汽车轻量化

内容概要

汽车的结构材料正在由以低碳钢为主转变为钢、铝和镁等轻质合金以及聚合物基复合材料的组合。其中许多材料已经用于现代汽车，尽管可能其批量很小。未来的汽车不得不轻量化，以改善燃油经济性和减少环境污染，因此这些材料将被大量使用。材料的选择不仅要考虑轻量化的潜力，而且要考虑安全、使用寿命、加工工艺、连接、循环使用和成本等因素。这些正是本书将要探讨的问题。

本书的内容包括材料种类、材料性能、工艺技术和设计以及材料的选择等与轻量化汽车设计相关的问题。每一章都由从事这些材料应用或研究、掌握第一手资料和经验丰富的工业领域或学术界的专家撰写。本书首先对轻量化汽车结构的材料和设计进行了简要的回顾，然后分为两个主要部分：材料和设计制造。材料的章节包括先进的钢、铝合金、镁合金和聚合物基复合材料。这些章节都由材料性能、工艺特性和应用实例等内容组成。设计制造部分包括轻质合金的制造工艺、连接、防撞性设计、循环利用和使用寿命等内容。真诚希望本书对于汽车工业领域的工程师和材料研究领域的学者有所裨益。

书籍目录

第1部分轻量化汽车结构件材料

第1章概述

1.1引言

1.2汽车材料

1.2.1钢

1.2.2铝合金

1.2.3镁合金

1.2.4钛合金

1.2.5不锈钢

1.2.6铸铁

1.2.7复合材料

1.2.8玻璃材料

1.3轻量化汽车的材料选择

1.3.1车身结构

1.3.2车身板件

1.4结论

1.5参考文献

第2章用于制造轻量化汽车结构件的先进钢材

2.1汽车用钢材的历史

2.2高强度钢的类型

2.2.1无间隙原子钢和烘烤硬化钢

2.2.2双相钢

2.2.3先进高强度钢——多相钢

2.2.4冷轧马氏体钢和热处理硼钢

2.2.5相变诱导塑性钢

2.2.6复相钢

2.2.7第二代先进高强度钢——孪晶诱导塑性（TWIP）钢

2.2.8小结

2.3第三代先进高强度钢

2.4高强度钢的加工与成形

2.4.1高强度钢成形

2.4.2高强度钢的连接

2.5轻量化汽车钢结构件的设计

2.6结论

2.7参考文献

第3章用于制造轻量化汽车结构件的铝合金

3.1引言

3.2铝合金的国际命名系统

3.3铝合金回火的国际命名系统

3.4轻量化汽车所用的铝合金

3.4.1轻量化汽车所用的铸造铝合金

3.4.2轻量化汽车所用的铝合金板件

3.4.3轻量化汽车所用的铝合金挤压件

3.5用铝合金替代竞争性材料

3.5.1汽车用铝合金和钢的总体比较

3.5.2汽车用铝合金和玻璃纤维增强塑料的总体比较

3.6参考文献

第4章用于制造轻量化动力传动装置和汽车结构件的镁合金

4.1引言

4.1.1镁的提炼和消耗

4.1.2镁合金及其性能和工艺概述

4.1.3镁合金在汽车上的应用

4.2铸镁

4.2.1铸镁合金的命名和合金家族

4.2.2镁的铸造原理

4.2.3镁的铸造工艺

4.2.4铸镁在汽车上的应用

4.3镁板

4.3.1镁板的合金家族、命名和性能

4.3.2镁板成形工艺

4.3.3使用镁板的成形工艺

4.3.4镁板在汽车上的应用

4.4挤压镁

4.4.1挤压镁的合金和性能

4.4.2挤压工艺

4.4.3镁管弯曲

4.4.4镁的挤压成形

4.4.5镁挤压件在汽车上的应用

4.5未来趋势

4.5.1材料挑战

4.5.2工艺挑战

4.5.3性能挑战

4.6致谢

4.7参考文献

第5章用于制造轻量化汽车的热塑性塑料与热塑性复合材料

5.1引言

5.2车用热塑性塑料

5.2.1一般特性

5.2.2热塑性聚合物的设计考虑

5.2.3热塑性聚合物的注射成型

5.3车用热塑性复合材料

5.3.1一般特性

5.3.2短纤维热塑性塑料

5.3.3长纤维热塑性塑料

5.3.4玻璃纤维毡热塑性塑料

5.3.5玻璃纤维织物增强热塑性塑料

5.3.6层压热塑性塑料复合材料

5.3.7天然纤维热塑性塑料

5.3.8自增强热塑性塑料

5.3.9热塑性纳米复合材料

5.4热塑性复合材料的连接

5.5结论

5.6参考文献

第6章用于制造轻量化汽车结构件的热固性复合材料

6.1引言

6.2材料

6.2.1材料选择应考虑的问题

6.2.2纤维

6.2.3纤维结构

6.2.4干纤维预成型件

6.2.5热固性聚合物

6.3加工工艺

6.3.1压缩成型

6.3.2树脂传递成型

6.3.3结构反应注射成型

6.3.4纤维缠绕

6.3.5真空袋压成型

6.4碳纤维增强热固性复合材料

6.5结论

6.6参考文献

第2部分轻量化汽车结构设计与制造

第7章轻合金加工工艺

7.1轻合金的选择

7.2有价值的材料

7.2.1铝

7.2.2镁

7.3车辆结构设计与制造

7.3.1锻造材料

7.3.2车辆结构的设计与制造

7.3.3轻量化材料设计问题

7.3.4制造难题

7.3.5影响金属产品制造成本的因素

7.4结构件的成形

7.4.1金属板成形工艺

7.4.2散料金属成形工艺

7.5铸造结构件

7.5.1优点与局限性

7.5.2设计要素

7.5.3将铸造作为一种首选工艺

7.6铸造工艺

7.6.1铸型分类

7.6.2可选择的一次铸型铸造工艺

7.6.3可选择的永久铸型铸造工艺

7.7轻合金应用的必备条件

7.8有希望用于汽车的金属成形工艺

7.8.1热模成形

7.8.2管材液压成形

7.8.3电磁成形

7.9参考文献

第8章用于轻量化汽车的连接技术

8.1引言

8.2液相焊接

8.2.1电阻点焊

8.2.2电弧焊

8.2.3激光焊接

8.3固相焊接

8.3.1搅拌摩擦焊

8.3.2搅拌摩擦点焊

8.4机械连接

8.4.1自穿孔铆接

8.4.2冲铆

8.5粘接

8.5.1粘合剂粘接

8.5.2焊接粘接与铆钉粘接

8.6聚合物基复合材料的连接

8.7结论

8.8致谢

8.9参考文献

第9章轻量化汽车的回收与生命周期问题

9.1引言

9.2生命周期分析

9.3回收

9.4回收对生命周期分析的重要性

9.5轻质材料回收的趋势与问题

9.5.1铝

9.5.2镁

9.5.3聚合物复合材料

9.6结论

9.7参考文献

第10章轻量化汽车的碰撞性能设计问题

10.1引言

10.2车辆碰撞安全性背景

10.3用轻质材料实现的汽车碰撞性能设计

10.4利用计算机辅助工程（CAE）进行碰撞安全性设计

10.5用于制造轻量化汽车车身结构的纤维增强复合材料

10.6各种轻量化对策

10.7结论

10.8参考文献

作者简介

《汽车轻量化:材料、设计与制造》分两部分，第一部分主要介绍用于制造轻量化汽车结构件的先进钢材，用于制造轻量化动力传动装置和汽车结构件的铝合金、镁合金，用于制造轻量化汽车结构件的热塑性材料和热固性材料；第二部分主要介绍轻质合金的加工工艺、轻量化汽车的连接工艺、回收与寿命周期、抗撞设计等轻量化汽车结构件的设计与制造问题。

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