汽车机械基础(第一章)ppt课件

汽车机械基础第一章汽车常用材料,一、材料科学简介,二、材料的性能,三、钢的热处理,四、常用的汽车材料,本章内容,本章内容,学习目的：通过本节的学习具备所必需的汽车所使用的金属材料基本知识。学习要求：掌握金属的力学性能指标及常用数据。掌握钢的热处理的基本知识及常用的热处理方法、工艺特点和应用范围。掌握常用的机械工程材料类型、牌号、力学性能及用途。初步具有选择工程材料的能力。,第一讲材料科学简介,汽车上常用的材料有哪些？,1.材料与人类生活材料是人类生产和生活所必需的物质，人类社会的发展伴随着各种材料的不断开发和利用。,第一讲材料科学简介,人们按照在使用中占主导地位的材料划分历史：石器时代陶器青铜器铁器钢铁合成材料复合材料。,2.材料在的现代科技中的地位,21世纪三大科技,信息技术,生物技术,材料科学是其基础,能源技术,一张纳米光盘将可记录1000部电影,超微外观大体结构纳米人工骨,通常，一辆汽车由约3万个零部件组装而成。汽车上每个汽车零件的生产制造都涉及到材料问题。据统计，汽车上的零部件采用了4千余种不同的材料加工制造。从汽车的设计、选材、加工制造，到汽车的使用、维修和养护无一不涉及到材料。,现代汽车要满足:安全、舒适、自重轻、污染排放低、能耗小、价格低等要求。材料是首要考虑方面。,3.材料是汽车工业的基础,3.材料是汽车工业的基础,汽车材料包括了制造汽车各种零部件用的汽车工程材料，以及汽车在使用过程中使用的燃料和工作液等汽车运行材料。,金属材料（纯金属及合金）,黑色金属（钢铁),有色金属(Cu、Al、Ti、Mg),有机高分子材料（主要成分、）塑料、橡胶、合成纤维等,无机材料玻璃、水泥、陶瓷等,非金属材料,复合材料玻璃纤维增强塑料等,汽车工程材料的分类,车用汽油燃料轻柴油其它代用燃料发动机油车辆齿轮油润滑油液力传动油液压油润滑脂制动液工作液减振器液发动机冷却液制冷剂轮胎,汽车运行材料,汽车运行材料的分类,以现代轿车用材为例，按照重量来换算，钢材占汽车自重的55%60%，铸铁占12%5%，有色金属占6%10%，塑料占8%12%，橡胶占4%，玻璃占3%，其他材料（油漆、各种液体等）占12%6%。,汽车材料的展望,汽车工业发展的方向：汽车轻量化和减少污染。汽车材料总的发展趋势是：结构材料中钢铁材料所占比例将逐步下降，有色金属、陶瓷材料、复合材料、高分子材料等新型材料的用量有所上升。在性能可靠的条件下，将尽可能多地采用铝合金、复合材料等轻型、新型材料取代钢铁材料。,材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能：是指零部件在正常使用条件下材料所表现出来的性能。主要包括力学性能、物理性能和化学性能。工艺性能：是指材料在被制成各种零部件的过程中，材料适应各种冷、热加工的性能。对于金属材料来讲，工艺性能主要包括了铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能。,第一节材料的性能,一、材料的力学性能,材料的力学性能：是指材料在外加载荷（静载荷、冲击载荷、交变载荷）作用下所表现出来的性能。包括强度、塑性、硬度、韧性、疲劳及断裂等；力学性能指标：用来表征材料力学性能的各种临界值或规定值。可通过试验测定。,按载荷的形式不同，金属材料的强度可分为抗拉强度、抗扭强度、抗弯强度和抗剪强度。各种强度之间有一定的联系，一般以抗拉强度作为金属材料的强度指标。,1.强度,（一）材料的力学性能,载荷的形式,强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力。,拉伸试验时采用标准试件（图1-1），规定圆截面标准试件的工作长度l（也称标距）与其截面直径d的比例为：长试件：l=10d；短试件：l=5d。,图1-1拉伸试验的标准试件,拉伸试验的标准试件,试验时，试件两端装卡在试验机卡头上，施加缓慢增加的拉力，直到把试件拉断为止。,（一）材料的力学性能,在万能材料实验机上做拉伸实验,拉伸试验,低碳钢拉伸实验,拉伸图：“Fl（拉力伸长量）”的曲线图。,低碳钢拉伸时的应力应变图,应力应变图:（F/A）-（l/l）曲线：-曲线即应力-应变曲线。,低碳钢拉伸时的拉伸图,拉伸曲线下图为低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示载荷单位为N；横坐标表示绝对伸长量L，单位为mm。,几个变形阶段：（1）Oe弹性变形阶段（2）es屈服阶段（3）sd明显塑性变形阶段（4）db强化阶段（5）bk缩颈阶段,弹性变形外力解除后能够完全消失的变形。塑性变形外力解除后仍保留的变形。,（1）弹性模量E表征了材料抵抗弹性变形的能力，也称之为刚度。E=/=tan（MPa）式中，为弹性变形阶段的应力，为相应的应变，tan为拉伸曲线的斜率。,1.材料的弹性指标,(2)弹性极限e：指材料在弹性变形阶段所能承受的最大应力。e=Fe/A0（MPa）式中，Fe是试样不产生塑性变形时的最大载荷（N）；A0是试样的原始横截面积（mm2）。e表示材料保持弹性变形的最大应力。,1.材料的弹性指标,2.材料的强度指标,（1）屈服点s：表示材料产生屈服时对应的应力。屈服点也称为屈服强度。s=Fs/Ao（MPa）式中，Fs为试样发生屈服变形时的载荷（N），A0为试样原始横截面积（mm2）。（2）抗拉强度b指试样在拉伸过程中所能承受的最大应力值。b=Fb/Ao（MPa）式中，Fb是试样断裂前所承受的最大载荷(N)，Ao是试样的原始横截面积(mm2)。,抗拉强度：b，它是设计和选材的主要依据之一，是工程技术上的主要强度指标。屈强比：s/b，是一个有意义的指标。其比值越大，越能发挥材料的潜力。但是为了使用安全，该比值亦不宜过大，适当的比值一般在0.650.75之间。比强度：b/，它表征了材料强度与密度之间的关系。在考虑汽车轻量化的问题时，常常用到这个指标。,2.材料的强度指标,塑性是指金属材料在载荷作用下断裂前发生永久变形的能力。塑性指标也是由拉伸试验测得的，常用延伸率和断面收缩率来表示。,塑性是材料的一个重要指标，延伸率和断面收缩率数值越大，表示材料的塑性越好。金属材料的塑性好坏，对于零件的使用和加工性能有着十分重要的意义。塑性好的材料可以发生大量塑性变形而不破坏，易于通过塑性变形加工成复杂形状的零件，例如，工业纯铁的可达延伸率50%，断面收缩率可达80%，可以拉制细丝、轧制薄板等。塑性好的材料在使用中能够保证材料不会因为稍有超载而突然断裂，这样就增加了材料使用的安全性。,2.塑性,材料的塑性指标,（1）伸长率：是指试样拉断后，标距伸长量与原始标距的百分比。即式中，l1是试样断裂后的标距（），l0是试样的原始标距（），同一材料的伸长率与试样尺寸有关。,（2）断面收缩率：是指试样拉断后横截面积的缩减量与原始横截面积之比。即=（A0-A1）/A0100%式中，A1是试样断裂处的最小横断面积（2），A0是试样的原始横截面积(2)。,材料的塑性指标,其他某些材料拉伸时的力学性能,灰铸铁拉伸试验,图3-12灰铸铁拉伸时的应力应变曲线,灰铸铁的-曲线上没有明显的直线部分，但在应力较小时，近似服从胡克定律。曲线上没有屈服阶段和颈缩阶段，拉伸中变形很小时就突然断裂，属于脆性材料。强度极限b是其唯一强度指标。抗拉强度低，不适于制作承拉构件。,塑性材料：断裂前有明显的塑性变形，称为塑性断裂，塑性断裂的断口呈“杯锥”状。如低碳钢。脆性材料：在断裂前未发生明显的塑性变形，为脆性断裂，断口是平整的。如铸铁、玻璃等。不同类型的材料，其-曲线有很大差异。反映出其所具有不同的抗拉性能特点。,硬度是指材料抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是金属材料重要的机械性能之一。硬度值可间接地反映金属的强度及金属在化学成分和热处理工艺上的差异。材料的硬度值，是按一定方法测出的数据，不同方法在不同条件下测量的硬度值，因含意不同，其数据也不同，因此一般不能进行相互比较。,3.硬度,最常用的硬度试验为布氏硬度（HB）洛氏硬度(HR)此外，还有维氏硬度(HV)、肖氏硬度（弹性回跳法）、显微硬度和锤击式布氏硬度等。,布氏硬度,测试原理：用一定大小的载荷F，把直径为D的钢球压入被测试样表面，保持规定时间后卸除载荷，移去压头，用读数显微镜测出压痕平均直径d。用载荷F除以压痕的表面积所得的商，即为被测材料的布氏硬度值。,实验测量d计算/查表硬度,布氏硬度的表示方法规定为：符号HBS和HBW前面的数值为硬度值，符号后面按以下顺序表示试验条件：压头球体直径（）、试验载荷（Kgf）、试验载荷保持时间（S）（1015S不标注）。例200HBS10/1000/30,用淬火钢球作为压头所测得的布氏硬度用符号HBS表示；用硬质合金球作为压头所测得的布氏硬度用符号HBW表示。,布氏硬度,测试原理：采用顶角为120的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球作为压头。如图所示。试验时先施加初载荷，使压头与试样表面接触良好，保证测量准确，再施加主载荷，保持到规定的时间后再卸除主载荷，依据压痕的深度来确定材料的硬度值。,洛氏硬度,洛氏硬度,我国常用的是HRA、HRB、HRC三种，试验条件及应用范围见表1-2。洛氏硬度值的表示方法规定为：硬度符号前面注明硬度值，例如52HRC、70HRA。,许多零件在工作中，往往不是单纯承受静载荷作用，还要受到冲击载荷的作用，如活塞销、锤杆、冲模和锻模等。在设计和制造受冲击载荷的零件和工具时，必须考虑所用材料的冲击吸收功或冲击韧性。对于承受冲击载荷的零件，如汽车发动机中的活塞、曲轴、减震弹簧，不仅要求具有高的强度和一定的塑性，还必须具备足够的冲击韧度。金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性。目前常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定金属材料的冲击韧性。,4.冲击韧性,冲击韧性,（a）（b）图3.5冲击试验示意图1-摆锤；2-机架；3-试样；4-刻度盘；5-指针,冲击韧度的测定方法，如图所示。是将被测材料制成标准缺口试样，在冲击试验机上由置于一定高度的重锤自由落下而一次冲断。冲断试样所消耗的能量称为冲击功Ak，其数值为重锤冲断试样的势能差。冲击韧度值ak就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功，这个值越大，则韧性越好，受冲击时，越不容易断裂。,5.疲劳,在汽车上的许多零件中，比如各种轴、齿轮、弹簧、连杆等，要受到大小和方向呈周期性变化的载荷作用。这种交变载荷虽然小于材料的强度极限，甚至小于其弹性极限，但经多次循环后，在没有明显的外观变形时也会发生断裂，这种破坏称作疲劳破坏或疲劳断裂。这种破坏都是突然发生的，具有很大的危险性。,疲劳试验,疲劳曲线,疲劳强度-1是表示材料以周期性交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力，其大小与应力变化的次数有关。对于黑色金属规定循环次数为107次，有色金属循环次数为108次。,疲劳失效原因分析:由于材料表面或内部存在有划痕、尖角、夹杂等缺陷，这些有缺陷部位的局部应力大于屈服点，会产生局部变形引起微裂纹，成为疲劳源，随着应力循环次数的增加，微裂纹逐渐扩展，使零件承载的横截面大大减少，以至于不能承受载荷而突然断裂。,为了提高金属的疲劳强度，可以通过改善零件的结构形状，避免应力集中，减小表面粗糙度值，进行表面热处理和强化处理等方法。,铸造性能：流动性、收缩性、偏析,热处理性能：淬透性,锻造性能：塑性、变形抗力,焊接性能：焊接性,切削性能：表面粗糙度、刀具寿命,二、材料的工艺性能,是指材料在被制成各种零部件的过程中适应加工的性能。包括:,铸造是将熔化的金属或合金，注入铸型型腔内以获得相应铸件的工艺方法。金属的铸造性能，是指能否将金属材料用铸造方法制成优良铸件的性能。衡量铸造性能的主要指标有流动性、收缩性和偏析倾向。熔融金属的流动能力称为流动性，它主要受金属化学成分和浇注温度等的影响。流动性好的金属易充满铸型，从而获得外形完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件。铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩性。铸件收缩不仅影响尺寸精度，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷，故用于铸造的金属其收缩率越小越好。金属凝固后，内部化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。偏析严重时能使铸件各部分的机械性能有很大的差异，降低了铸件的质量。这对大型铸件的危害更大。,铸造性能,锻造性能,锻造性能又称塑性加工性能，它是指利用材料的可塑性，借助外力的作用产生变形从而获得所需形状、尺寸和一定组织性能的零件，通常用材料的塑性（塑性变形能力）和强度（塑性变形抗力）及形变强化能力来综合衡量。金属材料一般具有良好的塑性，故可通过各种塑性加工方法制成所需形状、尺寸的零件，这是金属材料应用最广泛的重要原因。,焊接性能,焊接是将两部分金属，通过加热或加压借助原子间的结合力，使它们牢固地连接成整体的工艺方法。可分为熔化焊、压力焊、钎焊三种。所谓焊接性能，是指能否将金属用一定的焊接方法，焊成优良接头的性能。它可以通过焊接试验来评定，其主要标准是产生裂缝的可能性和裂纹的多少，以及有无气孔产生。,切削加工性能,材料进行各种切削加工（如车、铣、刨、钻、镗等）时的难易程度称为切削加工性能。切削是一种复杂的表面层现象，牵涉到摩擦及高速弹性变形、塑性变形和断裂等过程，因此切削的难易程度与许多因素有关。评定材料的切削加工性能也是比较复杂的，一般用材料被切削的难易程度、切削后表面粗糙度和刀具寿命等几方面来衡量。,影响切削加工性能的因素主要有工件的化学成分、组织状态、硬度、塑性、导热性和形变强化等。一般认为金属材料具有适当的硬度（170230HBS）和足够的脆性时较易切削。,金属的热处理性能是指金属能否通过热处理工艺来改善或提高金属的力学性能。,热处理性能,热处理是改变材料性能的主要手段。在热处理过程中，材料的成分、组织、结构发生变化从而引起了成分结构敏感性参数的改变。,第二讲汽车常用材料,碳素钢合金钢铸铁有色金属及合金非金属材料复合材料,铸铁碳的质量分数大于2.11、小于6.67的铁碳合金为铸铁。,钢铁材料以铁、碳为基础的铁碳合金。,碳素钢碳的质量分数(含碳量)小于2.11的铁碳合金称为碳素钢。,一、碳钢,(1)按碳的质量分数分低碳钢W(C)0.25%中碳钢0.25%W(C)0.6%高碳钢W(C)0.6%(2)按钢的质量分（S、P含量）普通碳素钢Ws0.055%，Wp0.045%优质碳素钢Ws、Wp0.040%高级优质碳素钢Ws0.030%，Wp0.035%,1.碳钢的分类,(3)按钢的用途分碳素结构钢：用于制造各种机械零件、工程构件。一般为低、中碳钢。碳素工具钢：用于制造各种工具。一般为高碳钢。(4)按冶炼方法分镇静钢：是钢液在浇注前用锰铁、硅铁、铝进行充分脱氧，注入模子后，钢液不发生碳氧反应而处于镇静状态，故称镇静钢（Z）。沸腾钢：是在冶炼后期将钢液用少量锰铁轻度脱氧，钢液氧含量较高，注入锭模后发生碳氧反应，析出大量的CO气体，引起钢液沸腾，故称为沸腾钢（F）。,1.碳钢的分类,1.碳钢的分类,杂质元素对钢性能的影响有益元素Si有很强的固溶强化作用,能脱氧。Mn脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。有害元素:P有很强的固溶强化作用,低温韧性差(冷脆)。S能引起钢在热加工时或高温工作下开裂(热裂)。,2.碳钢的牌号及用途,碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢,（1）普通碳素结构钢有害杂质硫、磷和非金属夹杂物较多，同等情况下塑性、韧性较低；但冶炼容易、工艺性好且价格便宜，能满足一般工程构件和普通零件的性能要求，因此应用广泛。一般用于受力不大、制造要求不高的机械零件（如螺钉、螺母）和厂房、桥梁、船舶等建造结构件。普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音第一个字母“Q”、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号四个部分按顺序组成。如：Q235AF表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。,用途,钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,（2）优质碳素结构钢有害杂质硫、磷和非金属夹杂物较少，品质较高，塑性、韧性比（普通）碳素钢好。主要用于制造较重要的机械零件。优质结构钢的牌号用两位数字表示，两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数。如45钢表示平均含碳量为0.45的优质碳素结构钢。若含锰量较高，数字后面应加“Mn”，以示区别。如：60Mn。,用途,较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。,热处理：渗碳、淬火、回火等。,上海桑塔纳发动机曲轴就是采用优质50号中碳素钢锻制而成，先正火后半精加工，最后经中频淬火后再精加工,汽车曲轴,常用钢号及其应用,08、10钢:强度低,塑性好,具有良好的冲压、拉深及焊接性能,用于制造冷冲压件,如汽车和拖拉机油箱、仪表板、汽缸盖衬垫、连杆轴瓦的钢背、曲轴止推片等.,15、20钢:渗碳,表硬内韧,作凸轮、小齿轮、摩擦片、活塞销、摇臂等,3055钢:调质,综合机械性能好,制齿轮、连杆、轴类等,6070钢,淬火,中回,制造弹性元件,如汽车气门弹簧.,（3）碳素工具钢的牌号、性能及用途碳素工具钢的牌号由汉字“碳”的汉语拼音第一个字母“T”加上阿拉伯数字组成，其数字表示钢中平均含碳量的千分数。如：T8钢表示平均含碳量为0.8的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则应在牌号后面标以字母A，如T12A钢表示平均含碳量为1.2的高级优质碳素工具钢。碳素工具钢的含碳量在0.70以上，硬度高，耐磨性好，碳素工具钢都是优质钢或高级优质钢。碳素工具钢主要用于制造刀具、模具和量具。,用途,冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。,热处理：淬火+低温回火,合金钢在碳钢的基础上加入有益的其他元素形成的钢，称为合金钢。,常用的合金元素有：铬(Cr)、镍(Ni)、硅(si）、铝(Al)、硼(B)、钨(w)、钼(Mo)、钛(Ti)及稀土元素Re等。,二、合金钢,合金结构钢合金工具钢特殊性能钢,类型：,碳钢：价格低，但是，力学性能低，淬透性低，回火抗力差，耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。,合金结构钢的牌号由两位数字元素符号（或汉字）数字三个部分组成。前两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数；元素符号（或汉字）表示钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示合金元素的含量。合金元素含量小于1.5时不标。如：40Cr钢表示平均含碳量为0.40，主要合金元素为Cr，其含量在1.5以下的合金结构钢；60Si2Mn钢表示平均含碳量为0.60，主要合金元素为Si、Mn，其平均含量分别为2、1.5的合金结构钢。,1低合金结构钢,成分w(C)0.2%，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。性能强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。,(摘自GB/T1591-1994),高压容器,桥梁,船舶,车辆,应用,2合金调质钢,成分w(C)=0.250.50%，合金元素消除回火脆性。Mn、Cr、Ni、B、Si用来提高淬透性，Mo、W可抑制第二类回火脆性，Ti、V细化晶粒。性能综合机械性能高,热处理,应用:轴类、连杆、齿轮40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。,调质，可附加表面淬火或化学热处理。,应用:,汽车曲轴,圆锥齿轮,3合金渗碳钢,成分w(C)=0.10.25%,韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性,细化晶粒。Cr、Ni、Mo、W、Mn、Si和B提高淬透性，Ti细化晶粒性能渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。,3合金渗碳钢,热处理,应用耐磨件20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。20CrMnTi，汽车齿轮。18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。,渗碳淬火低温回火,4合金弹簧钢,成分w(C)=0.450.70%，Si,Mn为主要元素，提高屈强比。性能屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。,4合金弹簧钢,（摘自GB/T12221985）,应用65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。,合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入合金元素制成的。合金工具钢具有更高硬度、耐磨性，更好的淬透性、热硬性和回火稳定性等。因而可以制造刃具、模具、量具和其它工具。,合金工具钢,合金刃具钢：主要用来制造金属切削刀具。合金模具钢：主要用来制造各种金属成形用的模具。合金量具钢：量具用来测量工件尺寸的工具（如游标卡尺、量规。,量具,刃具,合金工具钢的牌号由数字元素符号（或汉字）数字三个部分组成。前面的数字表示该钢的平均含碳量的千分数（当含碳量1时，则不予标出）；元素符号（或汉字）表示钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示合金元素的含量。合金元素含量小于1.5时不标。如：9SiCr钢表示平均含碳量为0.9，主要合金元素为Si、Cr，其含量均在1.5以下的合金工具钢；Cr12MoV钢表示平均含碳量1，主要合金元素为Cr，其平均含量分别为12合金元素Mo、V，其平均含量均1.5的合金工具钢。,1不锈钢2耐热钢3耐磨钢,三特殊性能钢,耐热钢的用途,耐磨钢用途,用途：履带、铁道岔道、挖掘机、拖拉机、坦克的履带板等代表牌号Mn13,含碳量大于2.11%、并含有较多硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金称为铸铁。,根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为：灰铸铁中的石墨呈片状；可锻铸铁中的石墨呈团絮状；球墨铸铁中的石墨呈球状，蠕墨铸铁中的石墨呈蠕虫状。,四铸铁,有色金属是指钢铁以外的其他金属。有色金属种类很多，又具有某些独特的性能，是工业上不可缺少的金属材料，有色金属应用较广的是铝、铜及其合金和轴承合金。1铝及铝合金2铜及铜合金3轴承合金,钢铁材料也称为黑色金属。,四、有色金属及其合金,铝及铝合金,显著特点是：密度小、塑性高但强度、硬度低.可以经冷变形或通过合金化使其强化；可以进行冷、热压力加工。铝导电、导热性良好，仅次于银和铜。常用铝代替铜制作导线和零件，也可以制作电子、电气设备散热片。工业纯铝的牌号有1070A、1060、1050A、1035等。,1工业纯铝,2铝合金,在纯铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等金属元素形成铝合金。可显著提高力学性能，且仍保持密度小、比强度高、耐腐蚀、导热性好的优点，可以用来制作机器零件。根据铝合金的成分及生产工艺特点，可将其分为变形铝合金和铸造铝合金。,铝合金,(1）变形铝合金防锈铝合金硬铝合金超硬铝合金锻铝合金（2）铸造铝合金Al-Si系合金Al-Cu系合金Al-Mg系合金Al-Zn系合金,铝合金应用,汽缸头,活塞(裙部为铝硅合金),大部分轿车还是部分零部件采用铝合金，如车圈、发动机上盖等。,铜及铜合金的性能特点,优异的物理、化学性能导电、导热性、抗蚀、抗磁能力高良好的加工性能塑性好；铸造性好某些特殊机械性能优良的减摩性和耐磨性，高的弹性极限和疲劳极限,纯铜强度低，虽然冷加工变形可提高其强度，但塑性显著降低，不能制作受力的结构件。为了满足制作结构件的要求，在铜中加入合金元素，通过固溶强化，时效强化及过剩相强化等途径提高合金的强度，获得高强度的铜合金。常用的合金元素：Zn、Al、Sn、Mn、Ni、Be、Ti、Cr、Zr等。铜合金按其化学成分可分为黄铜、青铜、白铜三大类。,轴承合金,滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料工作条件冲击、交变载荷，轴颈压力、摩擦。性能要求:强硬度、塑韧性好，与轴的磨合能力、减摩性好。导热、抗蚀性好。,轴瓦,常用的轴承合金有锡基、铅基、铜基和铝基轴承合金等。,四、非金属材料,非金属材料包括橡胶、塑料、玻璃、陶瓷、合成纤维、胶粘剂、摩擦材料、涂装材料等各种材料，它们在汽车上的应用呈逐年增长的趋势。(一)橡胶所谓橡胶，是指在使用温度范围内处于高弹性状态的高分子材料。1橡胶的特性橡胶最显著的特点是具有高的弹性和回弹性。同时，橡胶还有一定的强度，优异的抗疲劳性，以及良好的耐磨、绝缘、隔声、防水、缓冲、吸振等性能。2橡胶的基本组成橡胶是以生胶为原料，加入适量的配合剂，经硫化工艺处理以后得到的一种生产原材料。3橡胶制品在汽车上的应用（表1-7）,（二）塑料,塑料是一种以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，它通常可在加热、加压条件下被注塑或固化成形，故称为塑料。汽车用工程塑料，主要用于制造某些机器零件或构件，具有强度、韧度和耐磨性较好，价廉、耐腐蚀、降噪声、美观、质轻等特点。塑料的组成1合成树脂树脂是决定塑料性能和使用范围的主要组成物，在塑料中，起粘结其他组分的作用。塑料中的合成树脂质量分数一般为30100。因此，大多数塑料都是以树脂名称来命名的，例如，聚氯乙烯塑料的树脂就是聚氯乙烯。2添加剂（1）填充剂；（2）增塑剂；（3）稳定剂；（4）着色剂；（5）其他,塑料的分类,按树脂的热性能可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。按使用范围可分为通用塑料和工程塑料两大类。,塑料的主要特性,质量轻、强度低、刚度低；化学稳定性好；良好的绝缘性；优良的减摩性能、耐磨性能；耐蚀性好；优良的吸振性；耐热性差，导热性差，易老化。,塑料在汽车上的应用（表1-8）汽车用塑料按照用途可分为内饰件用塑料、工程塑料和外装件用料。1汽车内饰用塑料内饰用塑料品种主要有：聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）和ABS等。它们用于制作座垫、仪表板、扶手、头枕、门内衬板、顶棚衬里、地毯、控制箱、转向盘等内饰塑料制品。2汽车用工程塑料汽车上常用的工程塑料有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯烯、ABS、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛树脂等。3汽车的外装件及结构件汽车的外装件及结构件包括传动轴、车架、发动机罩等，要求具备高强度，因而多采用纤维增强塑料复合材料制造。,陶瓷大致可分为传统陶瓷及特种陶瓷两大类。其生产过程比较复杂，但基本的工艺是原料的制备、坯料的成型和制品的烧成或烧结三大步骤。1陶瓷的组成相及其结构和金属一样，陶瓷材料的力学性能和物理、化学性能也是由它的化学组成和结构状况决定的。陶瓷的组织结构非常复杂，一般由晶体相、玻璃相和气相组成。各种相的组成、结构、数量、几何形状及分布状况等都会影响陶瓷的性能。,(三)陶瓷材料,2.陶瓷的性能及应用,具有很高的弹性模量和硬度（1500HV），极高的红硬性（可达1000以上），抗压强度高，但抗拉强度和韧性都很低，脆性大；化学性能非常稳定；熔点很高，一般在2000左右；导热性和膨胀性小；大多是绝缘体，某些特种陶瓷具有导电性和导磁性。,3常用陶瓷（1）普通陶瓷（传统陶瓷）（2）特种陶瓷（新型陶瓷）,几种常用的特殊陶瓷,氧化铝陶瓷的主要成分是Al2O3，又称刚玉瓷。它高温强度高、硬度高、耐磨性好，具有良好的绝缘性和化学稳定性。但抗热振性能差，不能承受温度的突变。在汽车工业中的典型用途为火花塞绝缘体，汽车排气净化器、发动机缸盖底板、缸套、活塞顶等也用到了陶瓷材料。氮化硅陶瓷（Si3N4）的显著特点是抗热振性能好，具有自润滑性、优异的电绝缘性。常用做高温轴承、耐蚀水泵密封环等。碳化硅陶瓷是目前高温强度最高的陶瓷，它在1400的高温下仍能保持500600MPa的抗弯强度。常用于火箭尾喷嘴、燃气轮机的叶片、核燃料的包装材料等，也可制作耐磨密封圈。,(四)玻璃玻璃是一种非晶态固体，它是以石英砂、纯碱、长石、石灰石等为主要原料，并加入某些金属氧化物等辅料，在高温窑中煅烧至熔融后，经成形、冷却所获得的非金属材料。1玻璃的性能硬度高（仅次于陶瓷）、抗压强度高、抗拉弯强度低、塑性小、韧性很差，是典型的脆性材料。良好的化学稳定性，对酸、碱的腐蚀具有较强的抵抗能力。但氢氟酸对玻璃具有较强的腐蚀作用，普通玻璃的耐热性较差，经过热处理后，可提高其耐热性。固态玻璃具有良好的绝缘性能，但液态玻璃却具有良好的导电性。具有良好的光学性质，即透明性和折光性。除此之外，特种玻璃还有吸热、防辐射、防爆等特殊性能。在汽车上，主要用做挡风玻璃和车身玻璃等。,常用玻璃,平板玻璃；钢化玻璃；区域钢化玻璃；夹层玻璃。,复合材料是由两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质，经一定方法合成而得到的一种新的多相固体材料。它不仅具有各组成材料的优点，还具有比单一材料更优良的综合性能。1复合材料的分类复合材料的分类至今尚不统一，目前主要采用以下几种分类方法：（1）按材料的用途分类可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。（2）按增强材料的物理形态分类可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材料及层叠复合材料。（3）按基体类型分类可分为非金属基体及金属基体两大类。,(五)复合材料,2复合材料的性能（1）比强度和比模量高（2）抗疲劳性能好（3）减振性能好（4）高温性能好（5）工作安全性好（6）成型工艺简便灵活及可设计性强4复合材料在汽车上的应用（1）纤维增强塑料（2）纤维增强金属（3）纤维增强陶瓷,ThankYou!,铸铁碳的质量分数大于2.11、小于6.67的铁碳合金为铸铁,钢铁材料以铁、碳为基础的铁碳合金。,碳素钢碳的质量分数(含碳量)小于2.11的铁碳合金称为碳素钢。,一、碳钢,1）按C含量分低C钢w(C)0.25%中C钢0.25%w(C)0.6%高C钢w(C)0.6%2）按质量分（S、P含量）普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。3）按用途分碳素结构钢、碳素工具钢。,1.碳钢的分类,2.碳钢的牌号及用途,碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢,普通碳素结构钢有害杂质硫、磷和非金属夹杂物较多，同等情况下塑性、韧性较低；但冶炼容易、工艺性好且价格便宜，能满足一般工程构件和普通零件的性能要求，因此应用广泛。一般用于受力不大的机械零件（如螺钉、螺母）和厂房、桥梁、船舶等建造结构件。普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音第一个字母“Q”、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号四个部分按顺序组成。如：Q235AF表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。,用途,钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,优质碳素结构钢有害杂质硫、磷和非金属夹杂物较少，品质较高，塑性、韧性比（普通）碳素钢好。主要用于制造较重要的机械零件。优质结构钢的牌号用两位数字表示，两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数。如45钢表示平均含碳量为0.45的优质碳素结构钢。若含锰量较高，数字后面应加“Mn”，以示区别。如：60Mn。,用途,较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。,热处理：渗碳、淬火、回火等。,上海桑塔纳发动机曲轴就是采用优质50号中碳素钢锻制而成，先正火后半精加工，最后经中频淬火后再精加工,汽车曲轴,常用钢号及其应用,08、10钢:强度低,塑性好,具有良好的冲压、拉深及焊接性能,用于制造冷冲压件,如汽车和拖拉机油箱、仪表板、汽缸盖衬垫、连杆轴瓦的钢背、曲轴止推片等.,15、20钢:渗碳,表硬内韧,作凸轮、小齿轮、摩擦片、活塞销、摇臂等,3055钢:调质,综合机械性能好,制齿轮、连杆、轴类等,6070钢,淬火,中回,制造弹性元件,如汽车气门弹簧.,碳素工具钢的牌号、性能及用途碳素工具钢的牌号由汉字“碳”的汉语拼音第一个字母“T”加上阿拉伯数字组成，其数字表示钢中平均含碳量的千分数。如：T8钢表示平均含碳量为0.8的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则应在牌号后面标以字母A，如T12A钢表示平均含碳量为1.2的高级优质碳素工具钢。碳素工具钢的含碳量在0.70以上，硬度高，耐磨性好，碳素工具钢都是优质钢或高级优质钢。碳素工具钢主要用于制造刀具、模具和量具。,用途,冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。,热处理：淬火+低温回火,合金钢在碳钢的基础上加入有益的其他元素形成的钢，称为合金钢。,常用的合金元素有：铬(Cr)、镍(Ni)、硅(si）、铝(Al)、硼(B)、钨(w)、钼(Mo)、钛(Ti)及稀土元素Re等。,二、合金钢,合金结构钢合金工具钢特殊性能钢,类型：,碳钢：价格低，但是，力学性能低，淬透性低，回火抗力差，耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。,合金结构钢的牌号由两位数字元素符号（或汉字）数字三个部分组成。前两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数；元素符号（或汉字）表示钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示合金元素的含量。合金元素含量小于1.5时不标。如：40Cr钢表示平均含碳量为0.40，主要合金元素为Cr，其含量在1.5以下的合金结构钢；60Si2Mn钢表示平均含碳量为0.60，主要合金元素为Si、Mn，其平均含量分别为2、1.5的合金结构钢。,1低合金结构钢,成分w(C)0.2%，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。性能强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。,(摘自GB/T1591-1994),高压容器,桥梁,船舶,车辆,应用,2调质钢,成分w(C)=0.250.50%，合金元素消除回火脆性。Mn、Cr、Ni、B、Si用来提高淬透性，Mo、W可抑制第二类回火脆性，Ti、V细化晶粒。性能综合机械性能高,热处理,应用:轴类、连杆、齿轮40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。,调质，可附加表面淬火或化学热处理。,应用:,汽车曲轴,圆锥齿轮,3渗碳钢,成分w(C)=0.10.25%,韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性,细化晶粒。Cr、Ni、Mo、W、Mn、Si和B提高淬透性，Ti细化晶粒性能渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。,3渗碳钢,热处理,应用耐磨件20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。20CrMnTi，汽车齿轮。18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。,渗碳淬火低温回火,4弹簧钢,成分w(C)=0.450.70%，Si,Mn为主要元素，提高屈强比。性能屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。,4弹簧钢,（摘自GB/T12221985）,应用65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。,合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入合金元素制成的。合金工具钢具有更高硬度、耐磨性，更好的淬透性、热硬性和回火稳定性等。因而可以制造刃具、模具、量具和其它工具。,合金工具钢,合金刃具钢：主要用来制造金属切削刀具。合金模具钢：主要用来制造各种金属成形用的模具。合金量具钢：量具用来测量工件尺寸的工具（如游标卡尺、量规。,量具,刃具,合金工具钢的牌号由数字元素符号（或汉字）数字三个部分组成。前面的数字表示该钢的平均含碳量的千分数（当含碳量1时，则不予标出）；元素符号（或汉字）表示钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示合金元素的含量。合金元素含量小于1.5时不标。如：9SiCr钢表示平均含碳量为0.9，主要合金元素为Si、Cr，其含量均在1.5以下的合金工具钢；Cr12MoV钢表示平均含碳量1，主要合金元素为Cr，其平均含量分别为12合金元素Mo、V，其平均含量均1.5的合金工具钢。,1不锈钢2耐热钢3耐磨钢,特殊性能钢,耐热钢的用途,耐磨钢用途,用途：履带、铁道岔道、挖掘机、拖拉机、坦克的履带板等代表牌号Mn13,含碳量大于2.11%、并含有较多硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金称为铸铁。,根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为：灰铸铁中的石墨呈片状；可锻铸铁中的石墨呈团絮状；球墨铸铁中的石墨呈球状，蠕墨铸铁中的石墨呈蠕虫状。,三、铸铁,有色金属是指钢铁以外的其他金属。有色金属种类很多，又具有某些独特的性能，是工业上不可缺少的金属材料，有色金属应用较广的是铝、铜及其合金和轴承合金。1铝及铝合金2铜及铜合金3轴承合金,钢铁材料也称为黑色金属。,四、有色金属及其合金,铝及铝合金,显著特点是：密度小、塑性高但强度、硬度低.可以经冷变形或通过合金化使其强化；可以进行冷、热压力加工。铝导电、导热性良好，仅次于银和铜。常用铝代替铜制作导线和零件，也可以制作电子、电气设备散热片。工业纯铝的牌号有1070A、1060、1050A、1035等。,1工业纯铝,2铝合金,在纯铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等金属元素形成铝合金。可显著提高力学性能，且仍保持密度小、比强度高、耐腐蚀、导热性好的优点，可以用来制作机器零件。根据铝合金的成分及生产工艺特点，可将其分为变形铝合金和铸造铝合金。,铝合金,(1）变形铝合金防锈铝合金硬铝合金超硬铝合金锻铝合金（2）铸造铝合金Al-Si系合金Al-Cu系合金Al-Mg系合金Al-Zn系合金,铝合金应用,汽缸头,活塞(裙部为铝硅合金),大部分轿车还是部分零部件采用铝合金，如车圈、发动机上盖等。,铜及铜合金的性能特点,优异的物理、化学性能导电、导热性、抗蚀、抗磁能力高良好的加工性能塑性好；铸造性好某些特殊机械性能优良的减摩性和耐磨性，高的弹性极限和疲劳极限,纯铜强度低，虽然冷加工变形可提高其强度，但塑性显著降低，不能制作受力的结构件。为了满足制作结构件的要求，在铜中加入合金元素，通过固溶强化，时效强化及过剩相强化等途径提高合金的强度，获得高强度的铜合金。常用的合金元素：Zn、Al、Sn、Mn、Ni、Be、Ti、Cr、Zr等。铜合金按其化学成分可分为黄铜、青铜、白铜三大类。,轴承合金,滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料工作条件冲击、交变载荷，轴颈压力、摩擦。性能要求:强硬度、塑韧性好，与轴的磨合能力、减摩性好。导热、抗蚀性好。,轴瓦,常用的轴承合金有锡基、铅基、铜基和铝基轴承合金等。,四、非金属材料,非金属材料包括橡胶、塑料、玻璃、陶瓷、合成纤维、胶粘剂、摩擦材料、涂装材料等各种材料，它们在汽车上的应用呈逐年增长的趋势。(一)橡胶所谓橡胶，是指在使用温度范围内处于高弹性状态的高分子材料。1橡胶的特性橡胶最显著的特点是具有高的弹性和回弹性。同时，橡胶还有一定的强度，优异的抗疲劳性，以及良好的耐磨、绝缘、隔声、防水、缓冲、吸振等性能。2橡胶的基本组成橡胶是以生胶为原料，加入适量的配合剂，经硫化工艺处理以后得到的一种生产原材料。3橡胶制品在汽车上的应用（表1-7）,（二）塑料,塑料是一种以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，它通常可在加热、加压条件下被注塑或固化成形，故称为塑料。汽车用工程塑料，主要用于制造某些机器零件或构件，具有强度、韧度和耐磨性较好，价廉、耐腐蚀、降噪声、美观、质轻等特点。塑料的组成1合成树脂树脂是决定塑料性能和使用范围的主要组成物，在塑料中，起粘结其他组分的作用。塑料中的合成树脂质量分数一般为30100。因此，大多数塑料都是以树脂名称来命名的，例如，聚氯乙烯塑料的树脂就是聚氯乙烯。2添加剂（1）填充剂；（2）增塑剂；（3）稳定剂；（4）着色剂；（5）其他,塑料的分类,按树脂的热性能可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。按使用范围可分为通用塑料和工程塑料两大类。,塑料的主要特性,质量轻、强度低、刚度低；化学稳定性好；良好的绝缘性；优良的减摩性能、耐磨性能；耐蚀性好；优良的吸振性；耐热性差，导热性差，易老化。,塑料在汽车上的应用（表1-8）汽车用塑料按照用途可分为内饰件用塑料、工程塑料和外装件用料。1汽车内饰用塑料内饰用塑料品种主要有：聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）和ABS等。它们用于制作座垫、仪表板、扶手、头枕、门内衬板、顶棚衬里、地毯、控制箱、转向盘等内饰塑料制品。2汽车用工程塑料汽车上常用的工程塑料有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯烯、ABS、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛树脂等。3汽车的外装件及结构件汽车的外装件及结构件包括传动轴、车架、发动机罩等，要求具备高强度，因而多采用纤维增强塑料复合材料制造。,陶瓷大致可分为传统陶瓷及特种陶瓷两大类。其生产过程比较复杂，但基本的工艺是原料的制备、坯料的成型和制品的烧成或烧结三大步骤。1陶瓷的组成相及其结构和金属一样，陶瓷材料的力学性能和物理、化学性能也是由它的化学组成和结构状况决定的。陶瓷的组织结构非常复杂，一般由晶体相、玻璃相和气相组成。各种相的组成、结构、数量、几何形状及分布状况等都会影响陶瓷的性能。,(三)陶瓷材料,2.陶瓷的性能及应用,具有很高的弹性模量和硬度（1500HV），极高的红硬性（可达1000以上），抗压强度高，但抗拉强度和韧性都很低，脆性大；化学性能非常稳定；熔点很高，一般在2000左右；导热性和膨胀性小；大多是绝缘体，某些特种陶瓷具有导电性和导磁性。,3常用陶瓷（1）普通陶瓷（传统陶瓷）（2）特种陶瓷（新型陶瓷）,几种常用的特殊陶瓷,氧化铝陶瓷的主要成分是Al2O3，又称刚玉瓷。它高温强度高、硬度高、耐磨性好，具有良好的绝缘性和化学稳定性。但抗热振性能差，不能承受温度的突变。在汽车工业中的典型用途为火花塞绝缘体，汽车排气净化器、发动机缸盖底板、缸套、活塞顶等也用到了陶瓷材料。氮化硅陶瓷（Si3N4）的显著特点是抗热振性能好，具有自润滑性、优异的电绝缘性。常用做高温轴承、耐蚀水泵密封环等。碳化硅陶瓷是目前高温强度最高的陶瓷，它在1400的高温下仍能保持500600MPa的抗弯强度。常用于火箭尾喷嘴、燃气轮机的叶片、核燃料的包装材料等，也可制作耐磨密封圈。,(四)玻璃玻璃是一种非晶态固体，它是以石英砂、纯碱、长石、石灰石等为主要原料，并加入某些金属氧化物等辅料，在高温窑中煅烧至熔融后，经成形、冷却所获得的非金属材料。1玻璃的性能硬度高（仅次于陶瓷）、抗压强度高、抗拉弯强度低、塑性小、韧性很差，是典型的脆性材料。良好的化学稳定性，对酸、碱的腐蚀具有较强的抵抗能力。但氢氟酸对玻璃具有较强的腐蚀作用，普通玻璃的耐热性较差，经过热处理后，可提高其耐热性。固态玻璃具有良好的绝缘性能，但液态玻璃却具有良好的导电性。具有良好的光学性质，即透明性和折光性。除此之外，特种玻璃还有吸热、防辐射、防爆等特殊性能。在汽车上，主要用做挡风玻璃和车身玻璃等。,常用玻璃,平板玻璃；钢化玻璃；区域钢化玻璃；夹层玻璃。,复合材料是由两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质，经一定方法合成而得到的一种新的多相固体材料。它不仅具有各组成材料的优点，还具有比单一材料更优良的综合性能。1复合材料的分类复合材料的分类至今尚不统一，目前主要采用以下几种分类方法：（1）按材料的用途分类可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。（2）按增强材料的物理形态分类可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材料及层叠复合材料。（3）按基体类型分类可分为非金属基体及金属基体两大类。,(五)复合材料,2复合材料的性能（1）比强度和比模量高（2）抗疲劳性能好（3）减振性能好（4）高温性能好（5）工作安全性好（6）成型工艺简便灵活及可设计性强4复合材料在汽车上的应用（1）纤维增强塑料（2）纤维增强金属（3）纤维增强陶瓷,.,复习试题,一、选择题1、拉伸试验时，试样拉断前所能够承受的最大应力称为材料的（）。A、弹性极限B、抗拉强度C、