汽车工程材料优化方案

工程材料主要是指用于机械、车辆、船舶、建筑、化工、能源、仪器仪表、航空航天等工程领域中的材料。它既包括用于制造工程构件和机械零件的材料，也包括用于制造工具的材料和具有特殊性能的材料。一般来讲，汽车工程材料就是汽车制造过程中所使用的材料，包括各种金属材料、非金属材料以及复合材料。

1.金属材料

金属材料是目前汽车上应用最广泛的工程材料。工业上，一般把金属材料分为两大部分：黑色金属和有色金属。黑色金属是指钢铁材料；有色金属是指除钢铁材料以外的所有金属材料，如铝、铜、镁及其合金。按照特性来分，有色金属又可以分为轻金属、重金属、贵金属、稀有金属和放射性金属等多个种类。

钢铁材料在汽车工业生产中仍占主流地位。中型载货汽车上钢铁材料约占汽车总重量的3/4，轿车上钢铁材料则超过总重的2/3。钢铁材料最大的特点是价格低廉，比强度（强度/密度）高，便于加工，因而得到广泛的应用。汽车用钢铁材料有钢板、结构钢、特殊用途钢、钢管、烧结合金、铸铁及部分复合材料等，主要用于制造车架、车轴、车身、齿轮、发动机曲轴、气缸体、罩板、外壳等零件。

有色金属因具有质轻、导电性好等钢铁材料所不及的特性，在现代汽车上的用量呈逐年增加的趋势。例如：铝合金具有密度低、强度高和耐蚀性好的特性，在轿车的轻量化中占举足轻重的地位。据统计，近十年来轿车上铝及其合金的用量已从占汽车总重的5％左右上升至10％左右。此外，采用新型镁合金制造的凸轮轴盖、制动器、方向盘等部件，可以减轻整车重量和降低噪音。在轿车制造行业中，采用铝、镁、钛等轻金属代替钢铁材料来减轻汽车自重，已成为轿车轻量化的一个重要手段。

2.高分子材料

高分子材料属于有机合成材料，亦称聚合物。高分子材料可分为天然高分子材料（如蚕丝、羊毛、油脂、纤维素等）和人工合成高分子材料。后者因具有较高的强度、良好的塑性、较强的耐腐蚀性、很好的绝缘性和较轻的质量等特点，很快成为工程上发展最快、应用最广的一类新型材料。在工程上，根据高分子材料的力学性能和使用状态，一般将其分为塑料、合成纤维、橡胶、胶黏剂和涂料等种类。

塑料主要指强度、韧性和耐磨性较好的，可用于制造某些零部件的工程塑料。塑料具有价廉、耐腐、降噪、美观、质轻等特点。塑料正式应用于汽车始于20世纪60年代石油化工工业的兴盛期。现代汽车上许多构件如汽车保险杠、汽车内饰件、高档车用安全玻璃、仪表面板等零部件，均采用工程塑料制造。与钢铁材料相比更具有安全性，并降低了造价，改善了汽车的安全性、舒适性和经济性。

按照性能要求比如外观、硬度、抗腐蚀性、重量以及成本划分的多达100种不同类型和等级的塑料都被用于普通车辆中。比如聚丙烯（PP）用于仪表板、轮圈盖和一些引擎部件中；聚氨酯（PUR）用于座椅；聚乙烯（PE）用于地毯；聚酰胺（PA）用于需要加热并且耐化学品腐蚀的部件中。大规模生产的塑料——ABS树脂、PP、PUR和尼龙占了汽车中使用塑料的70％，而余下的是复合材料和高端塑料。

其他高分子材料在汽车上也有着广泛的应用。汽车的坐垫、安全带、内饰件等多数是由合成纤维制造的。合成纤维是指由单体聚合而成具有很高强度的高分子材料，如常见的尼龙、聚酯等；橡胶通常用来制造汽车的轮胎、内胎、防震橡胶、软管、密封带、传动带等零部件；各种胶黏剂起到黏结、密封等作用，并可简化制造工艺；各种车用涂料对车身的防锈、美化及商品价值有不可忽视的作用。(www.xing528.com)

3.陶瓷材料

陶瓷材料属于无机非金属材料，主要为金属氧化物和非金属氧化物。陶瓷材料是人类最早利用自然界提供的原料进行加工制造而成的材料，具有耐高温、硬度高、脆性大等特点。传统的陶瓷多采用黏土等天然矿物质原料烧制，而现代陶瓷则多采用人工合成的化学原料烧制。典型的工业用陶瓷材料有普通陶瓷、玻璃和特种陶瓷。

普通陶瓷（传统陶瓷）是主要成分为硅、铝氧化物的硅酸盐材料；特种材料（新型材料）是主要成分为高熔点的氧化物、碳化物、氮化物以及硅化物等的烧结材料。近年来，还发展了金属陶瓷，主要指用陶瓷生产方法制取的金属与碳化物或其他化合物的粉末制品。陶瓷在汽车上的最早应用是制造火花塞。现代汽车中，陶瓷的用途得到大大的拓展：一部分陶瓷作为功能材料被用于制造各种传感器，如爆震传感器、氧传感器、温度传感器等；另一部分陶瓷则作为结构材料用于替代金属材料制作发动机和热交换器零件。近年来，一些特种陶瓷也用于制造发动机部件、气体涡轮部件等，可以达到提高热效率、降低能耗、减轻自重的目的。

玻璃的主要成分是SiO2。汽车上使用的玻璃制品主要为窗玻璃，要求其具有良好的透明性、耐候性（对气温变化不敏感）、足够的强度和很高的安全性。因此，车用玻璃必须是安全玻璃，主要有钢化玻璃、区域钢化玻璃、普通复合玻璃和HPR夹层玻璃等几种类型。其中，HPR（high penetration resistance）夹层玻璃是指具有高穿透抗力的夹层玻璃。采用这种玻璃，当车受到撞击时，乘客若撞到车窗玻璃上，玻璃不会被击穿，从而避免了乘客因玻璃碎裂而受伤的风险。在欧美等国家，已规定前挡风玻璃只允许使用HPR夹层玻璃。

4.复合材料

复合材料是指由两种或两种以上不同材料组合而成的材料。由于它是由不同性质或不同组织结构的材料以微观或宏观的形式组合形成的，不仅保留了组成材料各自的优点，而且具有单一材料所没有的优异性能，在强度、刚度、耐蚀性等方面比单纯的金属材料、陶瓷材料和高分子材料都优越。

从原则上来说，复合材料可以由金属材料、高分子材料和陶瓷材料中任意两种或几种制备而成。按基本材料的种类来分，复合材料可分为非金属基复合材料和金属基复合材料两大类。非金属基复合材料是指以聚合物、陶瓷、石墨、混凝土为基体的复合材料，其中以纤维增强聚合物基和陶瓷基复合材料最常用。金属基复合材料是指以金属或合金为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。金属基复合材料按增强体的类别，可分为纤维增强（包括连续和短切）、晶须增强和颗粒增强复合材料等；按金属或合金基体的不同，金属基复合材料可分为铝基、镁基、铜基、钛基、高温合金基、金属间化合物基以及难熔金属基复合材料等。

复合材料是一种新型的、具有很大发展前途的工程材料。起初主要应用于宇航工业，近年来在汽车工业中也逐步得到应用，对于汽车车顶导流板、风挡窗框等车身外装板件，采用纤维增强复合材料（FRP）制造具有质轻、耐冲击、便于加工异形曲面、美观等优点；汽车柴油发动机的活塞顶、连杆、缸体等零件，采用纤维增强金属（FRM）来制造，可显著提高零件的耐磨性、热传导性、耐热性，并减少热膨胀。