钢
虽然铝和塑料行业的目标是实现车辆重量减少用自己的产品代替钢组件,钢铁的目标行业应对这样的进展等创新发展高强度,但便宜的。”微合金化“钢,实现重量厚度减少储蓄。此外,合金已经开发出来,可以在烤漆炉回火(加强),而不是在单独的和昂贵的传统钢热处理炉通常需要。
微合金化钢,也被称为高强度低合金(HSLA钢),在中间作文之间的碳素结构钢属性的控制主要是通过碳它们包含的数量(通常低于1%),和合金钢,其强度、韧性和耐蚀性主要来自其他元素,包括硅、镍和锰,在某种程度上大量补充道。l960s发达,复活在1970年代末来满足需要通过更大的力量,节约重量的HSLA钢往往是低碳的分钟增加钛例如,或钒。提供抗拉强度的三倍价值他们旨在取代的碳钢(例如,700帕斯卡和200帕斯卡),导致节省重量通过厚度reductions-albeit在结构刚度略有损失,因为他们像其他钢弹性模是一样的。他们被认为是与铝替代品竞争两个原因:他们是相对便宜的铝(钢售价的一半价格每单位重量的基础上);和很少的变化对制造和加工过程中需要切换碳钢HSLA钢,而改用铝的主要变化通常需要。
Bake-hardenable钢开发专门为消除的目的——一个昂贵的制造步骤也就是说,的热处理炉、钢在哪里传授与他们的最终力量。要做到这一点,材料科学家设计钢,可以加强在同一烤箱烤身体使用油漆到的部分。这些炉必须运行在相对较低的温度下(170°C (340°F),所以特别钢开发能够实现非常合适的优势在热处理温度低于正常工作(600°C (1100°F)。知道高合金钢不会可硬化的在如此低的温度下,碳钢材料科学家集中他们的注意力,但这里甚至没有足够的优势可以获得。然后在1980年代日本的科学家们住友金属开发了一种含氮钢(一种气体构成四分之三的地球大气层)除碳和其他添加剂。非常高的优势(900帕斯卡)和优秀的韧性可以实现这种廉价的形成部分除了在温度烘烤20分钟后典型的烤漆操作。
塑料和复合材料
动机取代金属部件的汽车、卡车、火车和塑料的期望大重量储蓄由于涉及大密度的差异:塑料重量的六分之一的钢铁和铝单位体积的一半。然而,在评估的适用性用铝代替钢,材料科学家必须比较材料的其他属性以确定权衡是否合理。可能有两个原因结论是塑料只是不适合这种类型的应用程序:大多数塑料的强度,如环氧树脂、聚酯树脂、钢或铝的五分之一;和弹性模量是六十分之一的钢铁和铝的二十分之一。在此基础上,塑料似乎不适合结构组件。那么,占已经取得了的成功使用他们吗?答案在于努力多年来通过材料科学家,高分子化学,机械工程师,和生产经理结合相对薄弱和刚度低树脂高强度,高模量增援部队,从而使新材料称为复合材料比塑料更合适的属性。
的增援部队用于复合材料通常是选择高强度和模量,正如所料,但经济因素往往迫使妥协。例如,碳纤维有极高的模值(钢铁)的五倍,因此成为优秀的增援部队。然而,他们的成本排除了广泛使用在汽车,卡车,火车,虽然他们是经常使用的航空航天工业。更适合non-aerospace应用程序玻璃纤维(其模量可以达到铝的1.5倍),或者在有些特殊情况下,玻璃和碳纤维的混合物。
的物理形状增援部队差异很大,这取决于很多因素。最有效的增援部队是长纤维,采用的形式编织布或作为单独的单向纤维层堆叠在彼此直到达到适当的层厚度。的树脂可以应用于纤维或织物铺设前,形成称为半固化片,或者它可能是后来添加的“润湿”纤维。在这两种情况下,组装然后治愈,通常情况下压力,形成了复合。这种类型的组合充分利用纤维的性质,因此能够产生强劲,僵硬的面板。不幸的是,停止操作所涉及的劳动和其他因素使它非常昂贵,所以长纤维强化只有很少使用汽车行业。
一个试图避免昂贵的手糊操作涉及用于垫形式的短切纤维,感觉有点像,或松散的纤维可能吹到模具或注入模具树脂。另一种方法不使用纤维;相反,钢筋的形式小,高模量粒子。这是最便宜的过程中,由于粒子只是混合树脂,混合是用于各种类型的模具。另一方面,粒子是最有效的加固材料;因此,财产改进并不突出。
在选择其他专业组成在复合材料中,聚合物矩阵,一个脸令人生畏的品种,包括环氧树脂、聚酰亚胺、聚亚安酯和聚酯。每一种都有其优点和缺点,必须进行评估以确定是否适合特定的应用程序。在因素要考虑成本,处理温度(如果使用热固性聚合物固化温度和熔化温度如果使用热塑性),成型流属性操作,抗凹陷在油漆烘烤,防潮性和货架寿命。树脂的组合,增援,生产方法,和fibre-to-resin比率是如此具有挑战性的材料科学家必须与高分子化学家和工程师的设计、生产和质量控制部门的公司为了选择合适的组合应用程序。
从已经取代金属制造的进展复合材料看来,技术人员作出正确的选择。引入fibreglass-reinforced塑料皮肤上通用汽车(General Motors)l953Corvette跑车首次亮相的复合材料在生产模型,和复合材料不断出现在汽车零部件。1984年,通用汽车(General Motors)反复地遭遇了市场与复合材料制成的整个身体,和大黄蜂/火鸟模型跟踪门,屋顶板、挡泥板等部分组成的复合材料。复合材料也为外部面板的选择土星,出现在1990年。此外,他们有不太明显的应用例子,玻璃增强尼龙进气廖在一些宝马模型。