新材料、新工艺 — 零部件行业的新机遇 上海市新材料协会 陈士信 2014年8月

一、面临的机遇和挑战 我国是全球材料生产、消费、出口大国。材料生产进入微利、亏损时期。 “十一五”期间全国新材料年均增长率接近20%，2010年，年产值6500亿元，大部分新材料依赖进口。 2015年，新材料产业规模要达2万亿元，年均增长25%。新材料综合保障能力提髙到70%、关键新材料保障能力要达到50%。 2013年，国产汽车累计生产2211.68万辆、销售2198.41万辆;高铁建设快马加鞕，跃出国门，然而一些关键零部件仍靠进口;C919将飞上蓝天，所用材料和零部件100%舶来品。

一、面临的机遇和挑战 —2013年 上海材料工业 全市工业 32088.88 9772 266.7 5519.11 0.17 一、面临的机遇和挑战 —2013年 上海材料工业 总产值(亿) 企业数 职工(万) 消费标煤(万t) 全市工业 32088.88 9772 266.7 5519.11 0.17 炼油、化工 4377.46 793 13.9 2498.00 0.57 钢铁工业 1555.48 142 4.6 04.55 0.90 有色行业 471.26 164 2.6 46.51 0.10 金属制品 942.07 780 16.5 73.31 0.08 化纤与橡塑制品 916.55 769 15.1 128.71 0.14 非金属矿物制品 542.37 414 7.0 105.98 0.20 材料工业 8805.19 3057 59.6 4257.06 0.48 材料占市工业 27.44% 31.3% 22.3% 77.13% (t/万元 )

一、 面临的机遇和挑战 —2013年 上海材料工业 占全市工业的1/4产值、1/5的从业人员，但消耗全市工业的3/4能源。粗放型生产难以维继，节能减排、提高产品附加值是必要之路。 全市新材料产值约2000亿元，仅占材料工业的22.7%，新材料产业发展任重道远。

二、新材料—工程塑料 强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在100℃ 以上，主要运用在工业上”。常用的五大工程塑料是POM、PA、PC、PBT、PPO。随着汽车工业的发展，汽车用塑料件已由普通装饰件开始向结构件、功能件方向发展。因而要求汽车用塑料材料向强度更高、冲击性更好、超高流动的复合材料和塑料合金方向发展。 —

新材料—工程塑料(仪表盘)

新材料—工程塑料(内饰件)

新材料—工程塑料(保险杠、车灯) 保险杠

新材料—生物塑料 以淀粉等天然物质为基础，在微生物作用下生成的塑料。一般废弃塑料在自然条件下难以降解，燃烧又会释放出有害气体，给生态环境造成了难以治理的污染。因此，各国科学家开始研制可以自行分解的自毁或自溶塑料，以解决这个问题。有人把它称作“绿色塑料”，它具有可再生性，因此十分环保。其用途范围广泛，如汽车储物箱、车垫和内饰。 上海石化研制的一种耐高温型生物塑料，热变形温度超过100℃，可广泛用汽车挡板、保险杠及车门内的泡沫塑料和隔热体。

新材料—树脂基复合材料 以热固性或热塑性合成树脂为基体，以纤维为增强材料，经成型可分别形成热固性或热塑性复合材料。前者质量较轻、比强度高、耐腐蚀、减振性能好、可设计性强、易于加工等优点，已在汽车工业中得到广泛应用。实践证明，在汽车上大量使用树脂基复合材料可以显著减轻汽车自重、降低油耗、提高汽车安全舒适性、减少环境污染和降低汽车的制造与使用综合成本。 若以热塑性树脂，如PP、PE、PA、PBT、PC等为基体的热塑性树脂基复合材料，常用作车内的装饰件，在汽车工业中应用前景十分广阔，可以方便地囬收再利用。

新材料—树脂基复合材料 与其他材料牲能的比较 新材料—树脂基复合材料 与其他材料牲能的比较

新材料—玻纤增强树脂基复合材料 以玻纤为增强体，以热固性树脂或热塑性树脂为基体的热固性树脂基复合材料或热塑性树脂基复合材料，已广泛用于汽车、卫浴、建筑等方面。其中以纤玻璃纤维增强环氧等树脂的热固性复合材料在我国俗称“玻璃钢”，具有强度高、工艺性能好、价格低等特点，可用于制造保险杠、发动机罩、挡泥板，甚至于整个车身壳体。

新材料—蜂窝复合板 由两块较薄的面板，牢固地粘结在一层较厚的蜂窝状芯材的两面，制成的板材，亦称蜂窝夹层结构板。表板与蜂窝材选择适当，可获得良好的抗震、隔热、隔音等性能，做成防火蜂窝板、隔热蜂窝板、隔音蜂窝板等。蜂窝复合板广泛应用在汽车、飞机、高铁车厢等方面。如汽车地板、汽车顶棚、行李箱内饰等部位。

新材料—蜂窝复合板

新材料—碳纤维增强碳/碳复合材料 碳纤维织物增强碳或石墨化的树脂（包括沥青）形成的复合材料，简称碳-碳复合材料。碳-碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。 CFRP制造的汽车板簧零件强度高，模量大，热膨胀系数小，减磨性好，比现有材质减轻76%。一旦解决了成本问题，将大量用来制造发动机系统中的推杆、连杆、摇杆、水泵叶轮，传动系统中的传动轴、离合器片、加速装置及其罩等，底盘系统中的悬置件、弹簧片、框架、散热器等，车体上的车顶内外衬、地板、侧门等。

新材料—陶瓷基与金属基复合材料 以高性能无机纤维或晶须为增强体的一类复合材料。 主要有金属基复合材料，即以特种无机纤维或晶须增强金属材料、金属陶瓷等；陶瓷基的复合材料，即以特种无机纤维、晶须、颗粒、板晶等增韧补强陶瓷材料。陶瓷基复合材料通常可分为颗粒补强陶瓷基复合材料和纤维补强陶瓷基复合材料两类。

新材料—陶瓷基与金属基复合材料 内燃机应用已较广泛。燃烧室部分隔热，减少冷却系统的容量和尺寸。在高强度柴油机中还有效降低活塞环槽区的温度，可取消对活塞的专门冷却。 配气机构中的气门、挺柱、摇臂及弹簧座改用陶瓷，发动机可提高转速来提高功率，降低气门弹簧的弹力而降低功率损耗。用作气门座、摇臂头等易磨损部件，减少磨损、延长寿命。 柴油机的涡流室安装陶瓷镶块后，改善了发动机低负荷时的燃烧、低温启动性能，降低了燃烧噪声和排污量。 涡轮增压器零件中增压器涡轮，转动惯量仅为金属涡轮的30%，“涡轮滞后”现象得以改善，同时使增压器的动态性能提高了36%，能在更高温度下工作。

新材料—高强度钢 目前，国外把屈服强度在1370MPa以上，抗拉强度在1620 MPa以上的合金钢称超高强度钢。国内，屈服强度在210~550 MPa和抗拉强度在270~700 MPa的钢为高强钢（HSS），而屈服强度大于550 MPa和抗拉强度大于700 MPa的钢为超高强钢。 按冶金学特征进行分类：普通高强度钢（C-Mn)钢、高强度(IF)钢、烘烤硬化钢(BH钢)、低合金高强度钢(HSLA钢)和先进高强度钢：双相钢(DP)、多相钢(CP)、相变诱导塑性钢(TRIP)、热成形钢(HF）。 BH钢车身进入涂装在烘烤炉中受热时，使碳、氮原子在“位错”处析出，提高了工件的屈服强度，故称为烘烤硬化钢。

新材料—高强度钢 DP钢主要用于汽车的结构件和安全件，如前内纵梁、后内纵梁、中支柱里板、座椅横梁等零件。 TRIP在变形过程中,残余奥氏体会诱导相变转化为马氏体，引起相变强化和塑性增长。比双相钢成形性更好，同样具有BH钢性能，拥有更好的扩孔性。目前在汽车行业尚没有得到大规模应用。 CP钢强度可达800- 1000 MPa，特别适合于汽车的车门防撞杆、保险杠和中立柱等安全件。 HF 是通过把高强度硼合金钢板加热到880-950 ℃，使之均匀奥氏体化；然后送入内部带有冷却系统的模具内冲压成形；之后保压快速冷却淬火，使奥氏体变成马氏体，强度可达1500 MPa，

新材料—铝合金 铝是地壳中含量最丰富的金属元素，含量高于7%，铝合金是工业中应用最广泛的有色金属结构材料。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性。汽车用铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金在汽车上的使用量最多，占80%以上，分为重力铸造件，低压铸造件和其它特种铸造零件。变形铝合金包括板材、箔材、挤压材、锻件等。

新材料—钛合金 密度为4.51 g/cm3，介于铝和铁之间。比强度高于铝合金和钢，韧性也与钢铁的相当。抗蚀性能好，优于不锈钢，工作温度区间宽，−253 ℃还能保持良好的塑性，耐热钛合金的工作温度可达550 ℃左右，还具有良好的加工性和焊接性能。 新一代汽车上主要用在发动机元件和底盘部件上。钛可制作发动机系统阀门、阀簧、阀簧承座和连杆等部件以及底盘部件中的弹簧、排气系统、半轴和紧固件等。 。

新材料—钛合金(钛合金在汽车中应用)

新材料—镁合金 金属镁熔点650℃,是工程应用中最轻的金属结构材料，密度1.738g·cm-3，约为铝的2/3，钢的1/4，接近工程塑料的密度。 比强度高 、抗拉强度、屈服强度、伸长率与铝合金铸件相当;热传导性好，具有良好的耐腐蚀性能、电磁屏蔽性能、防辐射性能;良好的焊接和铸造性能;具有良好的阻尼系数，对振动能量的吸收能力强，消震性能优于铝合金和铸铁。 用于驱动和传动部件上可以降低噪声，用于座椅、轮圈、方向盘可以减少振动，在汽车发出碰撞后很好地吸收冲击能量，提高汽车的安全性和舒适性。

.三、新工艺—注射成型技术 将注射机内配有粘结剂的黏稠状金属/合金/金属化合物粉末料，或配有粘结剂的黏稠陶瓷粉体料，在柱塞或螺杆推力作用下进入模腔成型，经过脱模、烘干、烧结获得制品的过程。 在注射机内经加热、改性、熔融的塑料，在柱塞或螺杆推力作用下，通过压力将融溶状态的胶体注入摸腔而成型，经冷却成产品。注射成型几乎适用于所有的热塑性塑料和多种粉末冶金、先进陶瓷制品。注射成型也成功地用于成型某些热固性塑料。

新工艺—注射成型示意图

新工艺—塑料焊接技术 是热塑性塑料二次加工的主要方法之一，利用热塑性塑料受热熔融的特点，凭着热的作用，使两个塑料部件的表面同时熔融，在外力的作用下，使两个部件结为一体，称为焊接。可分为通过外加热源软化、通过机械运动方式软化、和通过电磁作用软化几种。

新工艺—红外焊接技术 这类似于电热板焊接，将需要焊接的两部分固定在贴近电热板的地方，但不与电热板接触。在热辐射的作用下，连接部分被熔融，然后移去热源，将两部分对接，压在一起完成焊接。这种方式不产生焊渣、无污染，焊接强度大，主要用于PVDF、PP等精度要求很高的管路系统的连接。经红外焊接后的两个部件，它们之间的接合强度远比采用其他焊接工艺的强度要高。部件间的焊缝可抵达100%的气密性,因而不会有漏风或漏液体的景象发生。

新工艺—搅拌摩擦焊 利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料，包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料。 由一个圆柱体或其他形状（如带螺纹圆柱体）的搅拌针伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化。同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。

新工艺—半固态成形技术 液态金属/合金从液相到固相冷却过程中，或固态向熔融液态过程中，一面进行强烈搅拌，一面进行铸造(压铸)，产品具有高质量、高性能和高合金化的特点，因此具有强大的生命力。 除军事装备上的应用外，开始主要集中用于车辆的关键部件上，例如，用于汽车轮毂，可提高性能、减轻重量、降低废品率。半固态金属铸造工艺被认为是21世纪最具发展前途的近净成形和新材料制备技术之一。

新工艺—激光拼焊技术 采用激光能源，将若干不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材、不锈钢材、铝合金材等进行自动拼合和焊接，形成一块整体板材、型材、夹芯板等，以满足零部件对材料性能的不同要求，以最轻的重量、最优结构和最佳性能实现装备轻量化。 激光拼焊板已广泛应用于汽车制造业，不仅降低整车的制造成本、物流成本、整车重量、装配公差、油耗和废品率，而且可以减少外围加强件数量，简化装配步骤，同时使车辆的碰撞能力、冲压成型率和抗腐能力提高。

新工艺—激光拼焊板的应用

新工艺—冷金属过渡技术 冷金属过渡技术是将送丝运动与熔滴过渡过程进行数字化协调焊接。电弧燃烧过程中，焊丝向熔池方向运动，当焊丝与熔池接触时，电弧熄灭，短路接触时，焊丝回抽帮助熔滴脱落，保持很小的短路电流，焊丝再向熔池方向运动，冷金属过渡过程重复进行。热量输入量大幅降低，可以焊接承受热容量低的基材，实现钢与铝焊接以及0.3 mm以上薄板的无飞溅、高质量MIG/MAG熔焊和MIG钎焊。

新工艺—冷金属过渡技术

新工艺—喷射沉积成形技术 喷射成形主要应用在钢铁产品以及高强度铝合金方面。 把金属熔融、液态金属雾化，在高速气流下雾化，在尚未完全凝固前喷射沉积制成金属材料产品的一种新工艺技术。所获材料晶粒细小、组织均匀、能够抑制宏观偏析等快速凝固技术的各种优点。对发展新材料、改革传统工艺、提升材料性能、节约能耗、减少环境污染都具有重大作用。 喷射成形主要应用在钢铁产品以及高强度铝合金方面。

新工艺—热冲压成形技术 将硼钢钢板加热至奥氏体化状态，快速转移到模具中高速冲压成形，在保证一定压力的情况下，制件在模具腔(本) 体中以大于27℃/s的冷却速度进行淬火处理，保压淬火一段时间，以获得具有均匀马氏体组织的超高强钢零件的成形方式。 得到的是超高强度的车身零件。可以减轻车身重量；能提高车身安全性、舒适性；改善了冲压成形性；提高了零件尺寸精度；可以提高焊接性、表面硬度、抗凹性和耐腐蚀性；降低了冲压机吨位要求。

新工艺—热冲压成形工艺流程

新工艺—内高压成形工艺 通过内部加压和轴向加力补料把管坯压入到模具型腔，使其成形为所需要的工件。对于轴线为曲线的零件，需要把管坯预弯成接近零件形状，然后加压成形。 成形的构件质量轻，产品质量好，设计灵活，经截面设计与壁厚设计，许多汽车零部件都能用标准管材，通过内高压成形，制成结构复杂的单一整体构件，工艺过程简捷。又具有近净成形与绿色制造等特点，利于汽车轻量化。 大多数液压成形工序只需一个与零件形状一致的凸模（或液压成形冲头），液压成形机上的橡胶隔膜起到通常凹模的作用，因而模具成本比传统模具少约50%。

新工艺—旋压成形技术 通过旋转使之受力点由点到线、由线到面，同时在某个方向给予一定的压力，使金属材料沿着这一方向变形和流动，而成型某一形状的技术。金属材料必须具有塑性变形或流动性能，是强力旋压和普通旋压两者的结合。 CDC-S系列数控旋压机是生产旋压皮带轮的专用设备。产品已经广泛用于汽车发动机中，如电机轮、水泵轮、空调轮和风扇轮等。按照皮带轮的槽型和加工工艺可分成三大类：劈开轮、折叠轮和多楔轮。

新工艺—锁铆连接 锁铆铆钉在外力的作用下，通过穿透第一层材料和中间层材料，并在底层材料中进行流动和延展，形成一个相互镶嵌的塑性变形的铆钉连接，称作锁铆连接。它具有较高的抗拉强度和抗剪强度、很高的动态疲劳强度、很高的动态疲劳强度、并具有撞击能量吸引特性。铆接过程可以实现自动化，一次成型效率高。

后面一张图里有 几匹马?

这张图里有 几匹马？

答案

创新驱动 转型发展 提高洞察力，未雨绸缪。密切关注产业链上下游发展趋势、变革动态。明处、暗处商机要看清，前后左右要顾及，远近目标要清晰，时间节点要扣牢。 关注科技发展、政策导向。创新驱动、转型发展，关键在产学研用的紧密度。产业发展，关键在同行是“亲家”，团结就是力量。

措施与建议 组建产、学、研、用紧密合作联盟，紧跟汽车发展方向，攻克产业化难关，形成自主品牌。 推进技术市场和金融市场整车厂牵头，上下游联手，合理定价、利益共享，逐步健全材料、零部件供应体系，形成完整的产业链。

谢 谢 请大家批评指正！