段时间,然

30、后随炉慢慢冷却到室温的热处理工艺。目的是降低材料硬度,改善切削加工性能,提高塑性和韧性,消除钢中的组织缺陷,消除内应力。(2)正火正火是将钢件加热到临界温度以上5070,充分保温,然后在空气中冷却的热处理工艺。目的与退火基本相同,但正火后钢件的强度、硬度比退火后高。,钢的热处理,淬火淬火是将钢件加热到临界温度以上3050,保温后在冷却介质中快速冷却的热处理工艺常用的冷却介质有水、矿物油、盐、碱的水溶液等 淬火的主要目的是提高钢件的硬度和强度回火回火是将淬火后的钢件再加热到临界温度以下的某一温度,保温一段时间,然后在空气或油中冷却的热处理工艺 目的是减少或消除内应力,提高韧性和塑性,调整硬度,降

31、低脆性,保证钢件的形状、尺寸不变,钢的热处理,表面淬火 表面淬火是将钢件的表面淬透到一定的深度,而中心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火方法 目的是使钢件表面获得较高的强度、耐磨性和疲劳强度,而心部仍具有足够的塑性和韧性。化学热处理 化学热处理是将钢件置于某一介质中加热、保温和冷却,使介质中的某些元素渗入钢件表层,从而改善表层性能 目的是提高钢件表层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性 主要有渗碳、氮化、碳氮共渗等。,有色金属材料,除黑色金属材料之外的其他金属统称为有色金属在汽车制造生产中常用的主要是铝、铜及其合金,铝及铝合金,纯铝纯铝的熔点为660,密度为的1/3，是一种轻金属材料,其电导性、

32、热导性仅次于银、铜,抗氧化、抗大气腐蚀性能好,常温下在大气中表面能生成一层致密的氧化铝膜,阻止铝表面进一步氧化。纯铝的强度硬度很低,但塑性很高,一般不能作为结构件使用。,铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如铵铝炸药（由硝酸铵、木炭粉、铝粉、烟黑及其它可燃性有机物混合而成）、燃烧混合物（如用铝热剂做的炸弹和炮弹可用来攻击难以着火的目标或坦克、大炮等）和照明混合物（如含硝酸钡68%、铝粉28%、虫胶4%）铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等。铝还用做炼钢过程中的脱氧剂。铝粉和石墨，二氧化钛（或其它高熔点金属的氧化物）按一定比率均匀混合后，涂在金属上，经高温煅烧而制成耐高

33、温的金属陶瓷，它在火箭及导弹技术上有重要应用,铝及铝合金,铝合金 铝合金是在铝中加入适量的锡、铜、镁、锰等元素后获得的合金,经处理后,铝合金的机械性能大为提高。铝合金的比强度高、具有良好的耐蚀性、切削加工性和铸造性、可以实现柔性的强度设计、表面美观 在汽车上得到广泛的应用。如用铸铝合金制造汽缸体、汽缸盖、轮辋、保险杠,用铝合金材料制造散热器、冷凝器等部件。铝及铝合金在汽车上大量使用,一方面改善了这些零部件的使用性能,另一方面达到了汽车的轻量化的目的,是今后汽车材料中重要的发展方向。按铝合金的成分和加工特点,可分为形变铝合金和铸造铝合金,铝合金,形变铝合金分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金等防

34、锈铝合金主要指Al-Mn系、Al-Mg系合金特点是具有很高的抗蚀性,故常称为防锈铝合金。此外,还具有良好的塑性和一定的焊接性能,但强度较低,不能进行热处理,只有经过冷加工变形才能使其强化防锈铝合金的牌号用“LF”加顺序号表示。“LF”是“铝防”两字汉语拼音的第1个字 母。例LF5,LF11表示顺序号为5或11的防锈铝合金。同理。LY12是顺序号为12的硬铝合金;LC6是顺序为6的超硬铝合金；LD10是顺序号为10的锻造铝合金,铝合金,硬铝合金主要指Al-Cu-Mn系、Al-Cu-Mg系合金通过淬火时效处理而获得相当高的强度,在淬火时效状态下有较好的切削加工性,但耐蚀性较差。超硬铝合金属于Al-

35、Cu-Mg-Zn系合金,另外还加入少量的铬、锰强度在铝合金中最高,故称超硬铝超硬铝主要用作要求重量轻而受力较大的结构件。,铝合金,铸造铝合金 用来制造铸件的铝合金,俗称铸铝铸铝分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金,即Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系等。铝硅合金铝硅合金广泛用于制造内燃机的活塞、气缸体、气缸盖、风扇叶片,电机、仪表外壳及形状复杂的结构件。铝铜合金铝铜合金具有较高的耐热强度,可制作高温(300)条件下工作的零件。但抗蚀性较差。,铝合金,铸造铝合金铝镁合金铝镁合金的特点是密度小(小于2.55g/cd)、耐蚀性好、强度高,但铸造性能差,易产生热裂和缩松多用于

36、承受冲击、振动载荷和腐蚀条件下工作的零件 铝锌合金强度较高,但耐蚀性较差。若加入适量的锰、镁,可适当提高耐蚀性。另外工艺性能很好可用于在铸态下直接使用的零件,如汽车的化油器、仪表、各种薄壳等,铸造铝合金的牌号,用“ZL”加三位数字表示“ZL”为“铸铝”两字汉语拼音的第1个字母第1位数字表示合金的类别号。其中1表示铝硅,2表示铝铜,3表示铝镁,4表示铝锌 第2第3位数字均表示合金的顺序号优质铸造铝合金在顺序号后附加字母“A”表示,铜及铜合金,工业和汽车上使用品种主要有工业纯铜、黄铜、青铜等 工业纯铜又称紫铜、电解铜它具有良好的导电性、导热性、塑性和耐腐蚀性,可进行冷、热压力加工,但强度和硬度低。

37、纯铜的牌号用“T”加顺序号表示，顺序号有1、2、3、4四个号,顺序号越大,杂质含量越多,纯度越低。纯铜主要用于制造电线、电刷、铜管等,铜及铜合金,黄铜黄铜是铜与锌的合金,即为铜锌合金。黄铜又分为普通黄铜和特殊黄铜。普通黄铜只含铜、锌元素的合金机械性能比纯铜好。其牌号用“H”加两位数字表示,“H”是“黄”汉语拼音的第1个字母；两位数字表示含铜量例如H68是平均含铜量为 68%、含锌量为32%的普通黄铜。若H前面加“Z”,表示为铸造黄铜特殊黄铜在普通黄铜中分别添加锡、镍、铅、锰、硅、铝等合金元素生成的合金黄铜加入合金元素后能进一步提高强度、耐磨性等机械性能。特殊黄铜的牌号用“H”加主元素符号及数字

38、表示例如HPb59-1是平均含铜量为59%、含铅量为1%的铅黄铜;HSn9O-1是平均含铜量为90%、含锡量为1%的锡黄铜,铜及铜合金,青铜除黄铜和白铜(铜镍合金)以外的铜合金统称为青铜青铜又分为锡青铜(普通青铜)和无锡青铜(特殊青铜),铜及铜合金,锡青铜是以锡为主要添加元素的铜基合金具有良好的机械性能。锡青铜的牌号用“QSn”加几组数字表示例如QSn6.5-1是平均含锡量为6.5%、其他元素平均含量为1%的锡青铜。Sn前面加ZCu字母表示为铸造材料,如ZCuSn5PbZn5是表示平均含锡量为5%、平均含铅量为5%、平均含锌量为5%的铸造锡青铜。无锡青铜是添加硅、铅、铍、锰、铝、镍等元素的铜基

39、合金,并以添加的元素命名,如 硅青铜、铅青铜、铍青铜无锡青铜也有较好的机械性能和理化性能。汽车上的应用连杆衬套、摇臂衬套、冷却系中的节温器、轴瓦、曲轴 止推垫圈等。,非金属材料,塑料 橡胶,塑料,概述是以石油、天然气、煤为基础原料的各种单体,通过聚合、树脂粘合、树脂添加、缩合等复杂的化学反应而生成的高分子材料性能:属轻质材料(是钢的1/8)、比强度高、化学稳定性好、耐腐蚀、绝缘性好、耐磨性好、消声吸震性好、易加工成型。在汽车上的应用主要有:内装件：仪表板及衬垫、杂物箱、转向盘、操纵杆、内饰板、座椅扶手、车门内衬、各种填充材料等。外装件:密封条、保险杠面板、挡泥板、裙边、饰条、软管、减震垫片、把

40、手等。其他：空滤器壳、风扇叶片、各种传感器电器壳体、部分齿轮等。随着高级工程塑料在性能方面的不断提高,在汽车的发动机仓盖、车顶、行李架等部位正在开发和应用。分类热塑性和热固性塑料,塑料,热塑性塑料加热后软化,具有可塑性、可加工性,冷却后变硬;若再加热后又软化,冷却后又变硬。这一过程可反复进行.而对其结构性能却无影响。如聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(又叫尼龙)等。它们成型工艺简单,生产效率高,具有一定的机械性能,但耐热性和刚性较低。热塑性塑料在汽车上应用最多。常用的有:ABS(丙烯睛一丁二烯一苯乙烯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)等。,塑料,热固性塑料加热后起化学反应,固化成型后质地变硬;再加热

41、不能使之再软化。如酚醛树脂、环氧树脂等等。它们耐热性高,受压不易变形,价格比较便宜,但成型工艺复杂,生产效率较低。,塑料,工程塑料是指具有较高强度和其他特殊性能的塑料有机械性能好、耐热性、耐久性优良、寿命长、可靠性高的特点 在很多方面可以代替金属材料，主要品种有EP(环氧树脂)、PA(聚酰胺)、POM(聚甲醛)等。它们具有足够的温度强度特性及尺寸稳定性。随着汽车工 业的发展,将日益广泛地应用在汽车上。,橡胶,橡胶是汽车用的一种重要材料,一辆汽车上的橡胶件约占全车整备质量的6%10%如轮胎、软管、密封件、防振件、传动件、衬垫类等,主要性能特点高弹性在较小的外力作用下,能产生很大的弹性变形(伸长、

42、压缩、弯曲等),去掉外力后,可在非常短的时间内恢复到近似原来的状态。吸振能力橡胶可吸收一部分机械能,并将其转变为热能。橡胶还有一定的耐蚀性、耐磨性、绝缘性,橡胶,橡胶是以生胶为基础,加入适量的配合剂(硫化剂、活性剂、软化剂、填充剂、防老剂等)而组成的高分子材料,根据生胶的来源不同,可分为天然橡胶和合成橡胶两类。,橡胶,天然橡胶天然橡胶是从橡胶树上采集的胶乳,经过一系列处理,制成生胶天然橡胶的综合性能好,有较好的弹性,良好的热可塑性和绝缘性、耐撕裂,低的导热性。主要缺点是易老化、不耐高温,随时间的增加,会出现变色、发粘或变硬、变脆龟裂。合成橡胶合成橡胶又称人造橡胶,用石油、天然气、煤和农副产品为

43、原料,通过有机合成方法制成单体,经聚合制得类似天然橡胶的高分子材料。合成橡胶的种类很多,性能特点也各不相同。合成橡胶的物理、机械性能较好,可制作轮胎和其他一般的橡胶制品。其中丁苯橡胶耐磨、耐老化较好,抗撕裂性也较高,抗滑性特别是抗湿滑性好,但耐热、耐寒性差,弹性差。主要用于轿车轮胎。特种合成橡胶具有特殊性能,用来制作要求耐油、耐热、耐寒、耐化学腐蚀的制品。,汽车新材料,高强度钢板钢板主要用于制作车身。车身钢板的减薄会产生很大的轻量化效果,如减薄10%,则可实现5%的车身轻量化,从而可减少4%5%的燃料消耗。但是钢板减薄会使延展性、刚性和耐凹性下降,在冲压(冷加工)时,会产生开裂、变形、褶皱等现

44、象开发和应用成型性优良的高强度钢板(较低的屈服点、较高的强度和塑性、较好的焊接、涂装、防锈性能),是改进金属材料机械性能的一个主要研究方向例如一种固溶强化钢(添加Si、Mn等)经热处理后,将得到在铁素体基体上适当的分散一些马氏体的复合组织,即双相钢组织,与其他高强度钢比较,屈服强度低、延伸率增大、加工硬化效果好。,汽车新材料,防锈钢板汽车在沿海地区、酸雨严重的地区和其他腐蚀严重的环境中使用,会遭受腐蚀。采用新型防锈钢板(即表面镀锌、镀锡、镀铝等表面处理钢板)会提高车身的防锈能力。防锈钢板分为热浸镀式、电镀式、涂漆式等,分别有不同的性能特点和用途。表面镀层有Fe-Zn、Ni-Zn合金合金化电镀锌

45、板和合金化热浸镀锌板应用最多,主要用于:外观件、车 架、挡泥板、汽油箱、散热器等部位。有的采用双面镀,提高它的防锈能力,有的采用内侧镀层、外侧涂漆的单面镀。,汽车新材料,耐热钢耐热材料在汽车上所占的比重虽然不大,但它都是一些重要部位,对发动机来说至关重要,影响很大。如燃烧室的高温部位、柴油机的预燃室、排气系统、涡轮增压、催化器等。这些部件在性能方面要求比较高:高温强度、较小的热膨胀系数、加工性能、抗高温氧化性、抗高温腐蚀、轻量化等。目前采用的新材料主要有:高硅材料、铬镍铁耐热合金、奥氏体不锈钢等。,汽车新材料,复合钢铁材料钢板与塑料等非金属材料粘合的叠层材料具有耐腐蚀、减振、隔声、轻量化等性能

46、优势适合制作汽车的覆盖件(例发动机仓盖)、油底壳、空气滤清器等。轻金属材料作为替代钢铁材料的轻量化材料主要有铝、镁、钛等轻金属,铝合金的应用最为广泛。是今后汽车材料中重要的发展方向。镁是金属中最轻的,密度是铝的2/3,但生产成本较高。目前常用的压铸镁合金主要用来制造格栅、变速手柄、变速器壳等。钛合金的主要特点是高温强度高、耐腐蚀性好,密度是铁的1/2,缺点也是生产成本太高,目前还不能大量使用,只用于制造高档轿车的少数零部件。,汽车新材料,新型金属材料具有特殊物理性能,或称为具有某种特异功能的新型金属材料它对发展汽车的新结构、提高汽车的技术性能将发挥重要的作用,虽然目前实际应用的并不是很多,但是

47、却展现了良好的前景。,新型金属材料,非晶态合金将溶化的金属(铁合金、镍合金等)急骤冷却生成一种无结晶构造的固态金属即为非晶态合金优良的强韧性,在具有较高的强度的同时,也具有较高的塑性;具有较高的耐蚀性用来制造轮胎帘线、汽车外部弹簧和金属薄膜。它的另一个优点是具有较高的透磁率和较低的铁损,可以用来制造电感元件和电机铁芯。,新型金属材料,形状记忆合金钛镍合金经过处理具有优良的形状记忆效果,但成本较高在汽车上主要应用在:电磁阀、冷却风扇离合器、散热器护栅自动控制装置和灯罩自动开关控制装置等。粉末金属也叫粉末烧结金属,是用金属粉末做原料,通过烧结、挤压成型而制作零部件可以制成机械零件、滑动零件、摩擦零

48、件、超硬度零件等,典型的是制作缸套系统零件其他新型金属材料如分散粒子型强化合金、热发电元件、减振合金等,分别应用于汽车零部件中需要特殊性能的方面,汽车新材料,新型塑料新型塑料的研制开发主要在两个方面一是高性能化,即用高级工程塑料代替金属材料,如用酚醛树脂类材料制造变扭器、制动助为器、各种支架、皮带轮、传动轴等；二是高功能化,如电导性塑料、塑料电池、隔热隔声材料应用于屏蔽电磁波的发动机罩、隔板、汽车 电器元器件、塑料粘接剂等。,汽车新材料,新型玻璃钢化玻璃和区域钢化玻璃抗冲击力强,在热处理后其抗拉强度是板式玻璃的45倍,减少了破裂的可能性;另外在受冲撞时,撞击点的玻璃片脱落,玻璃附加的压应力一被

49、消除,整个玻璃就像雪崩样破碎,被分割成小碎片,碎片越小,对人体的伤害越小。为了防止在汽车行驶中因玻璃突然全面破碎,产生的网状裂纹影响视野,引发二次事故,在驾驶员视线范围内采用了加大碎片的办法,形成区域钢化玻璃。,汽车新材料,新型玻璃复合玻璃在两片或三片平板玻璃之间夹入透明的粘结力强的聚乙烯树脂,经热压加工形成,又因为中间夹层的材料不同、厚度不同而分为普通复合玻璃和HPR夹层玻璃。目前的欧美汽车普遍安装使用的是HPR夹层玻璃(中间塑料膜的厚度约0.76mm),具有较高的抗穿透力、抗破碎的能力,可以承受的冲撞速度达到30km/h。另外,在新型的汽车玻璃中还有塑料玻璃、调光夹层玻璃、热线反射玻璃、除霜玻璃、天线夹层玻璃等。,汽车新材料,特种陶瓷特种陶瓷是采用纯度较高的人工合成原料(如氧化铝、碳化硅、氮化硅等),并沿用普通陶瓷的成型、高温烧结工艺而制成的具有各种独特的力学、物理或化学性能:极高的硬度(1500H以上)、优于金属的高温强度、低于金属的热膨胀系数和导热系数、极强的抗氧化、抗腐蚀能力和极好的绝缘性能。最大的缺点是几乎没有塑性,其破坏形式完全是脆性断裂。近年来,特种陶瓷在汽车上的应用越来越广泛,