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新型汽车材料
新材料在汽车上的应用
学习内容
1复合材料
2发汗材料
3形状记忆合金
4超塑性合金
5超导材料
6太阳能材料
1复合材料
在传统汽车上,只有1%的汽油用于运送乘客,其余都用于驱动汽车本身运动。
方案:
提高燃油效率+减轻汽车自重
1.1什么是复合材料?
两点特征:
复合材料是多相体系(由两种或两种以上的不同物质组成);
它们的组合必须具有复合效果(即复合材料比单一组成的材料具有更好的综合性能),从而实现强-强联合。
天然复合材料:
竹子、木材,贝壳、骨骼、肌肉等
1.4复合材料的特性
1)比强度、比模量高
几种典型材料的比强度、比模量对照图
2)抗疲劳性能好
多数金属材料的疲劳极限只有其抗拉强度的40~50%,而碳纤维/树脂复合材料则可达到70~80%。
3)减振性能好
4)使用安全性高
5)耐热性能好
6)性能具有可设计性
复合材料在汽车上应用
国外Lotus、GM、Citroen等著名汽车制造厂商都投入大量人力、物力开展复合材料技术在汽车上的应用研究,复合材料在汽车上的应用包括外装件以及承力结构部件,近年来高性能复合材料汽车板簧、驱动轴及全复合材料车身等技术也研究成功并投入应用。
福特公司所做的研究表明,复合材料可以将零部件的数量减为原来的80%,加工费用相对钢材降低60%,粘结费用相对焊接减少25%到40%。
日产布尔巴特汽车前端板,用钢板制造时由20多个零件组成,而用复合材料只需7个零件。
Audi乘用车多功能支架、仪表板托架、座椅骨架、发动机护板、蓄电池托架均改用玻璃钢制造。
汽车板簧刹车盘
保险杠
塑料进气歧管是近几年发展起来的新技术,与铝合金铸造的进气歧管相比,具有重量轻、内表面光滑、减震隔热等优点,因此在国外汽车上得到广泛应用
材料:
全部是玻纤增强PA66或PA6
工艺:
主要采用熔芯法或振动摩擦焊法
2发汗材料
火箭尾喷管喉衬,3000度以上高温、气速1000m/s、经受固体颗粒冲刷
先将高熔点金属(钨:
熔点3410℃)制成骨架,再渗入低熔点金属(铜:
熔点1083℃、沸点2595℃),制备成复合材料。
使用时利用铜的熔化与汽化带走大量的热,使尾喷管喉衬的温度维持在钨骨架所能够承受的温度之下。
3形状记忆合金
当温度、受力、受热及电压等影响时,形状、强度及刚性等发生变化时,合金材料的形状会发生改变。
通用汽车利用形状记忆合金实现可动把手、格删、气坝。
这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构。
如含有Ti和Ni各为50%的记忆合金,有两种晶体结构,一种是菱形的,另一种是立方体的,这两种晶体结构相互转变的温度是一定的。
高于这一温度,它会由菱形结构转变为立方体结构;低于这一温度,又由立方体结构转变为菱形结构。
晶体结构类型改变了,它的形状也就随之改变。
铜-锌、金-镉、镍-铝约20种合金,其中“记忆力”最好的是NTi合金.
4超塑性材料
这种具有象拉面般柔软的金属叫做超塑性合金。
最初发现的超塑性合金是锌与22%铝的合金。
1920年,德国人ROSENHAIN在Zn-4Cu-7Al合金在低速弯曲时,可以弯曲近180º。
于是发现这种合金经冷轧后具有暂时的高塑性。
1928年英国物理学家森金斯下了一个定义:
凡金属在适当的温度下变得像软糖一样柔软,而且其应变速度为每秒10毫米时产生300%以上的延伸率,均属超塑性现象。
1945年苏联包奇瓦尔等针对这一现象提出了“超塑性”这一术语。
超塑性成形技术-体积成形
超塑性体积成形包括不同的方式(例如模锻、挤压等)。
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