輕量化的意義-中文翻譯

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附錄 B 輕量化的意義汽 車 輕 量 化 主 要 指 導(dǎo) 思 想 ： 在 確 保 穩(wěn) 定 提 升 性 能 的 基 礎(chǔ) 上 ， 節(jié) 能 化 設(shè) 計各 總 成 零 部 件 ， 持 續(xù) 優(yōu) 化 車 型 譜 。 汽 車 的 輕 量 化 ， 就 是 在 保 證 汽 車 的 強(qiáng) 度 和 安 全 性 能 的 前 提 下 ， 盡 可 能 地降 低 汽 車 的 整 備 質(zhì) 量 ， 從 而 提 高 汽 車 的 動 力 性 ， 減 少 燃 料 消 耗 ， 降 低 排 氣污 染 。 實 驗 證 明 ， 若 汽 車 整 車 重 量 降 低 10%， 燃 油 效 率 可 提 高 6%—8%； 汽車 整 備 質(zhì) 量 每 減 少 100 公 斤 ， 百 公 里 油 耗 可 降 低 0.3—0.6 升 ； 汽 車 重 量 降低 1%， 油 耗 可 降 低 0.7%。 當(dāng) 前 ， 由 于 環(huán) 保 和 節(jié) 能 的 需 要 ， 汽 車 的 輕 量 化 已經(jīng) 成 為 世 界 汽 車 發(fā) 展 的 潮 流 。 汽 車 輕 量 化 的 主 要 途 徑 是 ： ① 汽 車 主 流 規(guī) 格 車 型 持 續(xù) 優(yōu) 化 ， 規(guī) 格 主 參 數(shù) 尺 寸 保 留 的 前 提 下 ， 提 升 整車 結(jié) 構(gòu) 強(qiáng) 度 ， 降 低 耗 材 用 量 ； ② 采 用 輕 質(zhì) 材 料 。 如 鋁 、 鎂 、 陶 瓷 、 塑 料 、 玻 璃 纖 維 或 碳 纖 維 復(fù) 合 材料 等 ； ③ 采 用 計 算 機(jī) 進(jìn) 行 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 。 如 采 用 有 限 元 分 析 、 局 部 加 強(qiáng) 設(shè) 計 等 ； ④ 采 用 承 載 式 車 身 ， 減 薄 車 身 板 料 厚 度 等 。 其 中 ， 當(dāng) 前 的 主 要 汽 車 輕 量 化 措 施 主 要 是 采 用 輕 質(zhì) 材 料 。 可 用 于 汽 車 輕 量 化 設(shè) 計 的 金 屬 材 料車 用 材 料 主 要 通 過 汽 車 的 輕 量 化 來 對 燃 料 經(jīng) 濟(jì) 性 改 善 作 出 貢 獻(xiàn) 。 理 論 分析 和 試 驗 結(jié) 果 都 表 明 ， 輕 量 化 是 改 善 汽 車 燃 料 經(jīng) 濟(jì) 性 的 有 效 途 徑 。 為 了 適 應(yīng)汽 車 輕 量 化 的 要 求 ， 一 些 新 材 料 應(yīng) 運 而 生 并 擴(kuò) 大 了 應(yīng) 用 范 圍 。 有 色 合 金 以 乘 用 車 來 說 ， 1973 年 每 輛 車 所 使 用 的 有 色 合 金 占 全 部 用 材 的 重 量 比 為5.0%1980 年 增 至 5.6%， 而 1997 年 則 達(dá) 到 了 9.6%。 有 色 合 金 在 汽 車 上 應(yīng) 用量 的 快 速 增 長 是 汽 車 材 料 發(fā) 展 的 大 趨 勢 。 鋁 合 金 鋁 的 密 度 約 為 鋼 的 1/3， 是 應(yīng) 用 最 廣 泛 的 輕 量 化 材 料 。 以 美 國 生 產(chǎn) 的 汽車 產(chǎn) 品 為 例 ， 1976 年 每 車 用 鋁 合 金 僅 39kg， 1982 年 達(dá) 到 62kg， 而 1998 年則 達(dá) 到 了 100kg。 　 　 （ 1） 鑄 造 鋁 合 金 許 多 種 元 素 都 可 以 作 為 鑄 造 鋁 合 金 的 合 金 元 素 ， 但 只 有Si、 Cu、 Mg、 Mn、 Zn、 Li 在 大 量 生 產(chǎn) 中 具 有 重 要 意 義 。 當(dāng) 然 ， 在 汽 車 上 廣 泛應(yīng) 用 的 并 不 是 上 述 簡 單 的 二 元 合 金 而 是 多 種 元 素 同 時 添 加 以 獲 得 好 的 綜 合 性能 。 汽 車 工 業(yè) 是 鋁 鑄 件 的 主 要 市 場 ， 例 如 日 本 ， 鋁 鑄 件 的 76%、 鋁 壓 鑄 件 的77%為 汽 車 鑄 件 。 鋁 合 金 鑄 件 主 要 應(yīng) 用 于 發(fā) 動 機(jī) 氣 缸 體 、 氣 缸 蓋 、 活 塞 、 進(jìn) 氣歧 管 、 搖 臂 、 發(fā) 動 機(jī) 懸 置 支 架 、 空 壓 機(jī) 連 桿 、 傳 動 器 殼 體 、 離 合 器 殼 體 、 車輪 、 制 動 器 零 件 、 把 手 及 罩 蓋 殼 體 類 零 件 等 。 鋁 鑄 件 中 不 可 避 免 地 存 在 缺 陷 ， 壓 鑄 件 還 不 能 熱 處 理 ， 因 此 在 用 鋁 合 金來 生 產(chǎn) 要 求 較 高 強(qiáng) 度 鑄 件 時 受 到 限 制 。 為 此 在 鑄 件 生 產(chǎn) 工 藝 上 作 了 改 進(jìn) ， 鑄造 鍛 造 法 和 半 固 態(tài) 成 型 法 將 是 未 來 較 多 用 的 工 藝 。 （ 2） 變 形 鋁 合 金 變 形 鋁 合 金 指 鋁 合 金 板 帶 材 、 擠 壓 型 材 和 鍛 造 材 ， 在 汽 車 上 主 要 用 于 車身 面 板 車 身 骨 架 、 發(fā) 動 機(jī) 散 熱 器 、 空 調(diào) 冷 凝 器 、 蒸 發(fā) 器 、 車 輪 、 裝 飾 件 和 懸架 系 統(tǒng) 零 件 等 。 由 于 輕 量 化 效 果 明 顯 ， 鋁 合 金 在 車 身 上 的 應(yīng) 用 正 在 擴(kuò) 大 。 如 1990 年 9月 開 始 銷 售 的 日 本 本 田 NSX 車 采 用 了 全 鋁 承 載 式 車 身 ， 比 用 冷 軋 鋼 板 制 造 的同 樣 車 身 輕 200kg 引 起 全 世 界 的 矚 目 。 NSX 全 車 用 鋁 材 達(dá) 到 31.3%， 如 在 全鋁 車 身 上 ， 外 板 使 用 6000 系 列 合 金 ， 內(nèi) 板 使 用 5052－ 0 合 金 ， 骨 架 大 部 使用 5182－ 0 合 金 ； 由 于 側(cè) 門 框 對 強(qiáng) 度 和 剛 度 要 求 很 高 ， 使 用 以 6N01 合 金 為基 礎(chǔ) 、 適 當(dāng) 調(diào) 整 了 Mg 和 Si 含 量 的 合 金 。 在 歐 美 也 有 用 2036 和 2008 合 金作 車 身 內(nèi) 外 板 的 。 鋁 散 熱 器 發(fā) 源 于 歐 洲 而 后 遍 及 全 世 界 。 在 歐 洲 ， 到 20 世 紀(jì) 80 年 代 后期 鋁 散 熱 器 已 占 領(lǐng) 市 場 的 90%。 隨 ?車 用 空 調(diào) 、 油 冷 卻 器 等 的 大 量 使 用 ， 鋁熱 交 換 器 的 市 場 迅 速 擴(kuò) 大 。 從 材 料 的 角 度 看 ， 鋁 在 熱 交 換 器 上 的 廣 泛 應(yīng) 用 在很 大 程 度 上 歸 功 于 包 覆 料 覆 層 鋁 板 和 鋁 帶 的 成 功 開 發(fā) 。 （ 3） 鋁 基 復(fù) 合 材 料 鋁 基 復(fù) 合 材 料 密 度 低 、 比 強(qiáng) 度 和 比 模 量 高 、 抗 熱 疲 勞 性 能 好 ， 但 在 汽 車上 的 應(yīng) 用 受 到 價 格 及 生 產(chǎn) 質(zhì) 量 控 制 等 方 面 的 制 約 ， 還 沒 有 形 成 很 大 的 規(guī) 模 。目 前 ， 鋁 基 復(fù) 合 材 料 在 連 桿 、 活 塞 、 氣 缸 體 內(nèi) 孔 、 制 動 盤 、 制 動 鉗 和 傳 動 軸管 等 零 件 上 的 試 驗 或 使 用 顯 示 出 了 卓 越 的 性 能 ， 如 本 田 公 司 開 發(fā) 成 功 的 由 不 ?鋼 絲 增 強(qiáng) 的 鋁 基 復(fù) 合 材 料 連 桿 比 鋼 制 連 桿 降 重 30%， 對 1.2L 的 汽 油 發(fā) 動 機(jī)可 提 高 燃 料 經(jīng) 濟(jì) 性 5%； 采 用 激 冷 鋁 合 金 粉 末 與 SiC 粉 末 （ 重 量 百 分 數(shù) 2%）混 合 并 擠 壓 成 棒 材 ， 用 此 棒 材 經(jīng) 鍛 造 成 型 的 活 塞 因 強(qiáng) 度 高 可 降 重 20%， 發(fā) 動機(jī) 功 率 大 幅 度 提 高 ； 用 鋁 基 復(fù) 合 材 料 強(qiáng) 化 活 塞 頭 部 而 取 消 第 一 道 環(huán) 槽 的 奧 氏體 鑄 鐵 鑲 塊 可 降 重 20%； 鋁 基 復(fù) 合 材 料 制 動 盤 比 鑄 鐵 制 動 盤 降 重 50%。 鎂 合 金 鎂 的 密 度 約 為 鋁 的 2/3， 在 實 際 應(yīng) 用 的 金 屬 中 是 最 輕 的 。 鎂 合 金 的 吸 振能 力 強(qiáng) 切 削 性 能 好 、 金 屬 模 鑄 造 性 能 好 ， 很 適 合 制 造 汽 車 零 件 。 鎂 合 金 大 部 分 以 壓 鑄 件 的 形 式 在 汽 車 上 應(yīng) 用 ， 鎂 壓 鑄 件 的 生 產(chǎn) 效 率 比 鋁30%~50%。 新 開 發(fā) 的 無 孔 壓 鑄 法 （ Pore Free Diecast） 可 生 產(chǎn) 出 沒 有 氣 孔且 可 熱 處 理 的 鎂 壓 鑄 件 。 鎂 鑄 件 在 汽 車 上 使 用 最 早 的 實 例 是 車 輪 輪 輞 。 在 汽 車 上 試 用 或 應(yīng) 用 鎂 合金 的 實 例 還 有 離 合 器 殼 體 、 離 合 器 踏 板 、 制 動 踏 板 固 定 支 架 、 儀 表 板 骨 架 、座 椅 、 轉(zhuǎn) 向 柱 部 件 、 轉(zhuǎn) 向 盤 輪 芯 、 變 速 箱 殼 體 、 發(fā) 動 機(jī) 懸 置 、 氣 缸 蓋 和 氣 缸蓋 罩 蓋 等 。 與 傳 統(tǒng) 的 鋅 制 轉(zhuǎn) 向 柱 上 支 架 相 比 ， 鎂 制 件 降 重 65%； 與 傳 統(tǒng) 的 鋼制 轉(zhuǎn) 向 輪 芯 相 比 ， 鎂 制 件 降 重 45%； 與 全 鋁 氣 缸 蓋 相 比 ， 鎂 制 件 降 重 30%；與 傳 統(tǒng) 的 鋼 制 沖 壓 焊 接 結(jié) 構(gòu) 制 動 踏 板 支 架 相 比 ， 整 體 的 鎂 鑄 件 降 重 40%， 同時 其 剛 性 也 得 以 改 善 。 鎂 基 復(fù) 合 材 料 的 研 究 也 有 進(jìn) 展 ， 以 SiC 顆 粒 為 增 強(qiáng) 體 ,采 用 液 態(tài) 攪 拌 技術(shù) 得 到 的 鎂 基 復(fù) 合 材 料 具 有 很 好 的 性 能 且 生 產(chǎn) 成 本 較 低 。 在 AZ91 合 金 中 加入 25%的 SiC 顆 粒 增 強(qiáng) 的 復(fù) 合 材 料 比 基 體 合 金 拉 伸 強(qiáng) 度 提 高 23%， 屈 服 強(qiáng) 度提 高 47%， 彈 性 模 量 提 高 72%。 鈦 合 金 鈦 的 密 度 為 4.5g/cm3,具 有 比 強(qiáng) 度 高 、 高 溫 強(qiáng) 度 高 和 耐 腐 蝕 等 優(yōu) 點 。 由于 鈦 的 價 格 昂 貴 ， 至 今 只 見 在 賽 車 和 個 別 豪 華 車 上 少 量 應(yīng) 用 。 盡 管 如 此 ， 對鈦 合 金 在 汽 車 上 應(yīng) 用 的 試 驗 研 究 工 作 卻 不 少 。 例 如 用 α +β 系 鈦 合 金 制 造的 發(fā) 動 機(jī) 連 桿 ， 強(qiáng) 度 相 當(dāng) 于 45 鋼 調(diào) 質(zhì) 的 水 平 ， 而 重 量 可 以 降 低 30%； β 系鈦 合 金 （ Ti-13V-11Cr-3Al 等 ） 經(jīng) 強(qiáng) 冷 加 工 和 時 效 處 理 ， 強(qiáng) 度 可 達(dá)2000MPa， 可 用 來 制 造 懸 架 彈 簧 、 氣 門 彈 簧 和 氣 門 等 ， 與 拉 伸 強(qiáng) 度 為2100MPa 的 高 強(qiáng) 度 鋼 相 比 ， 鈦 彈 簧 可 降 重 20%。 鈦 合 金 應(yīng) 用 的 最 大 阻 力 來 自 其 高 價 格 ， 豐 田 中 央 研 究 所 開 發(fā) 了 一 種 成 本較 低 的 鈦 基 復(fù) 合 材 料 。 該 復(fù) 合 材 料 以 Ti-6Al-4V 合 金 為 基 體 ， 以 TiB 為 增強(qiáng) 體 ， 用 粉 末 冶 金 法 生 產(chǎn) ， 已 在 發(fā) 動 機(jī) 連 桿 上 應(yīng) 用 。