汽车中常用的金属材料

汽车机械基础第一章汽车常用工程材料,一、金属材料的主要性能,二、汽车常用金属材料,三、汽车材料的热处理,四、汽车非金属材料,本章内容,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