第三章汽車材料

1、2014-02-28第三章第三章 汽車覆蓋件材料汽車覆蓋件材料l 第一節(jié) 汽車覆蓋件板材的基本要求l 第二節(jié) 汽車覆蓋件常用板材l 第三節(jié) 汽車覆蓋件板材成形性能及試驗方法2014-02-28第一節(jié)第一節(jié) 汽車覆蓋件板材的基本要求汽車覆蓋件板材的基本要求為滿足不同部位覆蓋年的作用和簡化工藝過程，對覆蓋件有下列要求：1. 強度高 2.成形性好3.質(zhì)量輕 4.耐腐蝕5.良好的焊接性 6.抗凹陷性7.表面光潔，易涂裝 8.不污染環(huán)境9.可以再生 10.質(zhì)量均勻11.供應(yīng)渠道寬 12.價格合理2014-02-28第二節(jié)第二節(jié) 汽車覆蓋件常用板材汽車覆蓋件常用板材 自1912年以來，鋼板一直是制造汽車覆

2、蓋件和結(jié)構(gòu)件使用的主要材料。據(jù)統(tǒng)計，在汽車的兩萬多個零件中，有86%是金屬材料，而在金屬材料中有80%是鋼鐵材料，說明在汽車制造業(yè)中，鋼板占有重要的地位。 汽車用沖壓鋼分為： 1）沸騰鋼 應(yīng)用于20世紀5060年代 2）鋁鎮(zhèn)靜鋼 應(yīng)用于20世紀6080年代 3）無間隙原子鋼 應(yīng)用于20世紀80年代以后2014-02-28表3-1 三代沖壓鋼性能比較2014-02-28一、汽車廠訂貨一、汽車廠訂貨l 我國國家標準中冷軋鋼板的表面精度分為兩個或三個等級，I級，II級或III級，但是 有的標準I是普通表面精度，有的卻代表最高表面精度。l 在選擇鋼板鋼帶的表面質(zhì)量時，一定要按照所選鋼板或鋼帶的具體牌號

3、和使用標準而定。l 應(yīng)按國家標準GB/T 708-2006冷軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差進行選擇鋼帶。2014-02-28二、鋼板的分類二、鋼板的分類按標準不同，可以將鋼板按如下方式分類：l 按厚度分：薄板，中板，厚板，特厚板l 按軋制方法分：熱軋鋼板，冷軋鋼板l 按表面特征分：鍍鋅板，鍍錫板，復(fù)合鋼板，彩色涂層鋼板l 按強度級別分：普通強度鋼板，高強度鋼板，超高強度鋼板l 按強化機理分：固溶強化，析出強化，組織強化等l 冷軋板按沖壓級別分：商用級，普通沖壓級，深沖壓級，超深沖壓級，特超深沖壓級。2014-02-281.普通低碳鋼板普通低碳鋼板l 汽車車身生產(chǎn)用鋼板幾乎全是普通低碳

4、鋼板，用于汽車覆蓋件的鋼板厚度為0.3mm3.0mm，其中0.62.0是優(yōu)選厚度。l 鋼件表面質(zhì)量分為：超高級的精整表面FD（O5表面），高級的精整表面（O4表面），較高級的精整表面（O3表面）。2014-02-282.鍍層鋼板鍍層鋼板l 沒有鍍層的鋼板稱為基板，裸板或原板，為了防止基板氧化而銹蝕，提高鋼板的耐腐蝕性，汽車車身覆蓋件開始使用鍍鋅鋼板生產(chǎn)。表3-2 國外幾個主要廠家轎車用鍍鋅板的生產(chǎn)工藝2014-02-283.無間隙原子鋼（無間隙原子鋼（IF）l IF鋼的生產(chǎn)工藝是：通過低溫大氣壓下的熱軋過程，軋后立即加速冷卻。l IF鋼按微合金元素的不同通常分為：鈦-IF鋼，鈮-IF鋼，鈮+鈦

5、-IF鋼.l 鈦-IF鋼：對成分和工藝波動敏感性小，在力學(xué)性能上顯示出相對較大的各向異性，存在涂層黏結(jié)力低和無規(guī)律的問題，所以汽車鋼板多采用鈮-IF鋼。2014-02-284.高強度和超高強度鋼板高強度和超高強度鋼板l 普通高強度鋼板是在低碳鋼內(nèi)加入適當(dāng)?shù)奈⒘吭?，其屈服強度?75400MPa。l 抗拉強度在700MPa以上的鋼板稱為超高強鋼（AHSS）。低合金高強度鋼板的品種有如下：l 1）高強度鋼板強化機制l 2）烘烤硬化鋼l 3）含磷高強度冷軋鋼板l 4）雙相鋼l 5）低合金高強度鋼板l 6）相變誘導(dǎo)塑性鋼2014-02-285.激光拼焊板激光拼焊板l 拼焊板技術(shù)的優(yōu)點：l 1）減少車

6、身零件的數(shù)量l 2）可以利用邊角料提高材料的利用率l 3）提高了車身設(shè)計的靈活性，縮短了設(shè)計和開發(fā)周期l 4）減輕了車身的質(zhì)量l 5)提高了車輛結(jié)構(gòu)的整體性能和安全性能l 6）增強了耐撞性能2014-02-286.輕金屬材料輕金屬材料1）鋁及鋁合金材料 鋁的導(dǎo)熱率、比熱容比鋼大，在常溫中具有良好的耐蝕性，強度和剛度均高，使得鋁在車身零件中得到廣泛的應(yīng)用。實例見P46的表3-19和表3-21。2）鎂合金材料 鎂合金材料具有較高的比強度和比高度，可承受較大的沖擊載荷，具有良好的可加工性和拋旋光性能，熔點低，壓鑄成型性能好。主要用于離合器踏板，離合器殼體，儀表板骨架，車輪輪輞等。3）鈦合金材料 鈦合

7、金具有比密度低，強度高，低溫韌性好等優(yōu)點，主要用于車閥，排氣閥，連桿，車懸架彈簧，氣門彈簧等關(guān)鍵部件。2014-02-287.非金屬材料非金屬材料1）塑料汽車在車身外部件的應(yīng)用分為：l （1）垂直部件，如翼子板，門等。l （2）水平部件，如發(fā)動機罩和車頂?shù)?。l （3）裝飾部件，如保險杠系統(tǒng)飾件、門檻等。 塑料在新型轎車車身上的應(yīng)用如圖3-1所示。2）高強度纖維復(fù)合材料 高強度纖維復(fù)合材料主要有碳纖維復(fù)合材料和玻璃鋼兩種。 碳纖維復(fù)合材料具有質(zhì)量輕，強度高，剛度高，良好的耐蠕變等特點，玻璃鋼具有耐蝕，絕緣性好，比強度較高，車身模具成本低，工藝簡單，生產(chǎn)周期短等特點。2014-02-28圖圖3-1

8、 塑料在新型轎車車身上的應(yīng)用塑料在新型轎車車身上的應(yīng)用2014-02-288. 其他車身新型材料其他車身新型材料1）泡沫金屬 指泡沫鋁合金，出現(xiàn)于20世紀90年代末，主要用于發(fā)動機艙蓋，行李箱蓋，翼子板等。泡沫金屬密度低，熱導(dǎo)率低，變形恢復(fù)性能佳，在汽車行業(yè)受到重視。2）蜂窩夾芯復(fù)合板 由兩層薄面板中間夾一層厚而輕的蜂窩材料組成的，具有輕質(zhì)，比強度高，抗振，隔熱，阻燃等特點，在車身的外板，車門，保險杠等。2014-02-28第三節(jié)第三節(jié) 汽車覆蓋件板材成形性能及實驗方法汽車覆蓋件板材成形性能及實驗方法板材沖壓成型性能試驗間接試驗直接試驗拉伸試驗金相試驗硬度試驗?zāi)M試驗Erichsen試驗Swi

9、ft拉深試驗液壓脹形試驗擴孔試驗實物試驗和模型試驗福井錐杯試驗成形極限圖試驗2014-02-28一、汽車板成形性能的間接試驗一、汽車板成形性能的間接試驗l 1.1.板料的單向拉伸試驗板料的單向拉伸試驗l （1）拉伸試樣圖a 板材拉伸試樣圖b 單向拉伸曲線圖3-2 拉伸試驗2014-02-28（2）力學(xué)性能指標:l 屈服強度s 指板材由彈性變形進入塑性變形時的應(yīng)力。 其中Fs為拉伸曲線上屈服平臺的力； Ao為試樣原始面積。l 抗拉強度b 指拉伸試驗時的拉伸力最大時的應(yīng)力，為最大拉伸力Fmax與試樣該時刻的瞬時截面積之比。osAFs2014-02-28l 屈強比s/b 屈強比越小，說明s和b之間的

10、距離越寬，材料塑性變形的能力越強；對壓縮類成形，材料不易起皺；對彎曲成形，回彈變形??；對伸長類成形，零件形裝尺寸凍結(jié)性好，工藝穩(wěn)定性高，對沖壓成形很有利。2014-02-28l 均勻伸長率u和均勻應(yīng)變j 指板材試樣產(chǎn)生局部塑性變形時的伸長率和真實應(yīng)變。 %100001lll0jlnll2014-02-28l 硬化指數(shù)n 表示塑性變形時材料硬化的程度。根據(jù)不同的軋制方向計算出n的值。隨著塑性變形程度的增加，材料的塑性指標降低，強度指標上升，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。硬化指數(shù)n值就是評價材料加工硬化性能的參數(shù)，n值增大，能夠提高材料的局部應(yīng)變能力，使變形均勻化，增大材料極限變形。式中 、真實應(yīng)力和真實

11、應(yīng)變； K強化系數(shù)； nK42n90450nnn2014-02-28l 厚向異性系數(shù)r 也稱塑性應(yīng)變比，是板材拉伸試驗中寬度應(yīng)變b與厚度應(yīng)變t之比。 r值越大，厚度方向上不容易變形，對于拉深成形就不易出現(xiàn)起皺。00/ln/lnrttbbtb42r90450rrr2014-02-28l 面內(nèi)方向異性系數(shù)r 指板材平面內(nèi)不同方向上板厚方向異性系數(shù)r的平均差別。l 當(dāng)r=0時，不產(chǎn)生凸耳；l 當(dāng)r0時，在0，90方向產(chǎn)生凸耳；l 當(dāng)r0時，在45方向產(chǎn)生凸耳。2r2-r45900rr 2014-02-28l x1和x0.5 x1為雙向等拉與單向拉伸的抗拉強度之比l b=1雙向等拉應(yīng)力狀態(tài)下板材的抗拉

12、強度；l b=0單向拉應(yīng)力狀態(tài)下板材的抗拉強度。l x0.5值為平面應(yīng)變狀態(tài)下與單向拉應(yīng)力狀態(tài)下的抗拉強度之比。011xbb05 . 05 . 0 xbb2014-02-282.板材的金相試驗板材的金相試驗 通過金相試驗，可以研究汽車板材的結(jié)晶組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、板材表面質(zhì)量、熱處理工藝與成形性能之間的關(guān)系。3.板料的硬度試驗板料的硬度試驗 金屬板料的硬度，是衡量金屬材料軟硬程度的一種指標。 汽車用板材通常用布氏硬度來反映硬度指標。2014-02-28二、汽車板成形性能的模擬試驗二、汽車板成形性能的模擬試驗l 1.Erichsen(杯突試驗)1-凸模 2-凹模 3-壓邊圈 4- 試樣圖3-3

13、杯突試驗裝置2014-02-28表表3-3 3-3 杯突試驗方法標準杯突試驗方法標準2014-02-282.液壓脹形試驗液壓脹形試驗l 液壓脹形試驗是將試件放在標準模具中，將周邊嚴格壓緊，不準周邊材料參與變形，利用油壓將試件鼓脹起來。在試件成形球面的過程中，在其頂點上的材料是處在雙向等拉狀態(tài)，從這個頂點的一個單元體上看，兩個相互垂直的主應(yīng)力是相等的。試驗參數(shù)用K表示。l hmax開始產(chǎn)生裂紋時的高度；l a?？诎霃?。2maxhaK2014-02-283.KWI擴孔試驗擴孔試驗1-凸模 2-凹模 3- 試樣 4-壓邊圈圖3-4 KWI擴孔試驗簡圖用擴孔系數(shù)作為擴孔性能指標，越大，材料擴孔性能越好

14、。%10000dddf2014-02-284.Swift杯形件拉深成形試驗杯形件拉深成形試驗l Swift拉深試驗（也叫沖杯試驗、LDR試驗），是采用50mm的平底凸模將試樣拉深成形，試驗過程中，采用逐級增大試件直徑Do的辦法，測定杯體底部不被拉破而又能將凸緣全部拉入凹模的最大直徑Domax，并用下式計算極限拉深比（LDR）作為拉深成形性能指標。pdDLDRmaxDmax不發(fā)生破裂所能拉深成形件的最大毛坯直徑；dp凸模直徑。LDR值越大，板材的拉深性能越好。圖3-5 Swift試驗簡易裝置2014-02-285.福井錐杯試驗福井錐杯試驗圖3-6 錐杯成形試驗裝置評定金屬薄板的拉延與脹形的綜合成

15、形性能的常用試驗方法。試驗時，用鋼球凸模將金屬薄板壓入錐形凹模內(nèi)，使之成形為一球底錐杯形件，直至錐杯件底部出現(xiàn)破裂為止。該試驗最早由日本學(xué)者福井(Fukui)提出，也稱福井試驗。minmax21DDCCVCCV越大，拉深脹形成形性能越好。2014-02-285.凸耳試驗凸耳試驗l 試驗時，將直徑為60的圓形試樣于凹模和壓邊圈之間，通過凸模對試樣進行拉伸，成形一個空心圓柱形杯，用凸耳率e來作為評定金屬薄板平面各項異性的程度。l 凸耳試驗是評價板料平面各向異性的模擬試驗。在凸耳試驗中，凸耳率e越小，板料的平面各向異性越小。%1001hhe圖3-7 凸耳試驗2014-02-286.成形極限圖成形極限圖（Forming Limit Diagram） 由金屬薄板在各種應(yīng)變狀態(tài)時所能達到的極限應(yīng)變值所構(gòu)成的圖形，簡稱FLD。它用來表示金屬薄板在出現(xiàn)局部變薄(失穩(wěn)或頸縮)和斷裂之前可能達到的變形水平。（1）成形極限曲線的建立l 1）在試驗用坯料上制備好坐標網(wǎng)格；l 2）以一定的加載方式使坯料產(chǎn)生脹形變形，測出試件破裂或失穩(wěn)時的應(yīng)變1、2（長、短軸方向）；l 3）改變坯料尺寸或加載條件，重復(fù)2）項試驗，測得另一狀態(tài)下的1、2；l 4）取得一定量的數(shù)值后，在平面坐標圖上描繪出各試驗點，然