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武汉理工大学
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总体概况


有色金属材料,即指铁、铬、锰三种金属以外的所有金属。 有色金属材料是金属材料的一类,主要是铜、铝、铅和镍等。其耐腐蚀性在很大程度上决定于其纯度。加入其他金属后,一般其机械性能增高,耐腐蚀性则降低。冷加工(如冲压成型)可提高其强度,但降低其塑性。最高许用温度:铜(及其合金)是250℃,铝是200℃,铅是140℃,镍是500℃。

通常,工业生产中把铁及其合金称为黑色金属,黑色金属以外的其他金属称为有色金属。当今时代,有色金属在汽车制造方面得到了广泛应用,那是因为有色金属具有高的比强度(强度与密度的比),特殊的电、磁、热性能和耐腐蚀性,为汽车轻量化的实现提供了较大的帮助。

 汽车上常用有色金属材料主要有铝及其合金,铜及其合金,滑动轴承合金等。

一、常用在汽车制造业的有色金属: 铜,铝,镁,钛,铅,锡等。

二、几种有色合金在汽车制造业中的作用

(1)铜及其合金
汽车用铜每辆10-21公斤,随着汽车类型和大小而异,对于小轿车约占自重的6—9%.铜和铜合金主要用于散热器、制动系统管理、液压装置‘、齿轮、轴承、刹车摩擦片、配电和电力系统、垫圈以及各种接头、配件和饰件等。其中用钢量比较大的是散热器。现代的管式散热器,用黄铜带焊接成散热器管子,用薄的铜带折曲成散热片。
为了进一步提高铜散热器的性能,在材质方面,向铜中添加微量元素,以达到不损失导热性的前提下,提高其强度和软化点,从而减薄带材的厚度,节省用铜量;在制造工艺方面,采用高频或者激光焊接铜管,并用钢钎焊代替易受铅污染的软焊组装散热器芯体。新型铜散热器的重量更轻,尺寸显著缩小;再加上钢的耐蚀性好、使用寿命长,铜散热器的优势就更明显。

(2)铝及其合金
铝合金代替钢铁降低汽车自重的工作正大量成熟地推进中 ,是汽车上应用得最快最广的轻金属,其中的关键在于铝合金本身的性能。由于它具有高强高韧、高比强高比模、耐热耐蚀等特性一直受到世界各国的普遍重视。目前车用铝合金已经得到广泛使用,铝合金发动机也屡屡出现。
铝及其合金常用在:
1. 底盘行走系统:横梁、上下壁、转向机壳、制动分泵壳、制动钳、车轮、操纵等;
2. 传动系统:变速箱壳、离合器壳、连接过滤板、换挡拔叉、传动箱换挡端盖;
3.发动机系统:发动机缸体、缸盖、活塞、进气管、水泵壳、发动机壳、启动机壳、摇壁、摇壁盖、滤清器底座、发动机拖架、正时链轮盖、   发动机支架、分电器座、汽化器等;
4.其它系统部件:离合器踏板、刹车踏板、方向盘、转向节、发动机框架、ABS系统部件。
世界各国也在积极采用搅拌熔铸、粉末冶金、喷射共沉积等不同方法开发各种性能的非连续增强铝基复合材料。

(3)镁及其合金
   镁是一种轻质的银白色金属,在镁材中添加一些其它的金属元素,例如铝、锌或者铝、锰等,它就会改变了自己的特征,变成了一种具有较高强度和刚度,具有良好铸造性能和减振性能的轻质合金材料,这些镁合金材料在现代汽车中已得到广泛的应用。早在20世纪30年代大众汽车就使用了镁合金,后来由于镁的价格上升才停止了使用。80年代初,由于采用新工艺,严格限制了铁、铜、镍等杂质元素的含量,使镁合金的耐蚀性得到了解决,同时成本下降又大大促进了镁合金在汽车上的应用。从90年代开始,欧美、日本、韩国的汽车商都逐渐开始把镁合金用于许多汽车零件上。目前镁合金一般用于车上的座椅骨架、仪表盘、转向盘和转向柱、轮圈、发动机气缸盖、变速器壳、离合器壳等零件,其中转向盘和转向柱、轮圈是应用镁合金较多的零件。随着技术的发展将有更多的零件用镁合金制造。镁合金零件带给汽车的好处是显而易见的:一是它的质量轻,其密度只有17,是铝的2/3,钢的1/4,换用镁合金就能减轻整车重量,也就间接减少了燃油消耗量。二是它的比强度高于铝合金和钢,比刚度接近铝合金和钢,能够承受一定的负荷。三是它具有良好的铸造性和尺寸稳定性,易加工,废品率低,从而降低生产成本。四是它具有良好的阻尼系数,减振量大于铝合金和铸铁,用于壳体可以降低噪声,用于座椅、轮圈可以减少振动,提高汽车的安全性和舒适性。镁合金虽然有这些优点,但从成本上看它仍然高于铝合金。尽管如此,镁合金的应用前景仍然十分看好。
我国镁工业当前与国际水平的主要差距是:高强、高韧镁合金,耐热、耐腐蚀镁合金体系方面的研究不够,尚未形成完整的合金体系;镁合金变形加工技术研究开发落后;镁合金基础理论研究不充分;镁合金材料的应用开发起步较晚,应用市场急待开发。

(4)钛及其合金
   钛材料的轻质、高强度等性能早已为汽车制造商所注目。目前的赛车几乎都使用了钛材。汽车用钛部件主要包括:阀。美国利用钛合金制作进、排气阀较普遍,利用钛合金制作汽车阀,不仅可以减轻重量,延长使用寿命,而且可靠性高,还可节省燃油。连杆:用钛合金制造连杆对减轻发动机重量最有效,能大大提高性能。还有其他部件,包括汽车上的螺栓。
钛及钛合金的特点
1)耐蚀性强不受路面盐类及废气的影响
2)密度小、比强度大
3)可绿色回收
4)易加工与钢材同样的设备工艺
5)记忆功能用于车身方便复原
6)屈强比值大
7)高、低温力学性能好

(5)铅及其合金
      铅主要应用于汽车的蓄电池,铅蓄电池的优点是放电时电动势较稳定,缺点是比能量(单位重量所蓄电能)小,十分笨重,对环境腐蚀性强。铅蓄电池的工作电压平稳、使用温度及使用电流范围宽、能充放电数百个循环、贮存性能好(尤其适于干式荷电贮存)、造价较低,因而应用广泛。

(6)锡及其合金

目前,国外常用的汽车滑动轴承材料主要为锡基合金,也是最早应用与发动机滑动轴承的材料之一。虽然该合金具有优良的抗咬粘性、顺应性、嵌入性、耐腐蚀性、线膨胀系数小及工艺性能好等优点,但由于其抗疲劳裂纹和剥落,因此只能应用于小型、轻载的汽车发动机轴瓦或者作为衬套材料使用。其中,锡基合金由于锡的价格较贵,故其生产量正在逐渐减少并由铅基合金轴承材料来代替。