汽车材料第一单元

第一单元是金属材料的性能，主编，题目一是金属材料的物理和化学性能，一是金属材料的物理性能，而金属材料在各种物理条件下的性能称为物理性能。它包括密度、熔点、热导率、电导率、热膨胀和磁性。常用金属材料的物理性能见表1-1。密度物质的单位体积质量称为该物质的密度，用符号表示。密度是金属材料的一个重要物理特性。密度越大，相同体积的不同金属的质量越大。在机械制造中，金属材料的密度直接关系到零件的自重和效率，所以密度通常被作为选择零件的依据之一。此外，可以通过测量金属材料的密度来识别材料。熔点金属从固态变为液态的最低温度称为熔点。每种金属都有固定的熔点。金属的熔点对铸造和焊接过程非常重要。一般来说，金属熔点低，铸造和焊接容易。导热金属材料的导热性能称为热导率，通常用热导率表示，单位为w/(MK)。金属材料的热导率越大，热导率越好。金属银的导热性最好，其次是铜和铝。金属的导热性对焊接、锻造和热处理有很大影响。导热性好的金属在加热和冷却过程中不会产生过大的内应力，从而防止工件变形和开裂。此外，具有良好导热性的金属具有良好的散热性，因此一些部件如散热器和热交换器通常由具有良好导热性的金属材料如铜和铝制成。4.导电金属材料在传导电流时的性能称为电导率，通常用电阻率表示。金属材料的电阻率越小，导电性越好。银是最常用的导电金属，其次是铜和铝。因此，铜、铝及其合金通常被用作工业中的导电材料。使用康铜、钨等。作为电加热元件导电性差。金属材料的热膨胀在受热时体积增大，在冷却时体积减小，这叫做热膨胀。热膨胀通常用线膨胀系数l表示，其计算公式如下：6。磁性金属材料的磁导率称为磁性。不同的金属材料有不同的磁导率。在常用的金属材料中，铁、镍、钴等具有较高的磁性，被称为磁性金属。铜、铝、锌等。是非磁性的，被称为反磁性金属。然而，金属的磁性不是永远不变的。当温度上升到一定程度时，金属的磁性就会减弱或消失。电器、马达、仪表等的磁性为零.第二，金属的化学性质金属的化学性质是指金属抵抗化学介质腐蚀的能力。它包括耐腐蚀性和抗氧化性。1.耐腐蚀金属材料在常温下抵抗大气、水蒸气、酸、碱和其他介质腐蚀的能力称为耐腐蚀性。在实际工作中，金属材料总是与各种腐蚀性介质接触，因此金属腐蚀非常普遍。各种介质的腐蚀对金属材料有很大的危害，这不仅损害金属材料本身。2.抗氧化金属材料在高温下容易被周围环境中的氧氧化损坏。金属材料在高温下抗氧化的能力称为抗氧化性。主题2金属材料的机械性能金属材料在加工和使用过程中会受到各种外力的作用。金属材料在外力作用下的性能称为机械性能。这种外力在工程上称为载荷。根据载荷的不同性质，可分为静态载荷、冲击载荷和交变载荷。静态负载是大小恒定或变化缓慢的负载。冲击载荷在短时间内以更高的速度作用在零件上。数量和应力计算公式为：1。拉伸试验拉伸试验是用静态拉力在拉伸机上轴向拉伸标准样品，使样品不断变形，直至断裂。连续测量样品的拉伸力和相应的伸长率，并根据测量数据获得相关的力学性能。(1)拉伸试样为圆形、矩形、六边形等。根据国家标准金属材料室温拉伸试验方法 (GB/T228-2002)。常见的圆形拉伸试样如图1-2所示。(2)记录拉伸过程中拉伸力f和相应伸长率L之间关系的图称为拉伸图，也称为拉伸曲线。低碳钢的图纸如图1-3所示。图中纵坐标为拉力f，横坐标为样品伸长率l。强度指标根据拉伸试验，金属材料常用的强度指标是屈服强度和拉伸强度。(1)屈服强度屈服强度是指金属材料屈服时，在试验过程中，在不增加力的情况下发生塑性变形的应力点。屈服强度分为上限屈服强度ReH和下限屈服强度ReL。在金属材料中，较低的屈服强度ReL通常代表屈服强度。计算公式为p0.2，可代替屈服强度ReL，称为条件(名义)屈服强度。(2)抗拉强度金属材料在拉伸前能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号Rm表示，计算公式为，2。塑性金属材料在负载下不断裂而塑性变形的能力称为塑性。金属材料的塑性也是通过拉伸试验来确定的。它通常用断裂后的伸长率和断面收缩率来表示。1.规格长度的伸长率与原始规格长度之比的百分比称为拉伸试样后的断裂伸长率。符号A表示如果样品以k=11.3的比率进行测试，符号A11.3表示计算公式为、2。颈部横截面积的最大减少量与原始横截面积的百分比称为横截面收缩率。根据Z，该数值可以通过以下公式获得，3。硬质材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或擦伤的能力称为硬度。硬度是金属材料的一项重要力学性能指标，它不仅能间接反映材料的强度，还能反映耐磨性。一般来说，材料的硬度越高，耐磨性越好。1.布氏硬度如图1-4所示，将直径为d的硬质合金球体在一定的载荷f下压入试样表面，保持一定时间后，去除载荷，测量压痕直径，布氏硬度值用单位面积球形压痕载荷表示，布氏硬度用符号HBW表示。也就是说，(2)符号HBW之前的数字表示硬度值，符号之后的数字依次分别表示球体直径、载荷和载荷保持时间。例如，120 HB W10/1000/30表示在1000千克(9.807千牛)实验力的作用下，用直径为10毫米的压头测量30秒的布氏硬度值保持在120；(3)布氏硬度的特点和应用1)布氏硬度的优点。测量误差小，数据稳定。布氏硬度和抗拉强度有很好的对应关系。材料的抗拉强度Rm和HBW之间的近似经验关系为：2。洛氏硬度(1)洛氏硬度测量原理洛氏硬度测量也是一种压入式硬度测试，其测试原理与布氏硬度基本相同。压头是顶角为120的钻石锥体或直径为1.588毫米的硬化钢球，但它不测量压痕的面积，而是测量压痕的深度，材料的硬度值用深度表示。(2)洛氏硬度的表示方法，HR前的数字表示硬度值，HR后的字母表示不同的洛氏硬度等级。例如，60HRC表示用C标度测量的洛氏硬度值为60。(3)常用的洛氏硬度标度及其应用范围同一硬度计可以用来形成几种不同的洛氏硬度标度维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。它不仅可以测量极软到极硬材料的硬度，而且不受布氏硬度F/S关系的约束。不同的维氏硬度可以相互比较。2)维氏硬度。测试测量复杂，要求被测表面粗糙度值小，不适合批量产品的常规检验。3)维氏硬度的应用。维氏硬度适用于各种金属材料的硬度测量，尤其是表面层(如化学热处理层、电镀层等)。)，4。冲击韧性许多机械零件和工具在实际工作中经常受到冲击载荷，如发动机活塞、连杆、曲轴等零件在做功冲程中受到较大的冲击载荷；汽车启动、板簧、齿轮、传动轴、半轴等零件在换挡和制动时会受到很大的冲击载荷。用于制造这种零件的材料必须考虑它们抵抗冲击载荷的能力。冲击韧性通常用于评估材料的抗冲击性。根据国家标准GB/t229-2007，冲击试样分为v型缺口和u型缺口两种，如图1-7所示。测量材料冲击韧性的冲击试验方法一般在摆锤冲击试验机上进行，如图1-8所示。将样品放在试验机的支架上，使样品的缺口背离冲击方向。具有一定质量的摆锤被提升到一定高度h，然后自由下落以打碎样品。在惯性的作用下，样品破碎后，钟摆将继续上升到h。此时，由摆锤撞击样品产生的冲击吸收能量K可以从试验机的刻度盘上读出。冲击韧性由缺口处单位面积的冲击吸收能量表示，即曲轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧和其他零件的疲劳强度。工作过程中各点的应力随时都在周期性变化。任何时候周期性变化的应力称为交变应力。在交变应力的作用下，虽然零件承受的应力低于材料的屈服极限，但长时间工作后产生的裂纹会突然完全断裂。这种材料的断裂现象称为疲劳断裂。材料承受的交变应力和材料在断裂前承受交变应力的循环次数之间的关系可以用疲劳曲线(S-N曲线)来表示。图1-10是疲劳曲线的示意图。金属承受的交变应力越大，断裂时的应力循环次数就越少。当应力低于一定值时，样品可以经历无限循环而不被破坏。该应力值是材料的疲劳强度(也称为疲劳极限)，用S表示。对于钢材料和有机玻璃，当应力下降到一定值时，S-N曲线趋于水平直线，对应于该直线的应力为疲劳极限。工程上经常规定，碳钢的循环次数一般以N=107时的相应应力作为条件疲劳极限。钢的疲劳强度与抗拉强度的关系如下：三种金属材料的工艺性能及金属材料的一般加工工艺如图1-11所示。工艺性能是指金属材料在制造过程中适应各种加工方法的能力，包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能。金属材料通过铸造获得优质铸件的能力称为铸造性能。衡量铸件性能的指标包括液体流动性、收缩和偏析。金属材料的铸造性能直接影响铸件的整体性和力学性能，因此要求有良好的流动性、较小的收缩和偏析。流动性液态金属的流动性称为流动性。流动性好的金属填充能力强，可获得轮廓清晰、尺寸准确、外观完整的铸件。影响流动性的因素主要是化学成分和浇注工艺条件。收缩铸造合金在液态凝固并冷却至室温时称为收缩。铸造合金的过度收缩会影响尺寸精度，并将当偏析严重时，铸件各部分的机械性能会有很大差异，降低铸件质量，特别是对大型铸件造成更大的危害。压力加工性通过压力加工方法在冷、热状态下形成或变形金属材料的困难程度称为压力加工性。压力加工性能通常通过塑性和抗变形性来衡量。塑性越好，抗变形能力越小，金属的压力加工性越好。化学成分会影响金属的压力加工性能，纯金属的压力加工性能优于普通合金。在铁碳合金中，碳含量越低，压力加工性能越好。在合金钢中，合金元素的种类和含量越多，压力加工性能越差，钢中的硫会降低压力加工性能。金属结构的形式也会影响其压力加工性能。焊接性能焊接性能是指金属材料对焊接工艺的适应性，即在一定的焊接工艺条件下难以获得高质量的焊接接头。(5)可加工性金属材料容易被各种切削工具切削的能力称为可加工性。切削加工性与金属材料的化学成分、硬度、韧性、导热性和变形强化有