材料疲勞是安全大敵 塑料汽車離你并不遠
2010-11-12 來源:中國聚合物網
關鍵詞:塑料制品 碳纖維 聚乙烯 聚氯乙烯
鎂合金在汽車上的應用
鎂(Mg)是一種輕質的銀白色金屬,在空氣中加熱能夠燃燒并能發出強烈的火焰,節日放的煙花就含有鎂粉,在夜幕中會爆發出閃閃發亮的禮花。但在鎂材中添加一些其它的金屬元素,例如鋁、鋅或者鋁、錳等,它就會改變了自己的特征,變成了一種具有較高強度和剛度,具有良好鑄造性能和減振性能的輕質合金材料,這些鎂合金材料在現代汽車中巳得到廣泛的應用。
從歷史上看,早在20世紀30年代就有大眾汽車使用鎂合金,由于鎂的價格上升才停止了使用。80年代初,由于采用新工藝,嚴格限制了鐵、銅、鎳等雜質元素的含量,使鎂合金的耐蝕性得到了解決,同時成本下降又大大促進了鎂合金在汽車上的應用。從90年代開始,歐美、日本、韓國的汽車商都逐漸開始把鎂合金用于許多汽車零件上。
目前鎂合金一般用于車上的座椅骨架、儀表盤、轉向盤和轉向柱、輪圈、發動機氣缸蓋、變速器殼、離合器殼等等零件,其中轉向盤和轉向柱、輪圈是應用鎂合金較多的零件。隨著技術的發展將有更多的零件用鎂合金制造。
鎂合金零件帶給汽車的好處是顯而易見的。一是它的質量輕,其密度只有1.7,是鋁的2/3,鋼的1/4,換用鎂合金就能減輕整車重量,也就間接減少了燃油消耗量。二是它的比強度高于鋁合金和鋼,比剛度接近鋁合金和鋼,能夠承受一定的負荷。三是它具有良好的鑄造性和尺寸穩定性,客易加工,廢品率低,從而降低生產成本。四是它具有良好的阻尼系數,減振量大于鋁合金和鑄鐵,用于殼體可以降低噪聲,用于座椅、輪圈可以減少振動,提高汽車的安全性和舒適性。鎂合金雖然有這些優點,但從成本上看它仍然偏高于鋁合金。盡管如此,鎂合金的應用前景仍然看好:福特汽車公司已開始用鎂合金來制造懸架零件、制動盤和制動鉗等;而日本1990年每輛汽車用鎂量僅5公斤,預計2000年底將增至210公斤,占汽車重量的25%,僅次于鋁材而超過鋼鐵的重量。
車用材料的新發展
汽車材料的發展是汽車技術發展的重要方面。材料是汽車質量保障的基礎,在研制更經濟、更安全和更輕便的汽車中,是關鍵的一環。這幾年,鋁合金、高強度鋼、合成塑料和陶瓷在某些應用領域中,已經成為相互競爭的對手。
鋁合金是汽車上應用得最快最廣的輕金屬,其中的關鍵在于鋁合金本身的性能。目前車用鋁合金已經達到重量輕,強度高、耐腐蝕的要求,因此鋁合金車圈已經廣泛使用,鋁合金發動機也屢屢出現。德國奧迪汽車公司在1999年推出的奧迪A2,以全新的輕量化結構,成為世界第一款大批量生產的全鋁轎車。奧迪A2的車身采用全鋁空間框架車身ASF。所謂ASF概念即儀表板部分由高強度鋁結構支撐,空間構架由真空壓鑄接頭的擠壓成型段組成,這兩者結合成很輕的鋁合金車身。從前頂柱到行李艙邊,包括車門手把坑都是用鋁沖壓成形,前柱(A柱)是采用高壓鑄鋁新技術,這是一種用于飛行器結構的高難技術,它能夠復合加強并改變材料厚度。由于奧迪A2采用ASF空間結構,使車身重量比傳統鋼制車身輕40%以上,只有895公斤。
塑料由于重量輕,耐腐蝕、加工容易一直被汽車工程界所重視。塑料主要應用在襯套、裝飾件及車身某些部件上。可是人們的追求的目標是應用在整個車身外殼上。目前,已經有人搞出了一種接近真正意義上的塑料汽車,它就是戴姆勒-克萊斯勒公司生產的CCV(CompositeConceptVehicle)概念車,一種幾乎全塑的車身外殼。這款由克萊斯勒公司主持設計的概念車,車身外殼采用PET(聚對苯二甲酸乙二酯)材料模壓注塑成形,由4片模壓注塑成形的全塑片材(兩片內板件,兩片外板件)在車身中心線處對接,形成整體式的車身結構。車身材料含有玻璃增強纖維,加強車身的剛度和硬度,還含有穩定劑、沖擊延展劑、顏色等添加劑。CCV全塑車身是目前世界上最大的注塑件,要求模具精度高,成型表面平整,而且要控制住塑性材料的流動性,板塊粘合要求絕對可靠,CCV解決了這些技術難題,它通過新結構新技術新工藝,開創了全塑車身的發展之路。
鋼鐵是汽車工業的傳統材料。但多年來也不斷開發和更新品種,新的鋼材品種具有高強度的特點,由于強度增強可以相對減少用料,相應減輕了汽車重量。將來最有前途的是雙相鋼和烘烤硬化鋼,因為它們擁有最好的強度和延伸性。一種由美日等多間鋼鐵企業計劃生產的輕型鋼所構成的車身結構,將使車身重量降低20%,并且符合各種性能指標,包括優良的抗碰撞性能。
工程陶瓷主要用在發動機上面。工程陶瓷不是不堪一擊的普通陶瓷,它具有良好的綜合性能,高溫強度高,耐磨性強,隔熱性好,密度比低、彈性模量高。因此用它代替金屬材料能大幅度提高熱機效率,降低能源消耗,從而達到汽車輕量化效果。目前,工程陶瓷已用于制造發動機和熱交換器零件。在發動機上應用主要有陶瓷活塞,陶瓷氣缸套、陶瓷配氣機構零件、陶瓷燃燒室、增壓器陶瓷葉輪等。目前工程陶瓷材料存在的問題是價格貴和成品率較低,解決這一問題尚需時日。
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(苒兒)