第1章汽车机械常用材料应用

1、了解：了解：1、金属材料分类、金属材料分类2、汽车机械用有色金属及其合金、汽车机械用有色金属及其合金理解：理解：1、强度与塑性、强度与塑性2、硬度硬度3、韧性韧性4、疲劳疲劳掌握：非合金钢的分类掌握：非合金钢的分类、合金钢合金钢、铸钢铸钢、铸铁铸铁 第第1章章 汽车机械常用材料应用汽车机械常用材料应用学习目标：1.理解钢铁材料和钢铁基本组织；2.掌握非合金钢、合金钢、铸钢和铸铁牌号表示方法；3.了解有色金属及其合金种类和新型材料；4.掌握材料的强度与塑性标准；5.掌握零件硬度测量的表示法；6.理解材料的冲击韧性与疲劳极限的概念；7.理解金属材料的工艺性能能力要求：1.能区分钢铁材料的种类；2.

2、能知道为汽车机械选择合适的材料种类；3.能掌握材料硬度与塑性的关系 1.1 金属材料的分类与组织金属材料的分类与组织 1.2 汽车机械零件材料汽车机械零件材料 1.3 金属的力学性能和工艺性能金属的力学性能和工艺性能第第1章章 汽车机械常用材料应用汽车机械常用材料应用第一节第一节 金属材料的分类与组织金属材料的分类与组织一、金属材料分类一、金属材料分类二、钢铁基本组织二、钢铁基本组织三、钢中常存杂质元素的影响三、钢中常存杂质元素的影响一、金属材料分类一、金属材料分类金属金属是指具有良好的导电性和导热性，是指具有良好的导电性和导热性，具有一定的强度和塑性，并具有光泽的物质。具有一定的强度和塑性，

3、并具有光泽的物质。1钢铁材料钢铁材料由铁或以铁为主形成的物质，称为钢铁材料，钢铁由铁或以铁为主形成的物质，称为钢铁材料，钢铁材料是铁和碳的合金。材料是铁和碳的合金。钢铁材料按碳的质量分数钢铁材料按碳的质量分数WC进行分类进行分类工业纯铁工业纯铁WC 0.0218%（1）钢）钢 钢（钢（0.0218% WC 2.11的铁碳合金从液态缓冷至1148时，将同时从液体中结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，即莱氏体，常用符号Ld表示。由于奥氏体在727时转变为珠光体，所以在室温时莱氏体由珠光体和渗碳体所组成。为了区别起见，将727以上的莱氏体称为高温莱氏体Ld，在727以下的莱氏体称为低温莱氏体Ld，或称

4、变态莱氏体。莱氏体的性能和渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。第一节第一节 金属材料的分类与组织金属材料的分类与组织 三、钢中常存杂质元素的影响三、钢中常存杂质元素的影响 硫硫 磷磷第一节第一节 金属材料的分类与组织金属材料的分类与组织 硫硫 硫（硫（S）是由生铁和燃料带入的杂质，炼钢）是由生铁和燃料带入的杂质，炼钢时难以除尽。在固态下硫不溶于铁，在钢时难以除尽。在固态下硫不溶于铁，在钢中是有害元素。当钢在中是有害元素。当钢在1000 1200压力压力加工时，由于低熔点共晶体熔化，显着减加工时，由于低熔点共晶体熔化，显着减弱晶粒之间的联系，使钢材在压力加工时弱晶粒之间的联系，使钢材在压力加工时沿晶

5、界开裂，这种现象为热脆。因此，钢沿晶界开裂，这种现象为热脆。因此，钢中硫的质量分数必须严格控制。中硫的质量分数必须严格控制。 第一节第一节 金属材料的分类与组织金属材料的分类与组织 磷磷 磷（P）是由生铁和燃料带入的杂质，炼钢时难以除尽。磷能全部熔于铁素体，提高了铁素体的强度、硬度；但在室温下钢的塑性、韧性急剧下降，变脆，这种现象称为冷脆。所以，磷是一种有害杂质元素，因此要严格控制磷在钢中的含量。 第一节第一节 金属材料的分类与组织金属材料的分类与组织 小结 1金属材料分类 2钢铁基本组织 3钢中常存杂质元素的影响第二节第二节 汽车机械零件材料汽车机械零件材料 一、非合金钢一、非合金钢 二、合

6、金钢二、合金钢 三、铸钢三、铸钢 四、铸铁四、铸铁 五、有色金属及其合金五、有色金属及其合金 第二节第二节 汽车机械零件材料汽车机械零件材料 2）优质钢 优质钢是指在生产过程中需要特别控制硫、磷的含量。 硫、磷含量均应0.040%。 牌号用碳的质量分数的万分数表示 如10号钢、20号钢、35号钢、45号钢等。如20表示碳的质量分数0.2%。 常用牌号如表1-2或GB/T 699-1999 。 2按含碳量分类按含碳量分类 1）低碳钢）低碳钢 低碳钢是指碳的质量分数低碳钢是指碳的质量分数Wc0.6% 的铁碳的铁碳合金。合金。 3按用途分类按用途分类 1）结构钢）结构钢 碳的质量分数碳的质量分数Wc

7、0.7%，这类钢热处理后具有高，这类钢热处理后具有高的硬度和耐磨性，主要用于制造工具，如制作的硬度和耐磨性，主要用于制造工具，如制作刃具、模具、量具等，用含碳量的千分数表示，刃具、模具、量具等，用含碳量的千分数表示，如如T7表示含碳量为千分之七。若为高级优质钢表示含碳量为千分之七。若为高级优质钢则在排号后附以则在排号后附以“A”字，如字，如T12A等。等。 牌号参见表牌号参见表1-3或合金工具钢或合金工具钢GB/T 1299-2000，高速工具钢高速工具钢GB/T 9943-2008 。 二、合金钢二、合金钢 常加的合金元素有：Mn（锰）、Si（硅）、Cr（铬）、Ni（镍）、Mo（钼）、V（钒

8、）、Ti（钛）、Nb（铌）、Co（钴）、Al（铝）、B（硼）、Re（铼）等。 合金钢的表示方法如40Cr、20CrMnTi、35SiMn、60Si2Mn、GCr15等。 牌号GB 3531-2008，GB/T8162-2008选用 第二节第二节 汽车机械零件材料汽车机械零件材料 六、新型材料六、新型材料 . 纳米材料纳米材料 2. 智能材料智能材料 3. 超导材料超导材料 4. 非晶态金属非晶态金属 5. 光导纤维光导纤维第二节第二节 汽车机械零件材料汽车机械零件材料 三、铸钢三、铸钢 铸钢牌号是 “ZG+数字+数字”。 第一组数字代表屈服极限，第二组数字代表强度极限。 合金铸钢是在的牌号前加

9、“ZG”后面的第一组数字表示铸钢的名义万分碳含量的质量分数，其后排列的是各主要合金元素符号及其名义质量分数。 牌号参见GBT5613-1995 。第二节第二节 汽车机械零件材料汽车机械零件材料 四、铸铁四、铸铁 1普通灰铸铁普通灰铸铁 断口呈灰色。牌号用：断口呈灰色。牌号用：HT+数字数字 如：如：HT200、HT250等。等。 数字表示最低抗拉强度数字表示最低抗拉强度 200表示最低抗拉强度为表示最低抗拉强度为200MPa。 铸铁是含碳量铸铁是含碳量2.11%Wc6.69%或者组织中具或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。有共晶组织的铁碳合金。 灰铸铁在机械中的应用灰铸铁在机械中的应用第二节第二

10、节 汽车机械零件材料汽车机械零件材料 四、铸铁四、铸铁 2球墨铸铁球墨铸铁 牌号牌号QT+数字数字+数字数字 第一组数字代表最低抗拉强度第一组数字代表最低抗拉强度 第二组数字代表断后延伸率第二组数字代表断后延伸率 如如QT500-7、QT900-2等。等。第二节第二节 汽车机械零件材料汽车机械零件材料 3可锻铸铁可锻铸铁 分类：黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁与白心可锻铸铁等。 性能：黑心可锻铸铁具有一定的强度和较高的韧性；珠光体可锻铸铁强度高、硬度高、耐磨性好。 牌号：黑心可锻铸铁是“KTH+数字+数字”。 例：KTH300-6 ，强度-延伸率。 珠光体与白口可锻铸铁：只是将KTH中的H改成Z与

11、B，其它不变。 用途：黑心可锻铸铁用于制造承受冲击和振动的零件。例如弹簧钢板支座、机床上用的把手等。 珠光体与白口可锻铸铁用于制造铸造曲轴、凸轮轴、连杆及齿轮等重要零件。第二节第二节 汽车机械零件材料汽车机械零件材料 五、有色金属及其合金五、有色金属及其合金 1铝及铝合金铝及铝合金 1)工业纯铝 2)铝合金 通过加入硅、铜、镁、锌、锰等合金元素 主要用于需要减轻质量的零件和结构。第二节第二节 汽车机械零件材料汽车机械零件材料 五、有色金属及其合金五、有色金属及其合金2铜及铜合金铜及铜合金 （1）纯铜 （2）铜合金 1）锡青铜 2）铝青铜 3）铍青铜 第二节第二节 汽车机械零件材料汽车机械零件材

12、料 小结 一、非合金钢一、非合金钢 二、合金钢二、合金钢 三、铸钢三、铸钢 四、铸铁四、铸铁 五、有色金属及其合金五、有色金属及其合金第三节第三节 金属材料的力学性能和工艺性能金属材料的力学性能和工艺性能 金属材料的力学性能是指金属在力的作用金属材料的力学性能是指金属在力的作用下所显示的如弹性、塑性、强度、硬度、下所显示的如弹性、塑性、强度、硬度、韧性和疲劳强度等。韧性和疲劳强度等。 弹性是指物体在外力作用下改变其形状和尺寸，当外力卸除后物体又回复到其原始形状和尺寸的特性。1.3 金属的力学性能和工艺性能 1强度与塑性 2硬度 3韧性 4疲劳 5工艺性能 一、强度与塑性一、强度与塑性 强度是指

13、金属在外力作用下抵抗破坏的能强度是指金属在外力作用下抵抗破坏的能力。力。 塑性是指金属在外力作用下抵抗永久变形塑性是指金属在外力作用下抵抗永久变形的能力。的能力。 1拉伸试验拉伸试验 1）拉伸试样）拉伸试样各种各样试验机各种各样试验机观看试验过程铸铁拉伸试验塑材压缩试验 2强度指标强度指标 金属材料抵抗拉伸力的强度指标有屈服极限、抗拉强度 1）屈服点和屈服应力AFSS2）抗拉强度AFbb3塑性指标塑性指标金属材料的塑性，可以用拉伸试样断裂时的最大相对变形量来表示。1）断后伸长率%100LLL0012）断面收缩率 %100AAA010 二、硬度二、硬度 硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标，

14、也是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。 硬度测定指标分类硬度测定指标分类 1、布氏硬度（HBS） 2、洛氏硬度（HRC） 3、维氏硬度（HV） 硬度试验机三、韧性三、韧性1试验原理试验原理摆锤具有势能AKl。摆锤的剩余势能为AK2摆锤冲断试样的冲击功为：AK = AKlAK2 2冲击韧度冲击韧度 冲击韧度用表示，单位是J/cm2。 AAakk 四、疲劳四、疲劳 1疲劳破坏现象疲劳破坏现象 机械零件中90以上是因疲劳造成的。 2疲劳强度疲劳强度金属在循环应力作用下能经受无限多次循环而不断裂的最大应力值，称为金属的疲劳强度。对于对称循环应力，其疲劳强度用1表示。工程中规定，

15、材工程中规定，材料在循环应力作料在循环应力作用下达到某一基用下达到某一基数而不断裂时，数而不断裂时，其最大应力就作其最大应力就作为该材料的疲劳为该材料的疲劳极限用极限用-1。一般钢铁材料的一般钢铁材料的循环基数取循环基数取N=107 。当金。当金属材料在无数次属材料在无数次N=107重复或交重复或交变载荷作用下而变载荷作用下而不致引起断裂的不致引起断裂的最大应力，叫做最大应力，叫做疲劳强度疲劳强度-1 五、工艺性能五、工艺性能 工艺性能是指金属材料在制造机械零件和工艺性能是指金属材料在制造机械零件和工具的过程中，适应各种冷、热加工的性工具的过程中，适应各种冷、热加工的性能。能。 1铸造性能铸造性能 2锻造性能锻造性能 3焊接性能焊接性能 4切削加工性能切削加工性能本章小结本章小结1.汽车机械常用材料分为塑性材料和脆性材料两大类，塑性材料包括普通碳素钢、优质碳素钢、合金钢和有色金属等，是汽车机械用的最多的材料。2.材料在外力作用下的性能指标主要有强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。屈服极限是工程技术上重要的力学性能指标之一，也是大多数机械零件选材和设计的依据，屈服极限计算式为 抗拉强度是指试样拉断前承受的最大标称拉应力，强度极限计算式为 试样拉断后标距伸长与原始标距的百分比称为断后伸长率，计算表达式为 洛氏硬度（HRC）， 洛氏硬度是生产中广泛应用的一种硬度测定方法，常用来直