2汽车运用材料

1、第一节金属的力学性能第一节金属的力学性能 材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的特性。力材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的特性。力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等。学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等。一、强度一、强度强度是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。强度是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。把标准试样装夹强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。把标准试样装夹在在试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止。试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止。在

2、此过程中，试验机能自动绘制出载荷在此过程中，试验机能自动绘制出载荷F和试样变形量和试样变形量AL的关系曲的关系曲线。线。此曲线叫做拉伸曲线。此曲线叫做拉伸曲线。1 1拉伸曲线拉伸曲线图2-1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。从图2-1中可以看出下面几个变形阶段：（1）Oe弹性变形阶段 （2）es屈服阶段 （3）sb强化阶段 （4）bk缩颈阶段图2-1低碳钢的拉伸曲线低碳钢的拉伸曲线2 2强度指标强度指标材料受到外力作用会发生变形，同时在材料内部产生一个抵抗变形的力称为内力。单位面积上的内力称为应力，单位为Pa（帕），即N/m2工程上常用MPa(

3、兆帕)，1MPa=106pa，或1Pa=1N/m2，或1MPa=1N/mm2。（1）屈服点s材料产生屈服时的最小应力。单位为MPa。s= Fs/AO （2-1）式中，Fs是屈服时的最小载荷(N)；A0是试样原始截面积。对于无明显屈服现象的金属材料（如高碳钢、铸铁），测量屈服点很困难，工程上经常采用残余伸长为0.2原长时的应力0.2作为屈服强度指标，称为规定残余伸长应力。0.2= F0.2/AO （2-2）（2）抗拉强度b材料在拉断前所承受的最大应力，单位为MPa。抗拉强度表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力，也是设计机械零件和选材的主要依据。b= Fb/AO （2-3）式中，Fb是试样断裂前所承

4、受的最大载荷（N）。二、塑性二、塑性金属材料在载荷的作用下，产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。通过拉伸试验测得 的常用塑性指标有：断后伸长率和断面收缩率。1断后伸长率断后伸长率试样拉断后的标距伸长量和原始标距之比 =(L1L0)/L0100 （2-4） 式中，L1试样原始标距长度。L0试样拉断后的标距长度。2断面收缩率断面收缩率试样拉断处=100横截面积的缩减量与原始横截面积之比= =(A0A1)/AO 100（2-5）式中，Ao是试样的原始横截面积；A是试样断口处的横截面积三、硬度三、硬度硬度是指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。常用来测定硬度的方法有布氏硬度试验法和洛氏硬度试验

5、法。1 1布氏硬度试验法布氏硬度试验法如图2-2所示采用直径为D的淬火钢球或硬质合金球，在规定载荷F的作用下，压入被测金属表面，保持一定时间后卸除载荷，测定压痕直径，求出压痕球形的表面积，压痕单位表面积上所承受的平均压力（F/A）即为布氏硬度值，压头为淬火钢球时用HBS表示，压头为硬质合金球用时HBW表示。例如120HBS，450HBW。 2 2洛氏硬度试验法洛氏硬度试验法采用顶角为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2-3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

6、。图2-2图2-3四、冲击韧度四、冲击韧度 对于承受冲击载荷的材料，如汽车发动机中的活塞，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作用而不破坏的能力称为冲击韧度。 冲击韧度的测定方法，如图2-4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，其数值为重锤冲断试样的势能差。冲击韧度值aKV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。图2-4五、疲劳强度五、疲劳强度在汽车上的许多零件中，比如各种轴、齿轮、弹簧、连杆等，在汽车上的许多零件中，

7、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。断裂。这种破坏都是突然发生的，具有很大的危险性。疲劳强度疲劳强度-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

8、与应力变化的次数有关。对于黑色金属规定裂的最大应力，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循环次数为107次，有色金属循环次数为次，有色金属循环次数为108次。次。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。法。第二节钢的热处理第二节钢的热处理一、钢的热处理原理一、钢的热处理原理1 1概述概述热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。根据热处理的

9、目的和工艺方法的不同，热处理可分为：热处理方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都是由加热、保温、和冷却三个阶段所组成的。热处理工艺过程可用在温度一时间坐标系中的曲线图表示，这种曲线称为热处理工艺曲线， 热处理工艺曲线示意图热处理工艺曲线示意图 2 2钢在加热时的转变钢在加热时的转变 在热处理工艺中，钢的加热目的是为了获得奥氏体，奥氏体是钢在高温状态时的组织，其强度及硬度高，塑性良好，晶粒的大小、成分及其均匀化程度，对钢冷却后的组织和性能有重要影响。因此，钢在加热时，为了得到细小均匀的奥氏体晶粒，必须严格控制加热温度和保温时间，以求在冷却后获得高性能的组织。3 3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变冷

10、却是热处理的关键工序，成分相同的钢经加热获得奥氏体组织后，以不同的速度冷却时，将获得不同的力学性能，见表2-1。 表表2-12-1冷却速度与力学性能冷却速度与力学性能二、退火与正火二、退火与正火1退火退火退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。2正火正火正火是指把钢加热到组织转变为奥氏体的临界温度以上保温，使其完全奥氏体化，在空气中冷却的热处理工艺。三、淬火与回火三、淬火与回火1淬火淬火淬火是将钢的组织加热到转变为奥氏体的临界温度以上，保温一定时间，以大于临界冷却速度快速冷却的热处理工艺。2回火回火钢的回火是指将淬火后的钢，在组织转变为奥氏体的临界温度

11、以下加热，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。四、表面热处理四、表面热处理常用的表面热处理方法有表面淬火及化学热处理两种。1表面淬火（1）火焰加热表面淬火 （2）感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火感应加热表面淬火2 2化学热处理化学热处理 化学热处理是指将钢件放入一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其表层化学成分、组织和性能的热处理工艺。化学热处理种类很多，最常用的是渗化学热处理种类很多，最常用的是渗碳和渗氮。碳和渗氮。（1 1）钢的渗碳将工件置于渗碳介质）钢的渗碳将工件置于渗碳介质中加热并中加热并保温，使碳原子渗入工件表层的化学保温，使碳原子渗入工件表层的化学

12、热处理工艺，如图所示。热处理工艺，如图所示。（2 2）钢的渗氮是指在一定温度下，）钢的渗氮是指在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。理工艺。气体渗碳法示意图气体渗碳法示意图 第三节常用金属材料第三节常用金属材料 3.1钢钢一、钢的分类一、钢的分类钢的分类方法很多，常用的是按钢的用途分类，可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。二、钢铁产品牌号表示方法二、钢铁产品牌号表示方法(参照参照GB/T2212000)1.标准的基本概况 GB/T2212000标准是参照国外钢铁产品牌号表示方法和国内钢铁产品牌号表示方法变化( 如Q345代替16Mn)等情况修订

13、后，于2000年4月1日发布，并于2000年11月1日开始实施。 2.主要技术内容变动情况3.钢铁产品牌号表示方法的基本原则(1)凡国家标准和行业标准中钢铁产品的牌号均应按GB/T2212000标准规定的牌号表示方法 编写。凡不符合规定编写的钢铁产品牌号，应在标准修订时予以更改，一些新的钢铁产品，其牌号也应按此予以编写牌号。(2)产品牌号的表示，一般采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法来表示。(3)采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表产品名称的汉语拼音中选取第一个字母。当和另一个产品所选用的字母重复时，可改用第二个字母或第三个字母，或同时选取两个汉

14、字中的第一个拼音字母。(4)暂时没有可采用的汉字及汉语拼音的，采用符号为英文字母。4.钢铁产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号 5.钢铁产品牌号表示方法示例及说明(1)生铁牌号表示方法生铁牌号采用规定的符号和阿拉伯数字表示。（2）碳素结构钢和低合金高强度结构牌号表示方法以上用钢通常分为通用钢和 专用钢两大类。（3）优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢牌号表示方法(4)合金结构钢和合金弹簧钢牌号表示方法(5)易切削钢牌号表示方法易切削钢采用标准化学元素符号、规定的符号和阿拉伯数字 表示。阿拉伯数字表示平均含碳量(以万分之几计)。(6)非调质机械结构钢牌号表示方法非调质机械结构钢，在牌号头部分别加符号

15、“YF”和“F”表示易切削非调质机械结构钢和热锻用非调质机械结构钢，牌号表示方法的其他内容与合金结构钢相同。例如：“YF35V”、“F45V”。(7)工具钢牌号表示方法工具钢分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢三类。(8)塑料模具钢牌号表示方法塑料模具钢牌号除在头部加符号“SM”外，其余表示方法与优质碳素结构钢和合金工具钢牌 号表示方法相同。(9)轴承钢牌号表示方法轴承钢分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高碳铬不锈轴承钢和高 温轴承钢等四大类。(10)不锈钢和耐热钢的牌号表示方法不锈钢和耐热钢牌号采用标准规定的合金元素符号和阿拉伯数字表示，为切削不锈钢、易切削耐热钢在牌号头部加“Y”。(11)焊

16、接用钢牌号表示方法3.2 铸铁铸铁一、铸铁的特点与分类一、铸铁的特点与分类1.白口铸铁（white cast iron）2.灰口铸铁（gray cast iron）3.可锻铸铁(malleable iron)4.球墨铸铁(nodular cast iron) 5.蠕墨铸铁 二、铸铁的石墨化及影响因素二、铸铁的石墨化及影响因素1.化学成分化学成分(1)碳和硅 (2)硫 (3)锰 (4)磷 2.冷却速度冷却速度 冷却速度对铸铁石墨化的影响很大。冷却越慢，原子扩散越充分，越有利于石墨化进行。而快冷阻止石墨化越容易得到白口组织。3.3有色金属及其合金有色金属及其合金一、铝及其合金一、铝及其合金1.纯铝

17、2.铝合金二、二、 铜及其合金铜及其合金1.纯铜2.铜合金3.青铜(bronze)3.白铜3.4 滑动轴承合金滑动轴承合金一、对滑动轴承合金性能的要求一、对滑动轴承合金性能的要求(一)机械性能1.硬度要合适，太低易变形，不耐磨，太高不易同轴颈磨合，轴的运转情况恶化。2.良好的塑性和韧性，以抵抗受冲击和振动而发生开裂；较高的疲劳强度，避免疲劳破裂。3.足够的抗压强度和屈服强度，以承受轴的压力和摩擦生热抵抗热变形。(二)磨合性和耐磨性并能保持住润滑油(三)良好的抗蚀性和导热性以及较小的膨胀系数。(四)容易制造，价格低廉。二、常用滑动轴承合金二、常用滑动轴承合金(一)锡基轴承合金（tin beari

18、ng alloy）(二)铅基轴承合金（lead-base bearing alloy）(三)铜基轴承合金(四)铝基轴承合金第四节其他常用材料第四节其他常用材料4.1工程塑料工程塑料一、塑料的组成一、塑料的组成1合成树脂2添加剂 （1）填充剂；（2）增塑剂；（3）稳定剂；（4）着色剂；（5）其他 二、常用工程塑料二、常用工程塑料 常用的工程塑料分为热塑性工程塑料和热固性工程塑料两类。三、塑料在汽车上的应用三、塑料在汽车上的应用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2汽车用工程塑料3汽车的外装件及结构件 4.2其他非金属材料其他非金属材料 其他非金属材料包括橡胶、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 2橡胶的基本组成 二、玻璃二、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，并加入某薹金属氧化物等辅料，在高温窑中