上海交通大学：《材料工程导论》课程教学资源（作业展示）材料与汽车 Material & utomobile

材料与汽车 Material Automobile 周晨旭 赵瑞杰 段仪 魏振华 王凡

材Mate料rial &与Autom汽obile车 周晨旭 赵瑞杰 段仪 魏振华 王凡

车身材料 轮胎材料 玻璃材料 Contents

Contents 车身材料 轮胎材料 玻璃材料

传统汽车材料 钢铁 缺点： 地球存量有限 铝合金 使用行业广泛 严重影响未来地球资源

缺点： 地球存量有限 使用行业广泛 严重影响未来地球资源 钢铁 铝合金 传统汽车材料

未来汽车的要求 轻量化 小型化 高强度 高性能 安全 环保

轻量化 小型化 高强度 高性能 安全 环保 未来汽车的要求

碳纤维用在 体式车架 > 这种一体式车架，早期用 Metal Monocoque Carbon Fibre Monocoque 在飞机火箭上，后来被F1 赛车成功推广，被称作单 体壳，至此在跑车界蔓延 开来。碳纤维的承载式车 身能承受更大的拉应力， 在目前的极速范围内，这 个封闭的座舱，能够在车 身在高速冲撞，车体彻底 支解后，保证驾驶者的绝 对安全

Ø 这种一体式车架，早期用 在飞机火箭上，后来被F1 赛车成功推广，被称作单 体壳，至此在跑车界蔓延 开来。碳纤维的承载式车 身能承受更大的拉应力， 在目前的极速范围内，这 个封闭的座舱，能够在车 身在高速冲撞，车体彻底 支解后，保证驾驶者的绝 对安全。碳纤维用在一 体式车架

碳纤维用在 体式车架 碳纤维（CF)是纤维状的碳素材料，含碳 量在90%以上，它是高温状态下，利用各 种有机纤维在惰性气体中碳化而制得，具 有优异的力学性能。特别在2000°C以上高 温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。 碳纤维和碳纤维增强复合材料（CFRP)作 为21世纪的新材料，其高强度、高弹性模 量及低密度性能，在汽车上迅速得到广泛 的应用，无论是车身板材、发动机舱内集 气箱、车室内门板或者饰板，皆可以看到 碳纤维的出现

Ø 碳纤维（CF）是纤维状的碳素材料，含碳 量在90%以上，它是高温状态下，利用各 种有机纤维在惰性气体中碳化而制得，具 有优异的力学性能。特别在2000℃以上高 温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。 碳纤维和碳纤维增强复合材料（CFRP）作 为21世纪的新材料，其高强度、高弹性模 量及低密度性能，在汽车上迅速得到广泛 的应用，无论是车身板材、发动机舱内集 气箱、车室内门板或者饰板，皆可以看到 碳纤维的出现。 碳纤维用在一 体式车架

碳纤维用在 体式车架 > 碳纤维车架不能使用焊接或者铆接技 术，因为材料的抗疲劳性能差，只能 用于粘合，我们所看到的碳纤维车身 都像盒子一样，和普通的承载式车身 的区别还是很大。 >虽然一体式碳纤维车架很坚韧，但有 受力向度的问题，即整体中的某些部 位不太能受力。每辆车都根据自己整 体的情况特别设计车架。 > 目前的碳纤维太过于脆，没有良好的 韧性

Ø 碳纤维车架不能使用焊接或者铆接技 术，因为材料的抗疲劳性能差，只能 用于粘合，我们所看到的碳纤维车身 都像盒子一样，和普通的承载式车身 的区别还是很大。 Ø 虽然一体式碳纤维车架很坚韧，但有 受力向度的问题，即整体中的某些部 位不太能受力。每辆车都根据自己整 体的情况特别设计车架。 Ø 目前的碳纤维太过于脆，没有良好的 韧性。碳纤维用在一 体式车架

轻量化 高强度钢板镁合金 在低碳钢内加入适当的微量元素， 镁的密度为1.8g/cm3,仅为钢 经各种处理轧制而成，其抗拉强 材密度的35%，铝材密度的66 度高达420N/mm2,是普通低 %。此外它的比强度、比刚度高 碳钢板的2~3倍，深拉延性能极 阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能 好，可轧制成很薄的钢板，是车 力强，尺寸稳定性好。 身轻量化的重要材料。 镁的储藏量十分丰富，镁可从石 > 含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢 棉、白云石、滑石中提取，特别 板、冷轧双相钢板和高强度1F 是海水的盐分中含3.7%的镁。 冷轧钢

Ø 在低碳钢内加入适当的微量元素， 经各种处理轧制而成，其抗拉强 度高达420N/mm2，是普通低 碳钢板的2~3倍，深拉延性能极 好，可轧制成很薄的钢板，是车 身轻量化的重要材料。 Ø 含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢 板、冷轧双相钢板和高强度1F 冷轧钢。 高强度钢板 轻量化 Ø 镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢 材密度的35％，铝材密度的66 ％。此外它的比强度、比刚度高， 阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能 力强，尺寸稳定性好。 Ø 镁的储藏量十分丰富，镁可从石 棉、白云石、滑石中提取，特别 是海水的盐分中含3.7%的镁。 镁合金

轻量化 泡沫合金板 钛合金 欧共体已将泡沫金属在汽车中的 应用列入光明欧洲计划之中。国 钛的比重为4.6g/cm3,仅是铁 外研究表明，在汽车生产中约有 的1/2，但强度和硬度超过了钢 20%的车身可采用泡沫铝制造， 且不易生锈。用钛合金铸造的汽 辆中型轿车用三明治板技术 车发动机部件更轻、更坚固和更 (AFS)板材制造零件可减重 耐腐蚀，钛合金车身可以承受更 27.2KG左右，同时可使其结构 大的作用力。 系统简化，零部件数量至少减少 三分之一，自重减小1KG,燃油 效率可提高0.01L/KM,奥迪A8 车身结构都使用了泡沫金属，主 要是保险杠、纵梁、支柱等部件

Ø 钛的比重为4.6g/cm3，仅是铁 的1/2，但强度和硬度超过了钢， 且不易生锈。用钛合金铸造的汽 车发动机部件更轻、更坚固和更 耐腐蚀，钛合金车身可以承受更 大的作用力。 钛合金 轻量化 Ø 欧共体已将泡沫金属在汽车中的 应用列入光明欧洲计划之中。国 外研究表明，在汽车生产中约有 20%的车身可采用泡沫铝制造， 一辆中型轿车用三明治板技术 （AFS）板材制造零件可减重 27.2KG左右，同时可使其结构 系统简化，零部件数量至少减少 三分之一，自重减小1KG，燃油 效率可提高0.01L/KM，奥迪A8 车身结构都使用了泡沫金属，主 要是保险杠、纵梁、支柱等部件 泡沫合金板

轻量化 蜂窝夹芯复合板 工程塑料 蜂窝夹芯复合板是两层薄面板中 间夹一层厚而极轻的蜂窝组成。 > 优良的机械性能、电性能、「 耐化 、 > 分为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、玻璃 学性、耐热性、耐磨性、尺寸稳 纤维增强树脂蜂窝、铝蜂窝等 定性等特点 面板可以采用玻璃钢、塑料、铝 >比金属材料轻、成型时能耗少 板和钢板等材料 >福特公司开发的LTD试验车，塑 轻质、比强度和比刚度高、抗振、 料化后的车身取得了轻量化方面 隔热、隔音和阻燃等特点 的明显成果 车身外板、车门、车架、保险杠、 座椅框架等

Ø 蜂窝夹芯复合板是两层薄面板中 间夹一层厚而极轻的蜂窝组成。 Ø 分为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、玻璃 纤维增强树脂蜂窝、铝蜂窝等 Ø 面板可以采用玻璃钢、塑料、铝 板和钢板等材料 Ø 轻质、比强度和比刚度高、抗振、 隔热、隔音和阻燃等特点 Ø 车身外板、车门、车架、保险杠、 座椅框架等 轻 蜂窝夹芯复合板 量化 Ø 优良的机械性能、电性能、耐化 学性、耐热性、耐磨性、尺寸稳 定性等特点 Ø 比金属材料轻、成型时能耗少 Ø 福特公司开发的LTD试验车，塑 料化后的车身取得了轻量化方面 的明显成果 工程塑料