汽车冲压件材料的合理选择.docx

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汽车冲压件材料的合理选择

汽车冲压件材料的合理选择

一般来说，产品设计和工艺人员遇到下列情况时，都会涉及材料选用问题。

a．设计新产品时，就要根据产品的技术经济指标、对零部件的作用、受力情况和工作条件以及工艺要求选用材料。

b.改进产品或仿制产品时，可在原产品和仿制品的基础上提出改进方案，根据改制和仿制的

要求选用合适的材料。

c.进口产品国产化时，要对其样品进行技术分析和性能试验，提出性能与之相当的新材料。

d.改变工艺流程时，原材料难于适应而进行材料代用。

在生产过程中，采用新材料、新工艺、新技术和节支降耗都涉及材料的变更问题。

e.原材料供需发生问题时，为确保生产的顺利进行，需要进行临时的或长久的材料变更。

因此，为产品合理选用材料，选择适用性的材料是保证产品使用性、工艺性、经济性的基础。

据德国统计局统计，生产1辆汽车的费用按比例分配为原材料占53%、制造占30%、设计开发占5%、其他占12% 。

由此可以看出，原材料的选择直接决定了汽车性能和经济性。

汽车生产中采用了大量的冷冲压工艺，该工艺不仅生产效率高，产品质量稳定，而且非常适合汽车工业多品种、大批量生产的需要。

在中、重型汽车中，大部分覆盖件如车身外板等，及一些承重和支撑件如车架、车厢等零部件都是冲压件。

用于冷冲压的钢材主要是钢板和钢带，占整车钢材消耗量的72.6%,,冷冲压材料与冲压生产的关系十分密切，材料的好坏不仅决定产品的性能，更直接影响到冲压工艺的过程设计，影响到冲压产品的质量、成本、使用寿命和生产组织，因此合理选用汽车冲压件材料是一个重要而复杂的工作。

在汽车冲压件中，一部分冲压件经冲压后直接成为汽车零部件，另一部分冲压件经冲压后还需经过焊接、或机械加工、或油漆等工艺加工后才能成为汽车零部件。

因此，冲压材料的选用既要符合产品使用性能的要求，也要满足冲压工艺要求及后续加工（如焊接、机械加工等）要求。

通常在选择冲压材料时应遵循以下原则：

a.所选材料首先应满足零件的使用性能要求； 

b:

所选材料要有较好的工艺性能； 

c.所选材料要有较好的经济性。

下面从零件使用性能、不同加工工艺对汽车冲压材料的要求来试论述冲压件选材的原则及注意事项。

2、汽车冲压件的使用性能对冲压材料性能的要求 

所谓使用性能，是指机械零件在服役条件下所表现出来的力学性能、物理和化学性能。

使用性能是选材时要考虑的最主要因素。

不同的零件所要求的使用性能也不一样，在选材时，首要的任务就是准确地判定零件所要求的主要使用性能。

汽车冲压件主要以车身覆盖件、车架纵梁和横梁、车厢、车轮及发动机用的覆盖件为主，还有一些支撑件与连接件。

每个具体的汽车零部件的使用和工作条件不同，承受的负荷不同，因此对用材的要求也有很大的差异。

2．1汽车驾驶室零部件对材料性能的要求 

汽车驾驶室零部件大都是覆盖件，外形复杂，成形复杂，但受力不大，采用模具成形工艺，材料的成形性能就成了主要矛盾，因此要求材料具有成形性、张紧刚性、延伸性、抗凹性、耐腐性和焊接性等。

产品设计时，通常根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。

一般选用拉延性能优良的低碳冷轧钢板、超低碳冷轧钢板。

近几年，成形性优异、强度更高的含磷冷轧钢板、高弓童度冷轧钢板、冷轧双相钢板、烘烤硬化冷轧钢板、超低碳钢高强度冷轧钢板以及其他种类钢板如涂镀层钢板、拼焊钢板和trip钢板等，也被大量应用到车门外板、车门内板、车门加强板、车顶盖、行李箱盖板和保险杠等汽车车身零件上

金属特性

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一、结构钢特性：

08F冷塑性好,易成形；焊接性能优良,时效敏感;切削加工性,冷拉正火态

    较退火态良好。

10冷塑性好,板材正火或高温回后性能及佳,切削性,冷拉正火较退火态好,

    易焊接。

35冷塑性尚好,各种焊接性能良好;切削性好;用于制作受力不大的机械零

    件及中小尺寸锻件。

45中碳优质多强度钢,淬透性低,一般的正火态使用;只有要求高的零件才

    进行ML4行调质。

冷塑性一般;切削性,退火,正火比调质时好;适于氢

    焊和氩孤焊,不适于气焊。

20Cr，渗碳钢,高硬度;韧性比15CrA差,渗碳时钢晶粒有长大趋向。

38CrA，调质钢,钢的最后热处理为淬火和回火;切削加工性好;焊接性差。

25CrMnSiA，调质钢,在退火状态下塑性好,允许复杂形状的弯曲、锤拱、

    冲压;电弧焊和氢原子焊的焊接性好,气焊和合格,焊接时,特是电弧

    焊和混合焊接时,开成裂纹的倾向不大;切削加工性尚好。

40Cr，调

    质钢,淬火与回火后其强度与屈服点都比45钢高得多,淬透性出比较

    好,零件形状复杂进在冷水中淬火易形成裂纹,故以在油中淬火为宜;

    有很大的回火脆性;当零件工作表面要求耐磨时还可以进行表面淬火

    或氰化处理。

冷变形时塑性中等,切削加工性尚好。

40CrNiMoA，调质钢,可以进行渗氮处理;在相当高的强度时还有很高

    的韧性;淬透性很高,可用作截面较大的零件;钢的焊接性差。

冷变形

    塑性中等,为了改善钢的机械加工性能可用高温退火或等温退火。

65Mn，它是一种弹簧钢,最后热处理为淬火和回火;其强度较高,淬透性较

    大,脱碳倾向小,但有过热敏感性,易出现淬火裂纹,并有回火脆性。

在退

    火状态下切削加工性尚好;焊接性好,冷变形塑性低,带材可供一般弯曲。

50CrVA，合金弹簧钢,钢的最后热处理为淬火和回火;热处理后具有较好

    的韧性,高的比例极限和强度极限,具有高的疲劳强度,的比值也较高,并

    有高的淬透性（与65Si2MnWA的淬透性相类似）与较低的过热敏感性;

    零件使用温度程300℃时,其弹性仍可保持。

钢的切削加工尚好,冷变形时

    塑性低,焊接性差。

2.棒材机械性能:

（抗拉强度）

    状态        抗拉强度        硬度（HB）

08F热轧≤131

08F经热处理30183560——

10热轧————≤137

    经热处理34213155——

    热轧、锻制32183055——

    冷拉45—850—≤187

    冷拉钢退火30—2655—≤143

    热轧————≤143

    经热处理38232755——

    热处理状态——————

20    热轧————≤156

    经热处理42252555——

    供应状态39222250——

    热处理状态——————

    冷拉52—7.540—≤207

    冷拉钢退火40—2150—≤163

25    热轧—————≤170

    经热处理462823509—

    供应状态43241850——

    热处理状态——————

    冷拉55—740—≤217

    冷拉钢退火42—1950—≤170

35    热轧————≤187

    经热处理543220457—

    冷拉60—6.535—≤229

    冷拉钢退火48—1545—≤187

    3.板材机械性能:

    牌号状态厚度抗拉强度

    08FZ0.2～0.428～37

    08FSP0.2～0.428～39

    08FZSP4～60≥30

    10Z0.2～0.430～42

    10SP0.2～0.430～44

    10ZSP0.2～0.4≥34

    15Z0.2～4.034～46

    15SP0.2～4.034～48

    20Z0.2～4.036～50

    20SP0.2～4.036～51

    20ZSP4～60≥42

二、不锈钢材料特性:

1、铁素体型不锈钢：

其含Cr量高,具有良好而性及高温抗氧化性能。

2、奥氏体不锈钢：

典型牌号如/Cr18Ni9,/Cr18Ni9T1无磁性,耐蚀性能良好,

    温强度及高温抗氧化性能好,塑性好,冲击韧性好,且无缺口效应,焊接性

    优良,因而广泛使用。

这种钢一般强度不高,屈服强度低,且不能通过热

    处理强化,但冷压,加工后,可使抗拉强度高,且改善其弹性,但其在高温下

    冷拉获得的强度易化。

不宜用于承受高载荷。

3、马氏全不锈钢：

    典型如2Cr13,GX-8,具磁性,消震性优良,导热性好,具高强度和屈服

    极限,热处理强化后具良好综合机械性能。

加含碳量多,焊后需回为处理

    以消除应力、高温冷却易形成8氏体,因此锻后要缓冷,并应立即进行回

    火。

主要用于承载部件。

例：

    10Cr18Ni9它是一种奥氏体不钢,淬火不能强化,只能消除冷作硬化和获

    得良好的抗蚀,淬火冷却必须在水是进行,以保证得到最好的抗蚀性;在

    900℃以下有稳定的抗氧化性。

适于各种方法焊接;有晶间腐蚀倾向,零

    件长期在腐蚀介质、水中及蒸汽介质中工作时可能遭受晶界腐蚀破坏;

    钢淬火后冷变形塑性高,延伸性能良好,但切削加工性较差。

1Cr18Ni9它是标准的18-8型奥氏体不锈钢,淬火炒能强化,但此时具有良

    好的耐蚀性和冷塑性变形性能;钢因塑性和韧性很高,切削性较差;适

    于各种方法焊接;由于含碳量较0Cr18ni9钢高,对晶界腐蚀敏感性较

    焊接后需热处理,一般不宜作耐腐蚀的焊接件;在850℃以下空气介质

    、以及750℃以下航空燃料燃烧产物的气氛中肯有较稳定的抗氧化性。

Cr13Ni4Mn9它属奥氏体不锈耐热钢,淬火不能强化,钢在淬火状态下塑性

    很高,可时行深压延及其它类型的冷冲压;钢的切削加工性较差;用点焊

    和滚焊焊接的效果良好,经过焊接后必须进行热处理;在大气中具有高

    耐蚀性;易产晶界腐蚀,故在超过450的腐蚀介质是为宜采用;在750

    ～800℃以下的热空气中具有稳定的抗氧化性。

1Cr13它属于铁素体-马氏体型为锈钢,在淬火回火后使用;为提高零件的

    耐磨性,疲劳性能及抗腐蚀性可渗氮、氰化;淬火及抛光后在湿性大气、

    蒸汽、淡水、海水、和自来水中具有足够的抗腐蚀性,在室温下的硝酸

    中有较好的安定性;在750℃温度以下具有稳定的抗氧化性。

退火状态

    下的钢的塑性较高,可进行深压延钢、冲压、弯曲、卷边等冷加工;气焊

    和电弧焊结果还满意;切削加工性好,抛光性能优良;钢锻造后冷并应立

    即进行回火处理。

2Cr13它属于马氏体型不锈钢,在淬火回火后使用;为提高零件的耐

    磨性耐腐蚀性、疲劳性能及抗蚀性可渗氮、氰化;淬火回火后钢的强度

    、硬度均较

1Cr13钢高,抗腐蚀性与耐热性稍低;在700℃温度以下的空气介质中仍有稳

    定的抗氧化性。

钢的焊接性和退火状态下塑性虽比不上1Cr13,但仍满

    意;切削加工性好;抛光性能优良;钢在锻造后应缓冷,并立即进行回火

    处理。

3Cr13它属于马氏体型不锈钢,在淬火回火后使用,耐腐蚀性和在700℃

    以下的热稳定性均比1Cr13,2Cr13低,但强度、硬度,淬透性和热强性

    都较高。

冷加工性和焊接性不良,焊后应立即热处理;在退火后有较好

    的切削性;在锻造后应缓冷,并应立即进行回火处理。

9Cr18它属于高碳含铬马氏体不锈钢,淬火后具有高的硬度和耐磨性;对

    海水,盐水等介质尚能抗腐蚀;钢经退火后有很好的切削性;由于会发生

    硬化和应力裂纹,不适于焊接;为了避免锻后产生裂纹,必须缓慢冷却

    （最好在炉中冷却）,在热态下,将零件转放入700～725℃的炉中进行

    回火处理。

三、铝合金：

    强度/质量大,工艺性好,或用于压力制造及铸造,焊接,目前广泛用

    于飞机、发动机各种结构上。

1、变形铝合金:

1.1防锈铝：

    A1-Mn及A1-Mg系合金（LF21、LF2、LF3、LF6、LF10）

    属于防锈铝,其特点是不能热处理强化,只能用冷作硬化强化,强度低、

    塑性高、压力加工性良好,有良下的抗蚀性及焊接性。

特别适用于制

    造受轻负荷的深压延零件,焊接零件和在腐蚀介质中工作的零件。

1.2硬铝：

    LY系列合金元素要含量小的塑性好,强度低;如LY1,LY10,含金

    元素及Mg,Cn适中者,强度、塑性中高;如LY11;金中Cn,Mg含量高

    则强度高,可用于作承动构件;如LY12,LY2,LY4;

LC    系列这超硬铝,强度高,但静疲劳性能差

LY11,LY17为耐热铝,高温强度不太多,但高温时蠕度强度高。

1.3锻铝：

LD2具有高塑性及腐蚀稳定性,易锻造,但强度较低;LD5,

    LD6,LD10强度好,易于作高负载锻件及模锻件;LD7;LD8有较高

    耐热性,用于高温零件,具有高的机械性能和冲压工艺性。

    2、铸造铝合金:

    1）.低强度合金：

ZL-102;ZL-303

    2）.中强度合金：

ZL-101;ZL-103;ZL-203;ZL-302

    3）.中强度耐热合金：

ZL-401

    4）.高强度合金：

ZL-104;ZL-105

    5）.高强度耐热合金：

ZL-201;ZL-202

    6）.高强度耐蚀合金：

ZL301