隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車的功能日益完善，汽車的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的汽車通常由幾千個零件組成，現(xiàn)代高級矯車由幾萬個零部件組成。為滿足汽車節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適的要求，實現(xiàn)輕量化、高強(qiáng)度、高性能的目標(biāo)，構(gòu)成汽車的材料也發(fā)生了巨大的變化。

通常按照材料的成分，將汽車材料分為金屬材料和非金屬材料兩大類。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，未來汽車材料除金屬材料、非金屬材料外，復(fù)合材料和納米材料也將獲得廣泛應(yīng)用。

上海良時企業(yè)創(chuàng)建于1993年，是專業(yè)從事表面處理與涂裝設(shè)備的研究、設(shè)計、制造及商貿(mào)為一體的科技型實體企業(yè)；主導(dǎo)產(chǎn)品為：噴砂機(jī)、強(qiáng)力噴丸機(jī)、鋼板拋丸預(yù)處理線、噴涂機(jī)、噴漆機(jī)、噴砂房、噴漆房、船舶分段噴砂涂裝房，鋼板預(yù)處理線、噴涂生產(chǎn)線等。上海良時作為國內(nèi)知名的表面處理與涂裝設(shè)備系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商的領(lǐng)導(dǎo)者，為國內(nèi)外為客戶提供具有高新技術(shù)且品質(zhì)優(yōu)良的表面處理及涂裝設(shè)備。公司為修造船、石油化工、航空航天、機(jī)車及汽車制造、集裝箱、工程機(jī)械、港口機(jī)械、海洋工程、電 子電氣、能源電力等多個領(lǐng)域提供專業(yè)服務(wù)。

一．車身新材料的種類

■ 新型結(jié)構(gòu)材料

1.高強(qiáng)度鋼板

從前的高強(qiáng)度鋼板，拉延強(qiáng)度雖高于低碳鋼板，但延伸率只有后者的50％，故只適用于形狀簡單、延伸深度不大的零件。現(xiàn)在的高強(qiáng)度鋼板是在低 碳鋼內(nèi)加入適當(dāng)?shù)奈⒘吭?，?jīng)各種處理軋制而成，其抗拉強(qiáng)度高達(dá)420N/mm2，是普通低碳鋼板的2~3倍，深拉延性能極好，可軋制成很薄的鋼板，是車身輕量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中國奇瑞汽車公司與寶鋼合作，2001年在試制樣車上使用的高強(qiáng)度鋼用量為262kg，占 車身鋼板用量的46%，對減重和改進(jìn)車身性能起到了良好的作用。

美國轎車材料構(gòu)成

要有含磷冷軋鋼板、烘烤硬化冷軋鋼板、冷軋雙相鋼板和高強(qiáng)度1F冷軋鋼等，車身設(shè)計師可根據(jù)板制零件受力情況和形狀復(fù)雜程度來選擇鋼板品種。

含磷高強(qiáng)度冷軋鋼板：含磷高強(qiáng)度冷軋鋼板主要用于轎車外板、車門、頂蓋和行李箱蓋升板，也可用于載貨汽車駕駛室的沖壓件。主要特點為：具有較高強(qiáng)度，比普通冷軋鋼板高15％~25％；良好的強(qiáng)度和塑性平衡，即隨著強(qiáng)度的增加，伸長率和應(yīng)變硬化指數(shù)下降甚微；具有良好的耐腐蝕性，比普通冷軋鋼板提高20％；具有良好的點焊性能；

烘烤硬化冷軋鋼板：經(jīng)過沖壓、拉延變形及烤漆高溫時效處理，屈服強(qiáng)度得以提高。這種簡稱為BH鋼板的烘烤硬化鋼板既薄又有足夠的強(qiáng)度，是車身外板輕量化設(shè)計首選材料之一；

冷軋雙向鋼板：具有連續(xù)屈服、屈強(qiáng)比低和加工硬化高、兼?zhèn)涓邚?qiáng)度及高塑性的特點，經(jīng)烤漆后強(qiáng)度可進(jìn)一步提高。適用于形狀復(fù)雜且要求強(qiáng)度高的車身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如車門加強(qiáng)板、保險杠等；

超低碳高強(qiáng)度冷軋鋼板：在超低碳鋼（C≤0.005％）中加入適量鈦或鈮，以保證鋼板的深沖性能，再添加適量的磷以提高鋼板的強(qiáng)度。實現(xiàn)了深沖性與高強(qiáng)度的結(jié)合，特別適用于一些形狀復(fù)雜而強(qiáng)度要求高的沖壓零件。

汽車材料應(yīng)用部件

輕量化迭層鋼板：迭層鋼板是在兩層超薄鋼板之間壓入塑料的復(fù)合材料，表層鋼板厚度為0.2~0.3mm，塑料層的厚度占總厚度的25％~65％。與具有同樣剛度的單層鋼板相比，質(zhì)量只有57％。隔熱防振性能良好，主要用于發(fā)動機(jī)罩、行李箱蓋、車身底板等部件。

    2.鋁合金

與汽車鋼板相比，鋁合金具有密度?。?.7g/cm3）、比強(qiáng)度高、耐銹蝕、熱穩(wěn)定性好、易成形、可回收再生等優(yōu) 點，技術(shù)成熟。德國大眾公司的新型奧迪A2型轎車，由于采用了全鋁車身骨架和外板結(jié)構(gòu)，使其總質(zhì)量減少了135kg，比傳統(tǒng)鋼材料車身減輕了43％，使平 均油耗降至每百公里3升的水平。全新奧迪A8通過使用性能更好的大型鋁鑄件和液壓成型部件，車身零件數(shù)量從50個減至29個，車身框架完全閉合。這種結(jié)構(gòu) 不僅使車身的扭轉(zhuǎn)剛度提高了60%，還比同類車型的鋼制車身車重減少50%。由于所有的鋁合金都可以回收再生利用，深受環(huán)保人士的歡迎。

根據(jù)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，采用激光束壓合成型工藝，將不同厚度的鋁板或者用鋁板與鋼板復(fù)合成型，再在表面涂覆防腐蝕材料使其結(jié)構(gòu)輕量化且具有良好的耐腐蝕性。

鋁合金已成為僅次于鋼材的汽車用金屬材料，能夠為汽車提供各種鋁合金鑄件、沖壓結(jié)構(gòu)件和拉制的鋁型材。鋁合金主要用于制造發(fā)動機(jī)缸體、活塞、進(jìn)氣支管、氣缸蓋、變速器殼體、矯車的骨架、車身、座椅支架、車輪等部件。

    3.鎂合金和鈦合金

鎂的密度為1.8g/cm3，僅為鋼材密度的35％，鋁材密度的66％。此外它的比強(qiáng)度、比剛度高，阻尼性、導(dǎo)熱性好，電磁屏蔽能力強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定性好，因此在航空工業(yè)和汽車工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。鎂的儲藏量十分豐富，鎂可從石棉、白云石、滑石中提取，特別是海水的鹽分中含3.7%的鎂。近年來鎂合金在世界范圍內(nèi)的增長率高達(dá)20％。

鑄造鎂合金的車門由成型鋁材制成的門框和耐碰撞的鎂合金骨架、內(nèi)板組成。另一種鎂合金制成的車門，它由內(nèi)外車門板和中間蜂窩狀加強(qiáng)筋構(gòu)成，每扇門的凈質(zhì)量比傳統(tǒng)的鋼制車門輕10kg，且剛度極高。隨著壓鑄技術(shù)的進(jìn)步，已可以制造出形狀復(fù)雜的薄壁鎂合金車身零件，如前、后擋板、儀表盤、方向盤等。

鈦的比重為4.6g/cm3，僅是鐵的1/2，但強(qiáng)度和硬度超過了鋼，且不易生銹。用鈦合金鑄造的汽車發(fā)動機(jī)部件更輕、更堅固和更耐腐蝕，鈦合金車身可以承受更大的作用力。

    4.泡沫合金板

泡沫合金板由粉末合金制成，其特點是密度小，僅為0.4~0.7g／cm3，彈性好，當(dāng)受力壓縮變形后，可憑自身的 彈性恢復(fù)原料形狀。泡沫合金板種類繁多，除了泡沫鋁合金板外，還有泡沫鋅合金、泡沫錫合金、泡沫鋼等，可根據(jù)不同的需要進(jìn)行選擇。由于泡沫合金板的特殊性能，特別是出眾的低密度、良好的隔熱吸振性能，深受汽車制造商的青睞。目前，用泡沫鋁合金制成的零部件有發(fā)動機(jī)罩、行李箱蓋等。

    5.蜂窩夾芯復(fù)合板

蜂窩夾芯復(fù)合板是兩層薄面板中間夾一層厚而極輕的蜂窩組成。根據(jù)夾芯材料的不同，可分為紙蜂窩、玻璃布蜂窩、玻璃纖維增強(qiáng)樹脂蜂窩、鋁蜂窩等；面板可以采用玻璃鋼、塑料、鋁板和鋼板等材料。由于蜂窩夾芯復(fù)合板具有輕質(zhì)、比強(qiáng)度和比剛度高、抗振、隔熱、隔音和阻燃等特點，故在汽車車身上獲得較 多應(yīng)用，如車身外板、車門、車架、保險杠、座椅框架等。英國發(fā)明了一種以聚丙烯作芯，鋼板為面板的薄夾層板用以替代鋼制車身外板，使零件質(zhì)量減輕了 50%~60%，且易于沖壓成型。

    6.工程塑料

與通用塑料相比，工程塑料具有優(yōu)良的機(jī)械性能、電性能、耐化學(xué)性、耐熱性、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性等特點，且比要取代的金屬材料輕、成型時能耗少。二十世紀(jì)七十年代起，以軟質(zhì)聚氯乙烯、聚氨酯為主的泡沫類、襯墊類、緩沖材料等塑料在汽車工業(yè)中被廣泛采用。福特公司開發(fā)的LTD試驗車，塑料化后的車身取得了輕量化方面的明顯成果（見表2）。

福特LTD試驗車的輕量化效果

中國工程塑料工業(yè)普遍存在工藝落后、設(shè)備陳舊、規(guī)模小、品種少、質(zhì)量不穩(wěn)定的狀況，而且價格高，缺乏市場競爭力。工程塑料在汽車上的應(yīng)用僅相當(dāng)于國外上世紀(jì)八十年代的水平。如上海桑塔納轎車塑料用量僅為2.86kg/輛，紅旗CA7228型轎車為2.4kg/輛，而日本轎車平均為14kg /輛，寶馬則更高，為35.64kg/輛。但這種局面將很快被打破，由上海普利特復(fù)合材料有限公司投資新建、國內(nèi)最大的汽車用高性能ABS工程塑料生產(chǎn)基 地日前在上海建成投產(chǎn)。此項目引進(jìn)了世界先進(jìn)的工程塑料生成線和試驗檢測儀器等設(shè)備，形成了年產(chǎn)15,000噸高性能ABS工程塑料的能力。

工程塑料用于汽車可實現(xiàn)輕量化和節(jié)能，且可回收和循環(huán)利用。目前六大類的塑料：PP、PUR、PVC、ABS、PA和PE在汽車上得到廣泛的應(yīng)用，通常用于制造車身覆蓋件、車門門襤、車身內(nèi)外裝飾件和水箱面罩、保險杠和車輪護(hù)罩等。

    7.高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料

復(fù)合材料是一種多相材料，是由有機(jī)高分子、無機(jī)非金屬和金屬等原材料復(fù)合而成。目前玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料和碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料在汽車上已經(jīng)獲得成功的應(yīng)用。

玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料耐腐蝕、絕緣性好，特別是有良好的可塑性，對模具要求較低，對制造車身大型覆蓋件的模具加工工藝較簡易，生產(chǎn)周期短，成本較低。在矯車和客車上，采用玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料制造的矯車車身覆蓋件、客車前后圍覆蓋件和貨車駕駛室等零部件。

高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料，特別是碳纖維復(fù)合材料（CFRP），因其質(zhì)量小，而且具有高強(qiáng)度、高剛性，有良好的耐蠕變與耐腐蝕性，因而是很有前途的汽車用輕量化材料。碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用，美國開展的最好。

二十世紀(jì)八十年代后期，復(fù)合材料車身外覆件得到大量的應(yīng)用和推廣，如發(fā)動機(jī)罩、翼子板、車門、車頂板、導(dǎo)流罩、車廂后擋板等，甚至出現(xiàn)了全復(fù)合材料的卡車駕駛室和轎車車身。據(jù)統(tǒng)計，在歐美等國汽車復(fù)合材料的用量約占本國復(fù)合材料總產(chǎn)量的33％左右，并繼續(xù)呈增長態(tài)勢，復(fù)合材料作為汽車車身的外覆件來說，無論從設(shè)計還是生產(chǎn)制造、應(yīng)用都已成熟，并已從車身外覆件的使用向汽車的內(nèi)飾件和結(jié)構(gòu)件方向發(fā)展。圖2為法國SORA公司為雷諾汽車公司開發(fā) 的全復(fù)合材料轎車車身和重型卡車駕駛室。上海通用柳州汽車公司和東風(fēng)公司計劃推出全復(fù)合材料車身的家庭用小轎車。

    8.陶瓷材料

由于陶瓷本身具有的特殊力學(xué)性能以及對熱、電、光等的物理性能，陶瓷材料特別是特種陶瓷在汽車上的應(yīng)用日益受到人們的重視。我國已成功研制鈦酸鋁陶瓷-鋁合金復(fù)合排氣管、氮化硅陶瓷柴油機(jī)渦輪增壓轉(zhuǎn)子和球軸承等汽車部件。

汽車的構(gòu)造材料可反映人類所應(yīng)用材料的技術(shù)水平。目前，6類主要材料如鋼﹑鐵﹑塑料﹑鋁﹑橡膠﹑玻璃共占轎車質(zhì)量的90%，其余10%為其 他多種材料，包括有色金屬（銅、鉛、鋅、錫等），車中裝備的液體（燃油、潤滑劑、其他油品和水基液等），油漆、纖維制品。如富康轎車用料為鋼55%，鑄鐵 12%，塑料12%，鋁6%，橡膠3%。常見汽車材料的構(gòu)成如下圖所示。

汽車材料構(gòu)成

    ■ 新型功能材料

    1.稀土材料

中國稀土資源豐富，居世界前列。世界已探明的稀土儲量中國占世界已探明資源的80%，為我國大力開發(fā)稀土材料提供了得天獨厚的條件。

使用汽車廢氣凈化催化劑是控制汽車廢氣排放、減少污染的最有效的手段。含稀土的汽車廢氣凈化催化劑價格低、熱穩(wěn)定性好、活性較高，使用壽命長，引起了人們的廣泛關(guān)注。

汽車廢氣凈化稀土催化劑所用的稀土成分主要是氧化鈰、氧化鑭和氧化鐠等。用于汽車廢氣凈化催化劑的載體通常為蜂窩陶瓷，稀土還可以作為陶瓷載體的穩(wěn)定劑以及活性涂層材料等。

    2.納米材料

納米科技是21世紀(jì)科技產(chǎn)業(yè)革命的重要內(nèi)容之一，它是高度交叉的綜合性學(xué)科，包括物理、化學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)和電子學(xué)。它不僅包含以觀測、分析和研究為主線的基礎(chǔ)學(xué)科，還有以納米工程與加工學(xué)為主線的技術(shù)科學(xué)，所以納米科學(xué)與技術(shù)也是一個融前沿科學(xué)和高技術(shù)于一體的完整體系。

    納米技術(shù)將在汽車上的結(jié)構(gòu)材料、節(jié)能、環(huán)保等方面獲得廣泛的應(yīng)用。納米陶瓷材料的耐磨性和質(zhì)量減小、穩(wěn)定性增強(qiáng)。納米陶瓷軸已經(jīng)應(yīng)用在奔弛等高級矯車上，使機(jī)械轉(zhuǎn)速加快、質(zhì)量減小、穩(wěn)定性增強(qiáng)、使用壽命延長。

納米汽油是一種利用現(xiàn)代最新納米技術(shù)開發(fā)的汽油微乳化劑，納米汽油可以降低油耗10%-20%，可降低廢氣中有害氣體含量50%-80%。

納米潤滑劑是采用納米技術(shù)改善潤滑油分子結(jié)構(gòu)的石油產(chǎn)品，它不對任何潤滑油添加劑、穩(wěn)定劑、處理劑、發(fā)動機(jī)增潤劑或減磨劑等產(chǎn)生不良作用，只是在零件金屬表面自動形成純烴類單個原子厚度的一層薄膜。

納米增強(qiáng)增韌塑料可以代替金屬材料，由于它們比重小重量輕，因此廣泛用于汽車上可以大幅度減輕汽車重量，達(dá)到節(jié)省燃料的目的?？梢杂糜谄嚿系谋ｋU杠、座椅、翼子板、頂蓬蓋、車門、發(fā)動機(jī)蓋、行李艙蓋以及變速器箱體、齒輪傳動裝置等一些重要部件?？棺贤饩€老化塑料能夠吸收和反射紫外線，比普 通塑料的抗紫外線能力提高20倍以上，能有效延長其使用壽命。無機(jī)納米抗菌塑料加工簡單，廣譜抗菌，24h接觸殺菌率達(dá)90%，無副作用，可以用在車門把 手、方向盤、座椅面料、儲物盒等易污部件。

二．車身新材料應(yīng)用的現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外車身輕量化的研究方向是開發(fā)具有較高強(qiáng)度的輕質(zhì)高性能新材料及設(shè)計新的輕量化結(jié)構(gòu)。通過多年的探索，已取得了新的進(jìn)展。德國大眾九十年代末開發(fā)的路波TDI車型就是采用新設(shè)計、新材料、新工藝的綜合成果。

    TDI所有車身部件都是輕質(zhì)金屬制成，包括前擋泥板、車門、發(fā)動機(jī)罩和尾門，其中尾門的金屬外層是鋁質(zhì)，內(nèi)板是鎂制成。汽車的內(nèi)部設(shè)備許多也是輕質(zhì)金屬制成的，如，座椅的框架由鋁制成，方向盤的內(nèi)骨架是鎂制成。乘客艙和發(fā)動機(jī)室之間組合隔板是鋁質(zhì)的。支撐結(jié)構(gòu)通常也是由高強(qiáng)度的薄板金屬制成 的。

為解決新材料的防腐蝕保護(hù)和連接，大眾采用創(chuàng)新的沖孔鉚接法、迭邊壓接、激光釬焊等技術(shù)。

路波TDI自重為830kg

路波TDI自重為830kg，包括417kg(50.5％)的鋼、136kg輕質(zhì)金屬(16.4％，包括3.7kg的鎂)、116kg塑料 (14.0％)。在保證車身抗扭剛度、使用壽命和安全性的前提下，車身的重量減輕了50kg，汽車的總重減輕了154kg。由于汽車自重大幅度減輕，使得百公里油耗降至2.99升，總能量消耗只是傳統(tǒng)汽車的一半。這意味著二氧化碳的排放量也將減少一半，碳?xì)浠衔锏呐欧帕拷档剿姆种?，是典型的環(huán)保型轎車，也是世界上批量生產(chǎn)的最經(jīng)濟(jì)轎車之一。

三．新材料應(yīng)用的發(fā)展趨勢

    1．新材料回收再用性的研究

研究汽車新材料的最終處置問題至關(guān)重要，從某種程度上講，關(guān)系到它的生存與發(fā)展。目前，汽車上約占自重25％的材料無法回收再用，其中三分 之一為各種塑料，三分之一為橡膠，還有三分之一為玻璃、纖維。鑒于這種情況，世界各國都花費大量的人力、物力進(jìn)行材料的回收再生問題的研究?，F(xiàn)在可以通過三種途徑進(jìn)行回收：顆?；厥?，重新碾磨；化學(xué)回收，高溫分解；能源回收，將廢棄物作為燃料。

德國在回收塑料等材料的法規(guī)是世界上最為完善的，其管理方式非常明確，即首先是避免產(chǎn)生，然后才是“循環(huán)使用”和“最終處理”。1991年 規(guī)定回收塑料中的60％必須是機(jī)械性回收，另有40％可以機(jī)械回收，也可以采用填埋或能量回收的方式。通過十年的努力，現(xiàn)在的回收率已高達(dá)87％。日本是循環(huán)經(jīng)濟(jì)立法最全面的國家，其目的是建立一個資源“循環(huán)型社會”。為此，日本對廢舊塑料的回收利用一直保持積極態(tài)度。此外，日本還大力支持以廢塑料為主的工業(yè)垃圾發(fā)電事業(yè)。計劃到2010年在全國建立150個廢塑料發(fā)電設(shè)備。

    2．減少材料的品種

未來汽車在工程塑料類型的選擇上將會發(fā)生巨大的變化。目前汽車使用的塑料由幾十種高分子材料組成，當(dāng)前世界各大汽車公司致力于減少車用塑料種類，并盡量使其通用化。這將有利于材料的回收再生和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

    3．降低成本

制約汽車車身新材料應(yīng)用的重要因素是價格。作為主要新材料的高強(qiáng)度鋼、玻璃纖維增強(qiáng)材料、鋁和石墨增強(qiáng)，其成本分別為普通碳鋼的1.1倍、 3倍、4倍和20倍。所以只有大幅度降低這些新材料的制造成本，才可能使諸多新材料進(jìn)入批量生產(chǎn)。如玻璃纖維增強(qiáng)材料將在成本上成為鋼材的有力競爭者，雖然它的重量減輕有限，但價格卻能為用戶接受。石墨合成材料盡管性能良好，但因其成本居高不下，目前它在汽車工業(yè)上很難有所作為。

    4．先進(jìn)的制造工藝的研發(fā)

采用新材料與先進(jìn)的制造工藝是相輔相成的，汽車工業(yè)正在努力開發(fā)新的制造方法，對傳統(tǒng)的工藝進(jìn)行更新。例如：適用于輕量化設(shè)計的連接工藝今年來有所發(fā)展，如德國某汽車公司在大批生產(chǎn)的轎車上采用CO2激光束焊接，與傳統(tǒng)的焊接工藝相比，焊接成的高強(qiáng)度鋼板車身的強(qiáng)度提高了50％。又如，一些 復(fù)合材料的SMC殼體的材料較厚，大約為2.5~3mm，限制了輕量化的幅度。法國雷諾公司采用新的A級表面精度的SMC模壓技術(shù)和低密度填料，減薄了零 件厚度，使轎車殼體重量比普通SMC工藝下降了30％。

  5．車身設(shè)計方法的革命

據(jù)歐洲汽車界人士預(yù)測，在今后十年中，轎車自身質(zhì)量還將減輕20％，除了大量采用復(fù)合材料和輕質(zhì)合金外，車身設(shè)計方法也將發(fā)生重大變化。

由于大量采用新型材料，傳統(tǒng)的車身結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法可能不再適用，取而代之的是一種基于生物學(xué)增長規(guī)律的形狀優(yōu)化設(shè)計法，這種設(shè)計方法即能減少零件質(zhì)量，又延長了零件的使用壽命。此外，采用新的設(shè)計方法還能使車身零件數(shù)大幅度減少。如某車型的零件數(shù)已由400個減少到75個，質(zhì)量減輕 30％。美國克萊斯勒汽車公司尚未投放市場的概念車由于采用了創(chuàng)新的優(yōu)化設(shè)計法，使整車自重降至544kg。這說明輕量化設(shè)計具有極大的潛力。

缸體和缸蓋缸

缸體是發(fā)動機(jī)的骨架和外殼，在缸體內(nèi)外安裝著發(fā)動機(jī)主要零部件。缸體在工作中承受氣壓力的拉伸和氣壓力與慣性力聯(lián)合作用下的傾覆力矩的扭轉(zhuǎn)和彎曲以及螺栓預(yù)緊力的綜合作用。在這些大小、方向變化的力和力矩作用下，使機(jī)體產(chǎn)生橫向和縱向的變形，變形超過許用值使將影響與機(jī)座相聯(lián)零部件的可靠性 和工作能力，尤其是活塞、連桿和等零件的工作可靠性和耐磨性會受到嚴(yán)重影響，并導(dǎo)致發(fā)動機(jī)不能正常工作。因此缸體材料必須滿足下列要求：

（1）有足夠的強(qiáng)度和剛度。特別是要有足夠的剛度，以減小變形，保證尺寸的穩(wěn)定造性

（2）良好的鑄造性和和切削性。

（3）價格低廉。

缸體常用的材料有灰鐵和鋁合金兩種。鋁合金的密度小，但鋼度差、強(qiáng)度低及價格貴。所以除了某些發(fā)動機(jī)為減輕重量而采用外，一般均用灰鑄鐵作為鋼體材料。

灰口鑄鐵在汽車上應(yīng)用較為廣泛，還可用以制造飛輪、飛輪殼、變速箱殼及蓋、離合器殼及壓板、進(jìn)排氣支管、制動鼓以及液壓制動總泵和分泵的缸體等。

缸蓋只要用來封閉氣缸構(gòu)成燃燒室。缸蓋承受燃?xì)獾母邷?、高壓作用，機(jī)械負(fù)荷（如氣壓力使缸蓋承受彎曲，缸蓋螺栓的預(yù)緊力等）和熱負(fù)荷的作用。由于溫度高、形狀復(fù)雜、受熱不均勻使使缸蓋上的熱應(yīng)力很大，嚴(yán)重時可造成缸蓋甚至出現(xiàn)裂紋。

根據(jù)上述工作條件，缸蓋應(yīng)用導(dǎo)熱性好、高溫機(jī)械強(qiáng)度高、能承受反復(fù)熱應(yīng)力、鑄造性能良好的材料來制造。目前使用的缸蓋材料有兩種：一是灰鑄鐵或合金鑄鐵；另一種是鋁合金。

鑄鐵缸蓋具有高溫強(qiáng)度高、鑄造性能好、價格低等優(yōu)點，但是導(dǎo)熱性差、重量大。鋁合金缸蓋的主要優(yōu)點是導(dǎo)熱性好、重量輕，但是高溫強(qiáng)度低，使用中容易變形、成本較高。

缸套

發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)是在氣缸內(nèi)完成的。氣缸內(nèi)與活塞接觸的內(nèi)壁面，由于直接承受燃?xì)獾臎_刷，并與活塞存在著具有一定壓力的高速相對運動，使氣缸內(nèi)壁受到強(qiáng)烈的摩擦，造成磨損。氣缸內(nèi)壁的過量磨損是造成發(fā)動機(jī)大修的主要原因之一，根據(jù)氣缸內(nèi)壁工作條件的這一特殊性應(yīng)選用相應(yīng)的材料，即缸體用普通 鑄鐵或鋁合金，而氣缸工作面則用耐磨材料，制成缸套鑲?cè)霘飧住?/p>

常用缸套材料為耐磨合金鑄鐵，主要有高磷鑄鐵、硼鑄鐵、合金鑄鐵等。

為了提高缸的耐磨性，可以用鍍鉻、表面淬火、噴鍍金屬鉬或其他耐磨合金等辦法對缸套進(jìn)行表面處理。

汽車用塑料

塑料在汽車中的應(yīng)用發(fā)展很快，從機(jī)械、熱應(yīng)力較小的內(nèi)飾件和小機(jī)件，發(fā)展到大型結(jié)構(gòu)件，如車身、車架懸掛彈簧等，從20世紀(jì)80年代以來已 逐步發(fā)到進(jìn)入發(fā)動機(jī)內(nèi)部，用于制造連桿、活塞銷、進(jìn)氣門等配件。用塑料取代金屬制造汽車配件，可以直接取得汽車輕量化的效果，還可以改善汽車的某些性能，如防腐、防銹蝕、減振、抑制噪聲、耐磨等。

汽車內(nèi)飾用塑料

用于汽車內(nèi)飾件的材料要求具備吸振性能好、手感好、耐磨性好的特點，以滿足安全、舒適、美觀的目的。在20世紀(jì)80年代塑料已是汽車的主要 內(nèi)飾材料。內(nèi)飾用主要材料品種為聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）和ABS等年。內(nèi)飾塑料制品，主要有：座墊、儀表板、扶手、頭枕、門 內(nèi)襯板、頂棚襯里、地毯、控制箱、轉(zhuǎn)向盤等。

（1）聚氨酯泡沫塑料

聚氨酯泡沫塑料具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐油、耐寒、防振和隔音等特點，成為汽車的一種主要內(nèi)飾材料。聚氨酯泡沫塑料在汽車上一般用于制造汽車坐墊、汽車儀表板、扶手、枕頭等。其緩沖材料大部分都使用半硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料制品。

（2）聚氨酯塑料

聚氨酯除了用作泡沫塑料外，還可以采用不同配方制成熱塑料型聚氨酯塑料。主要用于制造汽車保險杠、儀表板、擋泥板、前端部、發(fā)動機(jī)等。

（3）聚氯乙烯

其在汽車上的用量約占汽車用塑料總量的20％~30％，主要用于制造各種表皮材料和電線包皮。如：聚氯乙烯人造革用于汽車坐墊、車門內(nèi)板及其他裝飾覆蓋件上。聚氯乙烯地毯用于貨車駕駛室等。

汽車用工程塑料

工程塑料在汽車上主要用作結(jié)構(gòu)件，要求塑料具有足夠的溫度－強(qiáng)度特征和溫度－蠕變特征以及尺寸穩(wěn)定性。工程塑料是能夠滿足這些技術(shù)要求的。汽車上常用的工程塑料有聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酰胺、聚甲醛、聚炭酸酯、酚醛樹脂等。

（1）聚丙烯

一輛汽車的聚丙烯零件可達(dá)70多種，主要用于通風(fēng)采暖系、發(fā)動機(jī)的某些配件以及外裝件，如汽車轉(zhuǎn)向盤、儀表板、前、后保險杠、加速踏板、蓄電池殼、空氣濾清器、冷卻風(fēng)扇、風(fēng)扇護(hù)罩、散熱器格柵、轉(zhuǎn)向機(jī)套管、分電器蓋、燈殼、電線覆皮等。

（2）聚乙烯

在汽車上，聚乙烯可用于制造汽油箱、擋泥板、轉(zhuǎn)向盤、各種液體儲蓄罐以及襯板。聚乙烯在汽車上最重要的用途是制造汽油箱，較金屬油箱具有以下優(yōu)點：聚乙烯油箱長期穩(wěn)定性良好；沖撞時不發(fā)生火花，因此不會發(fā)生燃燒爆炸；設(shè)計自由度大，可充分利用空間；質(zhì)量輕，較金屬油箱可減輕質(zhì)量 1／3~1／2；耐腐蝕性好；成型工藝簡單，價廉。

（3）聚苯乙烯

聚苯乙烯在汽車上主要用作各種儀表外殼、燈罩及電器零件。

（4）ABS

根據(jù)使用性能的要求，通過改變ABS中三個單體組分的變化，以及引入第四章組分等方式，可獲得許多新品種，如一般用品種、電鍍用品種、耐熱 品種、透明品種等?？梢哉f，在熱塑性塑料中ABS的品種牌號最多。ABS具有良好的機(jī)械性能，剛性好，耐寒性強(qiáng)，加工性能好，表面光潔，制品表面可以電鍍。

（5）聚酰胺（尼龍）

尼龍可用于制造燃油濾清器、空氣濾清器、機(jī)油濾清器、正時齒輪、水泵殼、水泵葉輪。風(fēng)扇、制動液灌、動力轉(zhuǎn)向液灌、雨刷器齒輪、前大燈殼、百葉窗、軸承保險架、保險絲盒、宿舍、速度表齒輪等。以后發(fā)展的還有玻璃纖維強(qiáng)尼龍制造的發(fā)動機(jī)搖臂罩、發(fā)動機(jī)機(jī)油盤、散熱器水箱、蓄電池拖架等。尼龍 11和尼龍12可制造曲軸箱通風(fēng)軟管、制動軟管、冷卻液軟管、離合器液壓軟管、燃油軟管等。

（6）聚甲醛（POM）

用POM制造的汽車零件很多，主要有各種閥門，如排水閥門、空調(diào)器閥門；各種葉輪，如水泵葉輪、暖風(fēng)器葉輪、油泵葉輪；軸套及襯套如行星齒輪和半軸墊片、鋼板彈簧吊銷等。在60年代發(fā)展起來的聚甲醛鋼背副戶材料（DX），作為預(yù)潤滑材料，在汽車上用作滑動軸承材料。

（7）飽和聚酯

汽車上常用的飽和聚酯有PBT（對苯二甲酸丁二醇酯）和PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）。PBT與PET耐熱性較好，吸水率很小、耐老化性優(yōu)良。用玻璃纖維增強(qiáng)的PBT與PET可與尼龍、POM、酚醛塑料相競爭。用PET制造的汽車零件主要有：后窗通風(fēng)格柵、車尾板通風(fēng)格柵、前擋泥板延伸部分、燈座、車牌支架等車身部分，分電器蓋、點火線圈架、開關(guān)、插座等電器零件，冷卻風(fēng)扇、雨刷器桿、油泵葉輪和殼體、鏡架、各種手柄等機(jī)能結(jié)構(gòu)件。

汽車外裝及結(jié)構(gòu)件用纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料

纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料統(tǒng)稱為FRP，是一種纖維和塑料復(fù)合而成的材料。增強(qiáng)用的纖維為玻璃纖維、碳纖維和高強(qiáng)度合成纖維。母體樹脂根據(jù)使用要求，可用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯等。汽車上常用的是玻璃纖維和熱固性樹脂的復(fù)合材料。

    FRP作為汽車用材料具有材質(zhì)請、設(shè)計靈活、便于一體成型、耐腐蝕、耐化學(xué)藥品、耐沖擊、著色方便等優(yōu)點，但在這種材料用于大批量汽車生產(chǎn)時，與金屬材料比較還存在著生產(chǎn)效率低、可靠性差、表面加工差、材料回收困難等方面的問題。

    FRP材料可用于制造汽車頂棚、空氣導(dǎo)流板、前端部、前燈殼、發(fā)動機(jī)罩、擋泥板、后端板、三角窗框、外板等外裝件。用碳纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料制成的汽車零件，還有傳動軸、懸掛彈簧、保險杠、車輪、轉(zhuǎn)向節(jié)、車門、座椅骨架、發(fā)動機(jī)罩、格柵、車架等。

汽車用橡膠

橡膠具有很好的彈性，是汽車用的一種重要材料。一輛轎車的橡膠件約占轎車整備質(zhì)量的4％~5％。輪胎是汽車的主要橡膠件，此外還有各種橡膠軟管、密封件、減振墊等約300件。

輪胎的主要材料有生膠（包括天然橡膠、合成橡膠=再生膠）、骨架材料即纖維材料（包括棉纖維、人造絲、尼龍、聚酯、玻璃纖維、鋼絲等）以及碳黑等。

生膠是輪胎最重要的原材料，輪胎用的生膠約占全部原材料質(zhì)量的50％。目前，轎車輪胎以合成橡膠為主，而載重輪胎以天然相交為主。

天然橡膠在許多性能方面優(yōu)于通用型合成橡膠，起主要特點是強(qiáng)度高、彈性高，生熱和滯后損失小，耐撕裂，以及有良好的工藝性、內(nèi)聚性和黏著性。用它制成的輪胎耐辭扎，特別對使用條件苛刻的輪胎，起胎面上層膠大多完全采用天然橡膠。

丁苯橡膠主要用于轎車輪胎，以提高輪胎的抗?jié)窕?，保證行車安全。

順丁橡膠一般都與天然橡膠貨丁苯橡膠并用。隨著順丁橡膠摻用量的增加，耐磨性提高，生熱降低，但抗撕裂和抗?jié)窕詤s隨之降低，為保證行車安全，它的摻用量不宜太高。

丁基橡膠是一種特殊合成橡膠。具有優(yōu)良的氣密性和耐老化性。用它制造的內(nèi)胎，氣密性比天然橡膠內(nèi)胎好。出于氣密性好，使用中不必經(jīng)常充氣，輪胎使用壽命相應(yīng)提高。它又是無內(nèi)輪胎密封層的最好材料。

汽車用陶瓷材料

陶瓷材料具有耐高溫、耐腐蝕以及在導(dǎo)電與介電方面的特殊性能。利用陶瓷材料制作某些汽車部件，可改善汽車部件的運行特征達(dá)到汽車輕量化的效果，因而得到了一定程度的應(yīng)用。這里主要介紹陶瓷材料在汽車發(fā)動機(jī)零部件上應(yīng)用的情況。

日本汽車公司在重型載貨汽車用柴油機(jī)（排量1.5升）的基礎(chǔ)上開發(fā)了陶瓷復(fù)合發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，使功率提高10％，燃料消耗率降低30％。

日本五十鈴發(fā)動機(jī)長研制的陶瓷發(fā)動機(jī)，采用Si3N4制造氣閥頭、活塞頂、汽缸套、歧管、蝸輪增壓器葉片、轉(zhuǎn)子、軸承等，能經(jīng)受1200℃高溫，取消了散熱器和冷卻裝置，起熱效率提高48％。

美國通用汽車公司在其所制成的2.3升柴油機(jī)上，采用陶瓷鋼套、氣門頭、燃燒室、排氣門通道、氣缸蓋、活塞頂以及用陶瓷涂鍍的氣門搖臂、氣門挺桿、氣門導(dǎo)管和滑動軸承，并已經(jīng)在轎車上作了20290km路試；用Si3N4陶瓷制造的蝸輪葉輪，其熱膨脹系數(shù)是金屬的1／3，利用這一特點，采用熱壓肯和釬焊相結(jié)合的方法把陶瓷葉輪和金屬軸連接起來，使陶瓷葉輪的慣性力矩比金屬葉輪減少了1／3使渦輪增壓器的動態(tài)響應(yīng)性提高36%。

此外，為了有效地利用陶瓷的耐磨性，開發(fā)了陶瓷凸輪軸和陶瓷搖臂鑲塊。陶瓷凸輪軸的滑動部位采用ZrO2或SiC，其他部位用金屬管制成。陶瓷部位與金屬部位的結(jié)合采用硬釬焊和擴(kuò)散法。凸輪接觸面部位融接陶瓷片的鋁搖臂，大大提高了搖臂壽命。陶瓷片是用微米級的Si3N4粉未在1500℃的高溫下燒結(jié)而成的。長20mm,寬20mm,厚5mm的帶筋陶瓷片，其筋條插進(jìn)搖臂中。其澆注工藝是把陶瓷片放在搖臂鑄型中，然后澆入600℃鋁溶液，利用鋁的懷固緊鑲片。

另外，利用陶瓷的絕緣性、介電性、壓電性等特性制作汽車陶瓷傳感器，已成為汽車電子化的重要方面。