1 汽車材料變化的主要特點(diǎn)
日本汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展始終是依靠技術(shù)領(lǐng)先來實(shí)現(xiàn)的。20世紀(jì)80年代以后，日本汽車已經(jīng)開始銷往全世界，可靠的動(dòng)力性、極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)的電子操縱系統(tǒng)帶來的極其便利的使用性能使日本汽車在世界市場(chǎng)極具競(jìng)爭(zhēng)力。這種變化是和汽車產(chǎn)業(yè)在材料應(yīng)用方面的先導(dǎo)作用密不可分的。根據(jù)20世紀(jì)90年代以后汽車材料的應(yīng)用特點(diǎn)，不難看出日本汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中材料應(yīng)用的主要變化。影響汽車制造的主要因素有兩方面：一方面是汽車產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家汽車制造企業(yè)都具有大規(guī)模的研發(fā)中心，汽車純理論研究成果并不顯著，相反汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和越來越先進(jìn)的電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用成為汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先發(fā)展的標(biāo)志；另一方面就是汽車材料技術(shù)的應(yīng)用。材料技術(shù)應(yīng)用的主要特點(diǎn)是汽車加工工藝性合理化、安全性、輕量化以及環(huán)保性。
1.1 工藝性及加工性材料
汽車設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展要求材料技術(shù)相應(yīng)得到提高。復(fù)雜、先進(jìn)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和合理有序的加工工藝性能之間存在一定的矛盾，理想的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必然會(huì)給工藝制造帶來一些不合理因素。隨著汽車市場(chǎng)飛速發(fā)展，要求汽車行駛速度和安全可靠性能不斷提高。提高穩(wěn)定性下的汽車行駛速度必須通過提高汽車動(dòng)力性能加以解決，但受汽車結(jié)構(gòu)空間限制，不可能通過擴(kuò)大結(jié)構(gòu)、加大發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)來實(shí)現(xiàn)其高動(dòng)力性，因此解決的方法只能是不斷提高材料強(qiáng)度和加工精度，以此來提高零部件運(yùn)行性能，減少動(dòng)力損耗，提高輸出動(dòng)力。因此，材料加工合理性成為關(guān)鍵。日本在提高材料加工應(yīng)用性方面采取鋼鐵公司和汽車公司聯(lián)合研制、合作開發(fā)模式。汽車制造公司一般只向鋼鐵公司提出產(chǎn)品性能要求和加工工藝要求，具體材料的化學(xué)成分及機(jī)械特性等則由雙方共同確定，鋼鐵公司為滿足汽車公司要求，主動(dòng)在鋼廠研究機(jī)構(gòu)設(shè)立完備的汽車材料試驗(yàn)設(shè)備。在日本最大的鋼鐵制造企業(yè)——新日本鋼鐵株式會(huì)社技術(shù)中心及各鋼鐵制作所建立了比汽車制造工廠更完善的試驗(yàn)室，試驗(yàn)設(shè)備從先進(jìn)的光譜金相組織分析儀、拉伸性能試驗(yàn)機(jī)、高溫滲碳爐、鍛造設(shè)備到試驗(yàn)用2t冶煉電爐等。新日鐵公司向豐田、日產(chǎn)等汽車公司提供的汽車鋼材在此進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，有些汽車企業(yè)所必須進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目在鋼廠也代替完成。汽車用鋼材主要分兩大類，一類是棒線材結(jié)構(gòu)鋼，另一類是板材沖壓成形加工材料。以下重點(diǎn)介紹在改進(jìn)工藝性方面，日本鋼廠新開發(fā)的兩種新材料。
1.1.1 非調(diào)質(zhì)鋼
汽車上鍛造用特殊鋼（國(guó)內(nèi)稱為優(yōu)鋼）的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝為棒鋼→切斷→加熱→鍛造→熱處理→機(jī)械加工。由于特殊鋼加熱鍛造后強(qiáng)度下降，鍛造完成后必須進(jìn)行熱處理調(diào)質(zhì)處理，因此也將特殊鋼稱為調(diào)質(zhì)鋼。為進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，一般鍛造廠中都有一個(gè)很大的熱處理車間，熱處理工藝成本高，環(huán)境污染，人員需求多。日本熱處理調(diào)質(zhì)(QT)費(fèi)用平均為250美元／t，大約占鋼材成本的30％。國(guó)外由于人工成本和能源電幾力成本較高，熱處理費(fèi)用占加工工藝總成本比例逐步提高。為提高汽車特殊鋼加工工藝性能和降低成本，日本新日鐵公司和豐田、日產(chǎn)等汽車公司合作開發(fā)了非調(diào)質(zhì)鋼材料。
1.1.1.1應(yīng)用對(duì)象
日本非調(diào)質(zhì)鋼是相對(duì)調(diào)質(zhì)鋼而言，指不要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的特殊鋼。應(yīng)用對(duì)象是軸類件和冷鐓加工零件。主要產(chǎn)品為汽車前梁（前軸）、曲軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、半軸、轉(zhuǎn)向臂和冷鐓加工使用的螺栓、螺母汽車標(biāo)準(zhǔn)件等。
1.1.1.2主要特點(diǎn)
汽車軸類零件主要特點(diǎn)都是需要熱鍛造和冷鍛加工，熱鍛前加熱溫度最高達(dá)1250℃，普通調(diào)質(zhì)鋼在經(jīng)過加熱后強(qiáng)度大幅降低，一般調(diào)質(zhì)鋼加工前的材料抗拉、強(qiáng)度為900-1000MPa，鍛造加熱到1000℃以上，鍛造完成后鍛件強(qiáng)度下降到200-300MPa，經(jīng)熱處理淬火處理后，一般可以達(dá)到1700~2000MPa，再經(jīng)過回火處理使強(qiáng)度恢復(fù)到900-1000MPa的要求。淬火加回火熱處理工藝稱熱處理調(diào)質(zhì)處理。鍛造廠對(duì)鍛件進(jìn)行熱處理調(diào)質(zhì)處理需要大型熱處理爐，現(xiàn)代汽車生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)需進(jìn)行熱處理加工零件數(shù)量不斷增多，因此熱處理設(shè)備也在不斷擴(kuò)大。大型熱處理設(shè)備需要大量電力，對(duì)環(huán)境等也產(chǎn)生影響，而且熱處理設(shè)備必須常年運(yùn)行，浪費(fèi)大量能源，受能力限制往往還制約企業(yè)臨時(shí)增產(chǎn)計(jì)劃的完成。而非調(diào)質(zhì)鋼由于不需要熱處理工藝，它的開發(fā)、應(yīng)用對(duì)減少生產(chǎn)工藝具有重要意義。
1.1.1.3使用非調(diào)質(zhì)鋼數(shù)量
日本近80%以上汽車企業(yè)已開始采用非調(diào)質(zhì)鋼，絕大多數(shù)企業(yè)已完全取消了熱處理工廠。2004年日本汽車特殊鋼用量為319萬(wàn)t，其中非調(diào)質(zhì)鋼為204萬(wàn)t，占64%。采用的零部件主要以汽車結(jié)構(gòu)件、保安件為主，汽車底盤、部分重要傳動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)中主要零部件都開始使用非調(diào)質(zhì)鋼。
1.1.2 MZ鍍膜鋼板ZINKOTEMZ（P-Steel）
MZ鍍膜鋼板是日本新日鐵公司專利產(chǎn)品，由新日鐵廣田和八幡制鐵所制造。
1.1.2.1主要特點(diǎn)
a.環(huán)保性能優(yōu)良。MZ鋼板幾乎不含任何有害環(huán)境的元素，在汽車使用和回收中不會(huì)給環(huán)境造成污染。
b.成本低。因加人Mg的效果，即使薄鍍鋅層也有良好的耐腐蝕性、沖壓性和焊接性。
c.適用于輕量化技術(shù)（薄鍍鋅層）。易于鋼板高強(qiáng)度化和采用激光焊接。
1.1.2.2鍍膜構(gòu)造
MZ鋼板表面經(jīng)電鍍處理后鍍鋅，鍍鋅層為30g/m2，鍍鋅層上面再附著兩層膜，里層是含Mg磷酸鹽處理層，外層是Mg無(wú)機(jī)膜。MZ鍍膜構(gòu)造主體是EG(30g/m2)+2層鍍膜，其效果相當(dāng)于電鍍鋅(EG)鋼板60g/m2鍍鋅量。因此，MZ鋼板特殊構(gòu)造使其具有良好的耐腐蝕性、沖壓性和焊接性。
1.1.2.3MZ鋼板和普通電鍍鋅(EG）鋼板比較
a.耐腐性。
MZ鋼板開孔處最大腐蝕深度為0.45mm，低于電鍍鋅的0.52mm。日本馬自達(dá)公司應(yīng)用MCTII模型方法對(duì)門板壓合后開孔處進(jìn)行的腐蝕試驗(yàn)表明，MZ鋼板最大腐蝕深度為0.4mm，低于電鍍鋅(EG60)0.6mm水平。經(jīng)外表面腐蝕試驗(yàn)分析，MZ鋼板最大膨脹幅度為0.8mm，EG60為1.1mm，表明MZ板優(yōu)于電鍍鋅板。
MZ鋼板耐腐蝕性優(yōu)異的主要原因是加人鎂磷酸鹽后的鋅具有氧化還原抑制作用，鋅腐蝕生成物ZnC12+4Zn(OH)2具有保護(hù)作用，同時(shí)雙層鍍膜還起到兩重保護(hù)作用。
b.生產(chǎn)性。
MZ鋼板摩擦因數(shù)為0.075-0.125，低于EG60的0.125-0.225。摩擦因數(shù)低可保證具有良好的沖壓成形性能。特別是用深沖零件沖壓比較，MZ鋼板的沖裂數(shù)遠(yuǎn)低于EG60，是EG60的1/10。
連續(xù)多點(diǎn)焊接試驗(yàn)分析表明，MZ鋼板適應(yīng)電流范圍大，可在8.5~10.5kA，EG60僅在9.8-10.8kA.MZ鋼板連續(xù)多點(diǎn)焊接數(shù)也優(yōu)于EG60板。
油漆處理后鋼板表面變化情況分析表明,MZ鋼板在鋼板外表面形成高密度微細(xì)結(jié)晶，可確保涂裝性能及外觀防銹性能。
目前，在一汽轎車公司生產(chǎn)的Mazcla6轎車車身外板正使用MZ鍍膜鋼板。其良好的沖壓性能，可靠的焊接性和長(zhǎng)久的耐腐蝕性得到好評(píng)。
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