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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