材料科学与工程进展专题10-14.ppt
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材料科学与工程进展专题11材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程进展材料是人类一切生产和生活水平提高的物质基础,是人类进步的里程碑。
新材料对于国民经济建设和国防建设起着重要的作用,它更是高新技术的基础和先导。
因此,信息、生物技术和新材料已成为21世纪最重要、最有发展潜力的领域。
本课程主要围绕21世纪新材料领域的新概念、新理论、新技术以及它最新的应用,分以下六个专题进行介绍:
22材料科学与工程学院材料科学与工程学院“材料科学进展专题”内容安排专题名称专题名称主讲教师主讲教师汽车材料及材料加工技术的新发展汽车材料及材料加工技术的新发展王王敏敏教授教授纳米材料中的相变和表征技术纳米材料中的相变和表征技术戎咏华戎咏华教授教授生命与材料生命与材料孙孙康康教授教授能源材料新技术进展能源材料新技术进展单爱党单爱党教授教授复合材料的过去、现在和未来复合材料的过去、现在和未来范同祥范同祥副教授副教授外场作用技术与钢结构制造外场作用技术与钢结构制造陈立功陈立功教授教授33材料科学与工程学院材料科学与工程学院“材料科学进展专题”考试安排写一篇反映你对”材料科学与工程进展”了解的综述性文章,要求以本课程中的一或两个专题为主,并涵盖其它专题的简要内容,5000字左右。
第十六周交至管理学院教务办。
44材料科学与工程学院材料科学与工程学院汽车材料新发展材料加工技术及55材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏66材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏近年来,汽车工业已成为我国经济发展最快的行业之一,汽车工业集先进的制造技术和先进的材料科学于一体,而先进的制造技术中的很大一部分为先进的材料加工技术,因此,材料科学和材料加工工程的发展推动了汽车工业的发展。
77材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏88材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏99材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏汽车材料发展汽车材料发展驱动汽车材料发展的原动力安全节能环保舒适低成本足够的强度和刚性;减小轿车整车质量及油耗;有效降低废气排放;能量吸收率高;1010材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏汽车材料发展2001年北美家庭轿车用材情况1111材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏汽车材料及分类汽车材料结构性材料功能性材料功能性材料高性能磁性材料摩擦材料形状记忆合金功能陶瓷尾气净化材料纳米涂料结构性材料钢材铸铁轻质材料金属基复合材料结构陶瓷1212材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏车用结构性材料车用结构性材料1313材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏车用结构性材料车用结构性材料钢材钢材高强钢减震阻尼钢板镀层钢板1414材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏1)高强钢高强钢在北美汽车用材中的发展1515材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏高强钢的性能高强度钢的屈服强度s210MPa,超高强度钢屈服强度s550MPa,是普通冷轧钢板的1.54倍。
先进高强度钢具有如下特点:
成型性能好;高烘烤硬化性能;能量吸收率较高;高的疲劳强度和长的疲劳寿命;高的防撞凹性能。
1616材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏高强度钢板有以下四种类型:
超深冲钢超深冲钢,也称无间隙原子钢(,也称无间隙原子钢(IFIF钢钢),具有良好),具有良好的深冲性能,主要用于冲制汽车上要求深冲极高、的深冲性能,主要用于冲制汽车上要求深冲极高、形状特别复杂的难冲零件。
形状特别复杂的难冲零件。
烘烤硬化钢(烘烤硬化钢(BHBH钢)钢),可通过成形后的烘烤来消,可通过成形后的烘烤来消除残余应力和提高强度。
除残余应力和提高强度。
相变诱发塑性钢(相变诱发塑性钢(TRIPTRIP钢)钢),具有优异的成形性,具有优异的成形性和极高的屈服和拉伸强度,在汽车上应用还只是和极高的屈服和拉伸强度,在汽车上应用还只是刚起步。
刚起步。
双相钢双相钢,可用来制造汽车外部面板、轮辐、保险,可用来制造汽车外部面板、轮辐、保险杠等零件,既可减轻零件质量,又可提高其疲劳杠等零件,既可减轻零件质量,又可提高其疲劳寿命。
例如:
通用和福特汽车公司用双相钢制造寿命。
例如:
通用和福特汽车公司用双相钢制造轮辐,其质量减轻轮辐,其质量减轻1414,疲劳寿命也达普通碳钢,疲劳寿命也达普通碳钢的的22倍。
倍。
1717材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏高强钢的应用前景由于先进高强度钢在强度、抗腐蚀等方面具有一定的相对优越性能,它将会在部分汽车零件上取代铝合金和镁合金,如车轮、座椅骨架、防护板、前门和后门、横梁、拖钩等。
特别是因为铝合金目前在防撞凹性及抗冲击性等方面尚无法完全取代钢。
1818材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏2)镀层钢板欧洲镀锌板在白车身中的应用(GA为合金化热浸镀锌钢板,GI为热浸镀锌钢板,EG为电镀锌钢板)1919材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏汽车用镀锌钢板性能要求高的防腐蚀性能;高的镀层结合强度(好的成型性);好的可焊接性;好的可涂覆性能;好的表面质量(尤其对于暴露部件)。
2020材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏镀层钢板在汽车上的应用合金化热浸镀锌钢板和热浸镀锌钢板具有好的成型性、可焊性及可涂覆性能,主要用于车身外侧板、车身内侧板、车门外板、车门内板、车后箱举升门等。
预处理镀层钢板具有好的防腐蚀性能和成型性能,主要用于车门内板、车门外板、底盘件、覆盖件内/外板、行李箱盖内/外板以及举升门内/外板。
2121材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏镀层钢板未来发展趋势预测进一步提高防腐蚀性能;提高轻量化;提高性价比;提高环保效果;全球化采购。
2222材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏3)减振阻尼钢板减振阻尼钢板是为减振阻尼钢板是为减少汽车振动、降低噪声、提减少汽车振动、降低噪声、提高舒适性高舒适性而发展起来的,这种钢板采用三层结构,而发展起来的,这种钢板采用三层结构,即在两层钢板(即在两层钢板(0.21.2mm0.21.2mm)之间加一层粘弹性)之间加一层粘弹性树脂(树脂(0.04mm0.04mm),树脂能吸收振动能,多层界面),树脂能吸收振动能,多层界面本身也具有减震吸能作用,与普通钢板制件相比,本身也具有减震吸能作用,与普通钢板制件相比,振动噪音可降低振动噪音可降低335dB5dB。
减振阻尼钢板具有减振阻尼钢板具有最佳的阻尼抗震性能和好的成最佳的阻尼抗震性能和好的成型性型性,主要应用于仪表板、车轮罩、油底壳、车,主要应用于仪表板、车轮罩、油底壳、车顶板、车底板及发动机罩盖等。
顶板、车底板及发动机罩盖等。
2323材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏车用结构性材料铸铁球墨铸铁麻口铸铁蠕墨铸铁灰口铸铁铸铁2424材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏各种铸铁的性能及在汽车上的适用性灰口铸铁灰口铸铁具有优异的减震特性和铸造性能,被广具有优异的减震特性和铸造性能,被广泛用于发动机缸体和缸盖。
泛用于发动机缸体和缸盖。
近年来,近年来,蠕墨铸铁蠕墨铸铁和和球铁球铁的应用比例呈逐渐上升的应用比例呈逐渐上升趋势,与灰口铸铁相比,蠕墨铸铁的强度及韧性趋势,与灰口铸铁相比,蠕墨铸铁的强度及韧性都有显著的提高,且有较高的疲劳性能,因此它都有显著的提高,且有较高的疲劳性能,因此它将在发动机缸体、缸盖、支架、刹车盘、飞轮、将在发动机缸体、缸盖、支架、刹车盘、飞轮、排气管、泵体、轴承座等零件上有广泛的应用,排气管、泵体、轴承座等零件上有广泛的应用,例如:
蠕墨铸铁替代灰口铸铁生产刹车盘、缸体例如:
蠕墨铸铁替代灰口铸铁生产刹车盘、缸体和缸盖,可减轻铸件质量和缸盖,可减轻铸件质量10102525。
2525材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏铸铁在汽车中的应用及发展前景目前以铸铁材料生产的汽车零部件主要有缸体、缸盖、排气管、凸轮轴、曲轴、桥壳、刹车鼓、离合器盘等。
铸铁在北美汽车用材中呈下降的趋势,如美国通用汽车公司计划从2000年至2005年,每年减少铸铁件约20万吨。
2626材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏车用结构性材料轻质材料轻质材料金属类轻质材料非金属轻质材料铝合金镁合金钛合金塑料玻璃钢2727材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏轻质材料在汽车工业中的应用情况北美家庭轿车塑料、铝、镁的变化趋势2828材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏金属类轻质材料的性能低碳钢低碳钢铝铝镁镁钛钛密度密度/g/cm/g/cm337.97.92.72.71.741.744.54.5抗拉强度抗拉强度/MPaMPa270270240240275275980980硬度硬度/HBS/HBS1401401061068484313313衰减能力系数衰减能力系数(100MPa)(100MPa)445353机加工能耗系数机加工能耗系数6.36.31.81.81.01.02929材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏轻金属材料典型汽车零件3030材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏轻质材料铝合金作为汽车材料的优点重量轻,在满足相同使用和机械性能条件下,铝比钢重量轻,在满足相同使用和机械性能条件下,铝比钢减重减重6060;改善了零件的加工工艺性能,相对降低了制造成本;改善了零件的加工工艺性能,相对降低了制造成本;铝制汽车零件不需作防锈处理,由于铝及铝合金能形铝制汽车零件不需作防锈处理,由于铝及铝合金能形成一种特殊的保护膜,一般不需要作表面涂覆等防锈成一种特殊的保护膜,一般不需要作表面涂覆等防锈处理;处理;铝制汽车零件具有较强的吸能性,在碰车时能比钢制铝制汽车零件具有较强的吸能性,在碰车时能比钢制零件多吸收零件多吸收5050以上的冲击能,提高振动的阻力,以上的冲击能,提高振动的阻力,从而减少对人员的伤害,提高安全性和乘坐的舒适性;从而减少对人员的伤害,提高安全性和乘坐的舒适性;铝合金汽车材料回收比例比钢材要高得多,回收再生铝合金汽车材料回收比例比钢材要高得多,回收再生所需能源却比钢材低得多。
所需能源却比钢材低得多。
3131材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏汽车铝铸件代替铸铁件的质量对比3232材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏铝合金件代替钢件的质量比3333材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏铝合金车轮车轮是汽车部件中安全性车轮是汽车部件中安全性能要求很高的部件,单从能要求很高的部件,单从成本考虑,目前仍是钢制成本考虑,目前仍是钢制车轮较便宜,随着轻量化车轮较便宜,随着轻量化趋势及轿车产品整体结构趋势及轿车产品整体结构的发展,铝合金车轮的应的发展,铝合金车轮的应用也不断扩大。
用也不断扩大。
铝合金车轮具有质量轻、铝合金车轮具有质量轻、能减轻振动及外形美观等能减轻振动及外形美观等优点,据测试,铝合金车优点,据测试,铝合金车轮与钢制车轮相比,质量轮与钢制车轮相比,质量可减轻可减轻303040%,40%,振动可振动可减少减少10101515。
3434材料科学与工程学院材料科学与工程学院王敏王敏铝合金在汽车工业中的应用前景目前北美目前北美8080以上的发动机缸盖和以上的发动机缸盖和2525以上的发以上的发动机缸体为铝合金材质制造,预计在动机缸体为铝合金材质制造,预计在20072007年铝合年铝合金发动机缸盖将达到金发动机缸盖将达到9595以上,铝合金发动机缸以上,铝合金发动机缸体将达到体将达到6060以上。
以上。
福特公司的福特公司的Synergy2010Synergy2010概念车采用了高强度铝概念车采用了高强度铝合金车身,使质量降低合金车身,使质量降低1/31/3;通用汽车公司的;通用汽车公司的PreceptPrecept概念车采用铝合金车身及骨架,其质量降概念车采用铝合金车身及骨架,其质量降低了低了4545。
由于铝
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- 材料科学 工程 进展 专题 10 14