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第1部分 轻量化汽车结构件材料第1章 概述2

1.1 引言2

1.2 汽车材料4

1.2.1 钢5

1.2.2 铝合金8

1.2.3 镁合金11

1.2.4 钛合金12

1.2.5 不锈钢13

1.2.6 铸铁14

1.2.7 复合材料15

1.2.8 玻璃材料18

1.3 轻量化汽车的材料选择19

1.3.1 车身结构19

1.3.2 车身板件23

1.4 结论24

1.5 参考文献25

第2章 用于制造轻量化汽车结构件的先进钢材27

2.1 汽车用钢材的历史27

2.2 高强度钢的类型29

2.2.1 无间隙原子钢和烘烤硬化钢29

2.2.2 双相钢32

2.2.3 先进高强度钢——多相钢35

2.2.4 冷轧马氏体钢和热处理硼钢36

2.2.5 相变诱导塑性钢37

2.2.6 复相钢39

2.2.7 第二代先进高强度钢——孪晶诱导塑性（TWIP）钢39

2.2.8 小结40

2.3 第三代先进高强度钢41

2.4 高强度钢的加工与成形42

2.4.1 高强度钢成形42

2.4.2 高强度钢的连接48

2.5 轻量化汽车钢结构件的设计52

2.6 结论58

2.7 参考文献59

第3章 用于制造轻量化汽车结构件的铝合金61

3.1 引言61

3.2 铝合金的国际命名系统64

3.3 铝合金回火的国际命名系统65

3.4 轻量化汽车所用的铝合金66

3.4.1 轻量化汽车所用的铸造铝合金69

3.4.2 轻量化汽车所用的铝合金板件72

3.4.3 轻量化汽车所用的铝合金挤压件78

3.5 用铝合金替代竞争性材料85

3.5.1 汽车用铝合金和钢的总体比较85

3.5.2 汽车用铝合金和玻璃纤维增强塑料的总体比较86

3.6 参考文献87

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91

4.1 引言91

4.1.1 镁的提炼和消耗91

4.1.2 镁合金及其性能和工艺概述92

4.1.3 镁合金在汽车上的应用96

4.2 铸镁99

4.2.1 铸镁合金的命名和合金家族99

4.2.2 镁的铸造原理103

4.2.3 镁的铸造工艺105

4.2.4 铸镁在汽车上的应用112

4.3 镁板117

4.3.1 镁板的合金家族、命名和性能117

4.3.2 镁板成形工艺119

4.3.3 使用镁板的成形工艺120

4.3.4 镁板在汽车上的应用123

4.4 挤压镁128

4.4.1 挤压镁的合金和性能128

4.4.2 挤压工艺129

4.4.3 镁管弯曲130

4.4.4 镁的挤压成形133

4.4.5 镁挤压件在汽车上的应用136

4.5 未来趋势136

4.5.1 材料挑战136

4.5.2 工艺挑战137

4.5.3 性能挑战138

4.6 致谢140

4.7 参考文献140

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145

5.1 引言145

5.2 车用热塑性塑料146

5.2.1 一般特性146

5.2.2 热塑性聚合物的设计考虑150

5.2.3 热塑性聚合物的注射成型152

5.3 车用热塑性复合材料154

5.3.1 一般特性154

5.3.2 短纤维热塑性塑料155

5.3.3 长纤维热塑性塑料157

5.3.4 玻璃纤维毡热塑性塑料158

5.3.5 玻璃纤维织物增强热塑性塑料161

5.3.6 层压热塑性塑料复合材料163

5.3.7 天然纤维热塑性塑料164

5.3.8 自增强热塑性塑料166

5.3.9 热塑性纳米复合材料167

5.4 热塑性复合材料的连接168

5.5 结论170

5.6 参考文献171

第6章 用于制造轻量化汽车结构件的热固性复合材料173

6.1 引言173

6.2 材料174

6.2.1 材料选择应考虑的问题174

6.2.2 纤维177

6.2.3 纤维结构178

6.2.4 干纤维预成型件180

6.2.5 热固性聚合物181

6.3 加工工艺182

6.3.1 压缩成型183

6.3.2 树脂传递成型185

6.3.3 结构反应注射成型187

6.3.4 纤维缠绕188

6.3.5 真空袋压成型189

6.4 碳纤维增强热固性复合材料190

6.5 结论192

6.6 参考文献192

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194

7.1 轻合金的选择194

7.2 有价值的材料194

7.2.1 铝194

7.2.2 镁198

7.3 车辆结构设计与制造200

7.3.1 锻造材料200

7.3.2 车辆结构的设计与制造200

7.3.3 轻量化材料设计问题201

7.3.4 制造难题202

7.3.5 影响金属产品制造成本的因素202

7.4 结构件的成形205

7.4.1 金属板成形工艺207

7.4.2 散料金属成形工艺212

7.5 铸造结构件214

7.5.1 优点与局限性214

7.5.2 设计要素215

7.5.3 将铸造作为一种首选工艺215

7.6 铸造工艺215

7.6.1 铸型分类215

7.6.2 选择的一次铸型铸造工艺216

7.6.3 选择的永久铸型铸造工艺217

7.7 轻合金应用的必备条件221

7.8 有希望用于汽车的金属成形工艺222

7.8.1 热模成形222

7.8.2 管材液压成形223

7.8.3 电磁成形224

7.9 参考文献224

第8章 用于轻量化汽车的连接技术226

8.1 引言226

8.2 液相焊接227

8.2.1 电阻点焊227

8.2.2 电弧焊231

8.2.3 激光焊接233

8.3 固相焊接234

8.3.1 搅拌摩擦焊235

8.3.2 搅拌摩擦点焊238

8.4 机械连接240

8.4.1 自穿孔铆接240

8.4.2 冲铆243

8.5 粘接244

8.5.1 粘合剂粘接244

8.5.2 焊接粘接与铆钉粘接245

8.6 聚合物基复合材料的连接246

8.7 结论249

8.8 致谢249

8.9 参考文献250

第9章 轻量化汽车的回收与生命周期问题252

9.1 引言252

9.2 生命周期分析253

9.3 回收255

9.4 回收对生命周期分析的重要性258

9.5 轻质材料回收的趋势与问题261

9.5.1 铝261

9.5.2 镁264

9.5.3 聚合物复合材料266

9.6 结论268

9.7 参考文献268

第10章 轻量化汽车的碰撞性能设计问题271

10.1 引言271

10.2 车辆碰撞安全性背景272

10.3 用轻质材料实现的汽车碰撞性能设计274

10.4 利用计算机辅助工程（CAE）进行碰撞安全性设计279

10.5 用于制造轻量化汽车车身结构的纤维增强复合材料286

10.6 各种轻量化对策289

10.7 结论290

10.8 参考文献291