汽车机械基础-第七章 汽车典型零件材料的分析与运用

第七章

汽车典型零件材料的分析与运用学习目标第一节 金属材料的基本知识第二节 钢材类材料第三节 铸铁类材料第四节 金属有色材料第五节 非金属材料学习目标学习目标①理解金属材料性能的分类以及金属力学性能的评价指标；②学会分析常用的汽车钢材类零件、铸铁类零件、有色类零件、非金属类零件的分类、牌号、力学性能，并理解各类材料在汽车上的应用。返回第一节

金属材料的基本知识一、金属材料的性能1.金属材料具有正的电阻温度系数的物质，称为金属。金属及其合金，统称为金属材料。金属材料主要通过冶炼和轧制得到。金属材料的选择和使用的主要依据就是金属的使用性能与工艺性能。下一页

返回第一节

金属材料的基本知识上一页下一页返回2.金属材料的使用性能金属材料的使用性能是指金属材料在使用过程中表现出来的性能，包括物理性能、化学性能和力学性能。金属材料的物理性能是指金属材料受自然界中的各种物理现象（温度、磁场、地心引力）的作用，所表现出来的反抗能力，包括密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性等；金属的化学性能是指金属材料抵抗氧化和腐蚀性介质侵蚀的能力，主要有耐腐蚀性、抗氧化性、耐酸碱性等；金属的力学性能包括强度、硬度、韧性、疲劳强度、断裂韧度等，用来表征材料力学性能的各种临界值和规定值均称为力学性能指标。第一节

金属材料的基本知识上一页下一页返回3.金属材料的工艺性能金属的工艺性能是指金属材料在各种加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和可加工性能等。二、金属材料的力学性能金属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。第一节

金属材料的基本知识上一页下一页返回1.强度的主要指标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。拉伸试验的原理是：用静拉力（载荷）对待测试样进行轴向拉伸，同时连续测量并记录试验力的大小和相应的试样伸长量，一直到试样断裂。根据测得的数据，即可得出有关的力学性能。在国家标准(GB/T397-1986)中，对试样的形状、尺寸及加工要求均有明确的规定。把标准试样（如图7-1所示）装夹在试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止。根据拉伸过程中记录下的试样承受的静拉力（载荷）与对应的伸长量的数据，可以绘制出力—伸长曲线（也称为拉伸曲线）。第一节

金属材料的基本知识上一页下一页返回图7-2所示是低碳钢的力—伸长曲线。图中纵坐标表示在试验的过程中，试样受到的静拉力（载荷）Ｆ，单位为Ｎ；横坐标表示试样的伸长量Δ

Ｌ，单位为ｍ

ｍ。图中的曲线分为下面几个阶段。ｏ

ｅ段—弹性变形阶段。作用在试样的力卸载后，试样的变形将完全消失。ｅ

ｓ段—屈服阶段。试样失去抵抗变形的能力，从而产生明显塑性变形（不能消失的变形）的阶段。ｓ

ｂ段—强化阶段。过屈服阶段后，材料又恢复抵抗变形的能力，要使材料变形，必须加力的阶段。ｂ

ｋ段—缩颈阶段。当外载荷大于Ｆｂ后，试样某一部位的截面开始急剧减小，产生缩颈现象。此时，即使不增加载荷，试样依然被拉断。第一节

金属材料的基本知识多数金属材料没有明显的屈服现象，并且不会发生缩颈。拉伸试验不只用于金属，还可用于其他材料。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（

兆帕）

，1MPa=106Pa

，1Pa＝

1Ｎ／m2

，

1MPa＝1Ｎ／mm2

。(1)弹性极限σ

e

：表示金属材料抵抗弹性变形的最大应力，单位为MPa。上一页下一页返回·

式中，Ｆ

e为试样产生完全弹性变形的最大载荷（N）

；A0为试样原始截面积（

ｍm2

）。弹性极限σe为弹性零件设计和选材的主要依据。第一节

金属材料的基本知识·

(2)屈服点

σs

：

材料产生屈服时的最小应力，

单位为MPa

。上一页下一页返回式中，

Ｆ

s

为屈服时的最小载荷（

Ｎ

）

；

Ａ0

为试样原始截面积（

ｍ

m2

）

。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σ

０.2

作为屈服强度指标，称为规定残余伸长应力。第一节

金属材料的基本知识·

(3)抗拉强度σb

：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。上一页下一页返回式中，Ｆb

为试样断裂前所承受的最大载荷（N）；Ａ0

为试样原始截面积（

ｍ

ｍ2

）。屈服点σs

、抗拉强度σb

是机械零件设计和选材的主要依据。第一节

金属材料的基本知识2.塑性的主要指标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δ试样拉断后标距伸长量和原始标距之比，用符号δ

表示。上一页下一页返回·

式中，Ｌ1为试样原始标距长度，Ｌ0长度。为试样拉断后的标距第一节

金属材料的基本知识2)断面收缩率ψ试样拉断断面（缩颈）处横截面积的缩减量与原始横截面积之比，用符号ψ表示。上一页下一页返回·

式中，Ａ0为试样的原始横截面积；Ａ1

为试样断口处的横截面积。第一节

金属材料的基本知识上一页下一页返回对于金属材料来说，其断后伸长率δ

和断面收缩率ψ愈大，则塑性愈好。塑性好的材料，可以发生大的塑性变形而不被破坏，易于通过塑性变形加工成形状复杂的零部件；即使在受力过大时，也首先发生塑性变形而不致突然断裂。良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。3.硬度的主要指标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法。第一节

金属材料的基本知识1)布氏硬度试验法如图7-3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／Ｓ）即为布氏硬度值：式中，

Ｆ为试验压力（

Ｎ

）

；

Ｓ为压痕球形面积（

ｍ ）

。压头为淬火钢球时用HBS表示，压头为硬质合金球用时

HBW示。例如120HBS，450HBW。上一页下一页返回第一节

金属材料的基本知识上一页下一页返回2)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7-4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。洛氏硬度是以压痕深度的大小来衡量材料硬度的高低。压痕越深表示材料越软，硬度越低；压痕越浅表示材料越硬，硬度越高。常用的洛氏硬度符号为HRC。第一节

金属材料的基本知识4.冲击韧度的主要指标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7-5所示。将被测材料制成标

准缺口试样，放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：·

式中，αK

为冲击韧度值（Ｊ／cm2

），Ｓ为试样缺口处单位截面积；ＡK为所消耗的冲击功，这个值越大，则韧性越好，受冲击时，越不容易断裂。上一页下一页返回第一节

金属材料的基本知识上一页

返回5.疲劳强度的主要指标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抗拉强度极限，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。·

疲劳强度σ-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。第二节

钢材类材料一、碳素钢以铁(Fe)为基础的铁碳合金统称为钢铁材料，它是由多种元素组成的多成分的复杂合金，但最基本的元素是铁和碳，因此通常称为铁碳合金。含碳量小于2.11%并含有少量的硫(S)、磷(P)、硅(Si)、锰(Mn)等杂质元素的铁碳合金，称为碳素钢，简称碳钢；含碳量大于2.11%的铁碳合金称

为铸造生铁，简称铸铁。碳素钢的机械性能可以满足许多零件和工具的要求，又有良好的工艺性能，而且生产方便，价格低廉，因此，在汽车和拖拉机行业得到了广泛应用。下一页

返回第二节

钢材类材料上一页下一页返回1.碳及常存杂质对碳素钢性能的影响1)碳的影响碳是决定钢力学性能最主要的因素。由图7-6可知：在含碳量小于0.77%的碳素钢中，随含碳量增加，钢的强度和硬

度将升高，而塑性和韧性将降低，当含碳量超过1.0%以

后，硬度虽然继续升高，但强度、塑性和韧性都将降低，脆性增大。因此，为保证钢在使用时有足够的强度和韧性，结构钢中的含碳量一般不大于0.7%；而工具钢、模具钢中的含碳量一般不大于1.3%～1.4%。第二节

钢材类材料上一页下一页返回2)硫的影响硫是有害元素，常以硫化铁形式夹杂于钢中。当温度达800℃～

1000℃时，硫化铁会熔化使钢材变脆，因而在进行焊接或热加工时，有可能引发热裂纹，称为热脆。此外，硫还会降低钢材的冲击韧性、疲劳强度、抗锈蚀性能和焊接性能等。3)磷的影响磷可提高钢的强度和抗锈蚀能力，但却严重地降低钢的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能，特别是在温度较低时会促使钢

材变脆，称为冷脆。因此，磷的含量也要严格控制。第二节

钢材类材料上一页下一页返回4)硅的影响硅是有益元素，在普通碳素钢中，它是一种强脱氧剂，常与锰共同除氧，生产镇静钢。适量的硅，可以细化晶粒，提高钢的强度，并对塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能无显著不良影响。5)锰的影响锰是有益元素，在普通碳素钢中，它是一种弱脱氧剂，可提高钢材强度，消除硫对钢的热脆影响，改善钢的冷脆倾向，同时不显著降低塑性和韧性。锰还是我国低合金钢的主要合金元素，其含量为0.8%～

1.8%。但锰对焊接性能不利，因此含量也不宜过多。第二节

钢材类材料上一页下一页返回2.碳素钢的分类1)按碳的含量分类碳素钢可分为低碳钢（含碳量ＷＣ≤０.25%；中碳钢（Ｃ

Ｃ0.25%

＜含碳量Ｗ

<0.60％）

；

高碳钢（

含碳量Ｗ

≥０.60%

）2)按钢的质量分类碳素钢可分为普通钢（含磷量ＷＰ≤０.045%、含硫量Ｗs≤0.055%；或磷、硫含量均≤0.050%；优质钢（磷、硫含量均≤0.040%）

；

高级优质钢（

含磷量

ＷP≤0.035%、

含硫量

Ｗ

S≤0.030%。第二节

钢材类材料上一页下一页返回3)按用途分类碳素钢可分为碳素结构钢（

其含碳量

ＷC≤0.7%主要用于制造机械零件和工程结构）、碳素工具钢（其含碳量ＷC在0.7%～

1.35%之间，

主要用于制造刃具、

模具、

量具等工具）。第二节

钢材类材料上一页下一页返回3.常用的碳素钢1)碳素结构钢这类钢的牌号由屈服点拼音字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等内容按顺序组成，如图7-7所示。其中屈服点拼音字母以“屈”字汉语拼音字首“Ｑ”表示；屈服点数值为σｓ值，质量等级分Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四级，Ａ级质量最低，Ｄ级质量最高；脱氧方法符号用汉语拼音字首表示，“Ｆ”表示沸腾钢，“ｂ”表示半镇静

钢（小写ｂ与质量等级Ｂ相区别），“Ｚ”表示镇静钢，“ＴＺ”表示特殊镇静钢，“Ｚ”“ＴＺ”在牌号中予以省略。例如Ｑ２３５—Ａ·Ｆ，表示σ

ｓ＝２３５ＭＰａ腾钢。第二节

钢材类材料上一页下一页返回·

碳素结构钢一般属于低碳钢，有良好的可塑性和可焊性，并

具有一定的强度，通常以型材、板材、管材等形成用于桥梁、建筑等工程构建及一般机械零件。在汽车零部件中，可用碳素结构钢制造的有螺钉、螺母、垫圈、法兰盘、后桥后盖、制动器底板、车厢板件、备胎托架、发电机支架、曲轴前

挡油盘、拉杆、键、销等。第二节

钢材类材料上一页下一页返回2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢按其含锰量可分为：普通含锰量的优质碳素特殊结构钢和较高含锰量的优质碳素结构钢。普通含锰量的优质碳素结构钢，其牌号用两位数字表示，这两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数，例如45表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。若是较高含锰量的优质碳素结构钢，则在两位数字后加符号“Mn”。若为沸腾钢，则在两位数字后加符号“F”。如65Mn、08F等。优质碳素结构钢中的硫、磷及非金属夹杂物的含量较少，具有良好的综合力学性能。常用于制造重要的机械零件，使用前一般都要经过热处理来改善力学性能。钢在汽车零部件中，可用优质碳素结构钢制造的有飞轮齿环、连杆、曲轴、气门弹簧、气门腿杆、活塞油环制片、传动轴轴管、离合器从动盘等。常用优质碳素结构钢性能和用途

见表7-1。第二节

钢材类材料上一页下一页返回3)碳素工具钢碳素工具钢的牌号以汉字“碳”的汉语拼音头字母“T”后面加数字来表示。其数字表示该钢的平均含碳量的千分数。例如T8平均含碳量为0.80%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后面标以字母“A”，如T12A表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。碳素工具钢的强度高，硬度高，耐磨性好，塑性、韧性差。适于制造各种低速切削工具，经热处理后使用。常用优质碳

素工具钢性能和用途见表7-2。第二节

钢材类材料上一页下一页返回4)铸钢铸钢的力学性能有些已达到或接近碳素钢的性能，而且随着铸造工艺的提高，铸件成品率也很高，并且无法锻造形状复杂、尺寸大的工件，用铸造的方法却很容易实现，因此铸钢件在重型机械、冶金设备、运输机械等各个领域得到广泛应用。这类钢的牌号以“铸钢”两字的汉语拼音字首“ＺＧ”，后面加两组数字表示，第一组数字表示屈服点，第二组数字表示抗拉强度。例如ＺＧ２００—４００，表示屈服点为００ＭＰａ，抗拉强度为４００ＭＰａ的铸钢。常用铸钢性能和用途见表７－３

。第二节

钢材类材料上一页下一页返回二、合金钢1.合金钢的分类所谓合金钢就是在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。合金元素是指炼钢时特意加入的元素，常用符号Me表示。常见的合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铅、硼、铌、稀土元素等。第二节

钢材类材料上一页下一页返回1)按合金元素总含量分类低合金钢：合金元素总含量低于5%(Me≤5%)。中合金钢：合金元素总含量为5%～

10%(5%≤Me≤10%)。高合金钢：合金元素总含量高于10%(Me≥10%)。2)按用途分类合金结构钢：用于制造机械零件和工程结构的钢。合金工具钢：用于制造各种工具的钢。特殊性能钢：具有某种特殊物理、化学性能的钢，如不锈钢、耐磨钢、耐热钢等。第二节

钢材类材料上一页下一页返回2.合金钢的牌号合金钢牌号采用碳含量、合金元素（种类及含量）和质量级别来编号。1)合金结构钢的牌号采用“两位数字（碳含量）＋合金元素＋数字”来表示。首部用两位数字标明碳含量，规定合金结构钢以万分之一为单位，用元素的化学符号表明钢中主要合金元素，含量由其后面的数字标明，平均含量少于1.5%时不标明含量，平均含量为1.5%～2.49%、2.5%～3.49%、…时，相应地标以2、3、…，如图7-8所示。第二节

钢材类材料上一页下一页返回2)合金工具钢的牌号工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表示碳含量，而工具钢的碳含量超过1%时，碳含量不标出，如图7-9所示。但应注意，高速钢(是一种高合金工具钢)和其他一些高合金钢，即使含碳量小于1%，也不标注含碳量，如图7-10所示。例如：在标明碳含量数字之后，合金工具钢5CrMnMo，平均碳含量为0.5%，主要合金元素Cr、Mn、Mo的含量均在1.5%以下。第二节

钢材类材料上一页下一页返回3)特殊性能钢的牌号特殊性能钢的牌号的表示方法与合金工具钢基本相同，首部的数字表示平均含碳量的千分之几，当平均含碳量小于千分之一时，用0表示，如图7-11所示。此外，还有一些特殊专用钢，用表示其用途的汉语拼音字首来标明，而一般都不标碳含量。例如，GCr15表示表示铬含量约1.5%(这是一个特例，铬含量以千分之一为单位的数字表示)的滚动轴承钢，其碳含量一般都大于或等于1.0%，故一般不标含碳量。Y40Mn，表示碳含量为0.4%、锰含量少于1.5%的易切削钢。对于高级优质钢，则在钢的末尾加“A”字表明，例如20Cr2Ni4A等。第二节

钢材类材料上一页下一页返回3.合金结构钢合金结构钢是在碳素结构钢的基础上加入一种或几种合金元素的钢。主要有低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢。1)低合金结构钢低合金结构钢主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。主要用于制造的汽车零件包括：汽车大梁、球头销、活塞销、汽油箱托架、半轴齿轮及汽缸盖螺栓等。低合金结构钢具有高强度、高韧性、良好的焊接性能、良好的塑变能力、低的冷脆临界温度、较好的耐蚀性。由于韧性、焊接性和冷成形性能的要求高，其碳含量不超过

0.20%。加入以锰为主的合金元素，辅加铌、钛、钒、硅、磷、铜等元素，有利于获得细小的铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。第二节

钢材类材料上一页下一页返回2)合金渗碳钢合金渗碳钢主要用于制造在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较大冲击载荷的工件。如汽车中的变速齿轮、后桥齿轮、万向节十字轴、活塞销、气门挺杆及凸轮轴等。表面渗碳层硬度高，具有优良的耐磨性和耐疲劳性，心部具有高的韧性和足够高的强度，良好的淬透性和渗碳工艺性，以承受冲击载荷的作用。合金渗碳钢碳含量一般为0.10%～

0.25%，使零件心部有足够的塑性和韧性。主加元素为铬、锰、镍、硼等，以提高淬透性，辅加元素为钼、钨、钒、钛等。第二节

钢材类材料上一页下一页返回4)合金弹簧钢弹簧是利用弹性变形吸收能量以缓和振动和冲击，或靠弹性储能来起驱动作用的。因此，弹簧钢主要用于制造钢板弹簧、气门弹簧、制动室复位弹簧、摇臂轴定位弹簧、离合器压紧弹簧、牵引钩弹簧等各类弹簧和弹性元件。具有高的弹性极限、高的疲劳强度、抗拉强度及足够的塑性和韧性。碳含量一般为0.50%～

0.70%，碳含量过高时，塑性、韧性降低，疲劳抗力也下降。主加合金元素是硅、锰、铬等，主要是提高淬透性和增强弹性。对于重要的弹簧钢必须加入铬、钒、钨等，不仅可以提高淬透性，而且减少钢在加热时的过热倾向，使钢具有更高的高温强度和韧性。第二节

钢材类材料上一页下一页返回5)滚动轴承钢滚动轴承钢主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，属专用结构钢，具有高的硬度、耐磨性、接触疲劳强度、抗压强度、弹性极限，一定的冲击韧度及抗蚀性。滚动轴承钢含碳量一般为0.95%～1.10%，以保证其高硬度、高耐磨性和高强度。主加元素为铬，辅加硅、锰等，以提高淬透性、疲劳强度和耐蚀性。第二节

钢材类材料上一页下一页返回4.合金工具钢合金工具钢基本上是在碳素工具钢的基础上，再加入适量的

合金元素的钢。按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢三大类。合金刃具钢具有高硬度、高耐磨性、高热硬性（钢在高温下保持高硬度的能力，亦称红硬性）、足够的塑性和韧性，

主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。第二节

钢材类材料上一页下一页返回冷模具钢应具有高硬度、高耐磨性、足够的韧性和疲劳抗力，以及较高的淬透性，用来制造在冷态下使金属变形的模具，如冷冲模、冷镦模等；热模具钢应具有高的热硬性和高温耐磨性、高的抗氧化性能、高的热强性和足够的韧性、高的热疲劳抗力、高的淬透性和导热性，用来制造在受热状态下对金属进行变形加工的模具，如热锻模、热挤压模等。合金量具钢在使用过程中要求测量精度高，不能因磨损或尺寸不稳定影响测量精度，对其性能的主要要求是高硬度、高耐磨性和高尺寸稳定性，主要用于制造各种量测工具，如游标卡尺、千分尺、量块、塞规等。第二节

钢材类材料上一页下一页返回5.特殊性能钢特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的钢。常用特殊性能钢包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。1)不锈钢在腐蚀介质中具有高的抗腐蚀性能的钢称为“不锈钢”。不锈钢应具有抵抗空气、水、酸、碱、盐类溶液或其他介质腐蚀作用的能力。常用不锈钢主要有铬不锈钢和铬镍不锈钢。铬能提高钢基体的电极电位。随着铬含量的增加，钢的电极电位急剧升高，同时铬在氧化性介质中极易钝化，生成致密的氧化膜，使钢的耐蚀性大大提高。镍可显著提高耐蚀性，铬镍不锈钢又称为无磁钢。第二节

钢材类材料2)耐热钢耐热钢是指具有高温强度和高温抗氧化综合性能的钢。用于制造加热炉、锅炉、燃气轮机等高温装置中的零部件。提高钢的高温抗氧化性的主要方法是在钢中加入足够的Cr、Si、Al等合金元素，使钢在高温下与氧接触时表面形成一层致密的高熔点氧化膜，阻止氧向内扩散。提高钢高温强度的方法是在钢中加入能提高钢的再结晶温度的合金元素，如W、Mo、V、B等。3)耐磨钢耐磨钢是指在强烈摩擦或冲击、挤压时，产生硬化从而具有良好抗磨损能力的钢。目前工业生产中最常用的耐磨钢是高锰钢。高锰钢含碳量为1.0%～

1.3%，含锰量为11%～

14%，具有表面硬度大幅提高，而心部仍保持良好塑性和韧性的性能。上一页

返回第三节

铸铁类材料铸铁是含碳量大于2.11%（一般为2.5%～

4%）的铁碳合金。它是以铁、碳、硅为主要组成元素，并比碳钢含有更多的锰、硫、磷等杂质的多元合金。有时为了提高铸铁的力学性能或物理、化学性能，还可加入一定量的合金元素，得到合金铸铁。铸铁具有良好的铸造性能、切削加工性、耐磨性、减震性，且价格低廉。因此，在汽车制造业中，铸铁应用广泛。虽然铸铁的强度、塑性比钢差，但仍然是工业生产中最重要的金属材料之一，特别是经过球化和孕育处理后，铸铁的力学性能不亚于结构钢，可取代碳钢、合金钢制造一些重要的结构零件，如曲轴、连杆、齿轮等。一些力学性能要求不高、

形状复杂、锻造困难的零件如缸体、缸盖、后桥壳等可全部由铸铁制造。下一页

返回第三节

铸铁类材料上一页下一页返回铸铁的含碳量很高，碳在铸铁中有两种存在状态：一种是化合状态—渗碳体

Ｆ

ｅ3C ；一种是游离状态—石墨。根据碳在铸铁中的存在形式和形态的不同，铸铁一般分为白口铸铁、

麻口铸铁、

灰口铸铁三类，

下文重点介绍灰口铸铁。根据石墨形态不同，铸铁可分为可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等；根据铸铁中加入的不同合金元素，可分为不同性能的合金铸铁，如耐热铸铁、耐蚀铸铁、耐磨铸铁等。第三节

铸铁类材料上一页下一页返回一、灰口铸铁1.灰口铸铁的性能灰口铸铁的组织是由片状石墨和金属基体组成。由于石墨的强度和塑性几乎为零，因此，石墨的存在就像在钢的基体上分布着许多细小的裂缝，破坏了基体组织的连续性。由于片状石墨对金属基体的割裂作用和应力集中现象，灰口铸铁抗拉强度、塑性和韧性很差。片状石墨虽然降低了灰口铸铁的力学性能，但却使灰口铸铁获得了许多优良性能。如良好的铸造性能和切削加工性、良好的减震性、较低的缺口敏感性、较高的耐磨性和良好的抗压性能。第三节

铸铁类材料上一页下一页返回2.灰口铸铁的孕育处理所谓孕育处理（或称变质处理）就是在浇铸前往铁水中投入少量硅铁、硅钙合金等作孕育剂，使铁水内产生大量均匀分布的晶核，使石墨和基体组织得到细化。经孕育处理后的灰口铸铁叫作孕育铸铁。孕育铸铁具有较高的强度和硬度，可用来制造机械性能要求较高的铸件，如汽缸、曲轴、凸轮、机床床身等，尤其是截面尺寸变化较大的铸件。3.灰口铸铁的牌号和应用灰口铸铁的牌号用“灰铁”二字汉语拼音的第一个大写字

母“ＨＴ”和一组数字表示，数字表示最低抗拉强度数值（单位为ＭＰａ

）。如ＨＴ１５０表示最小抗拉强度为１Ｐａ的灰口铸铁。其应用见表７－４

。第三节

铸铁类材料上一页下一页返回二、可锻铸铁1.可锻铸铁的性能可锻铸铁中石墨呈团絮状存在，由于可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体组织的割裂作用较小，因此它的力学性能比灰铸铁高，塑性和韧性好，但可锻铸铁并不能进行锻压加工。可锻铸铁的基体组织不同，其性能也不一样，其中铁素体可锻铸铁（又称黑心可锻铸铁）具有较高的塑性和韧性，而珠光体可锻铸铁具有较高的强度、硬度和耐磨性。第三节

铸铁类材料上一页下一页返回2.可锻铸铁的牌号和应用可锻铸铁的牌号由三个字母加两组数字组成。前两个字母“

ＫＴ”为“可铁”两字汉语拼音的第一个字母，第三个字母代表可锻铸铁的类别。后面两组数字分别表示最低抗拉强度和最低伸长率。如ＫＴＨ３００－０６表示黑心可锻铸铁其最低抗拉强度为３００ＭＰａ，最低伸长率为６％。ＫＴ

５０－０６表示珠光体可锻铸铁，其最低抗拉强度为４５０Ｍ，最低伸长率为６％。其应用见表７－５.第三节

铸铁类材料三、球墨铸铁球墨铸铁是在铁水浇注前加入球化剂（如镁或稀土镁合金）和孕育剂（硅铁、硅钙合金），使石墨呈球状分布。1.球墨铸铁的性能球墨铸铁的化学成分一般为：

ＷＣ３.

６

％~3.9%

，上一页下一页返回第三节

铸铁类材料上一页下一页返回· 球墨铸铁的力学性能与基体的类型以及球状石墨的大小、形状及分布状况有关。由于球状石墨对基体的割裂作用最小，又无应力集中作用，球墨铸铁基体的强度、塑性和韧性可以充分发挥，所以，球墨铸铁与灰口铸铁相比，有高的强度和良好的塑性与韧性。它的某些性能可以与钢相媲美，如屈服点比碳素结构钢高，疲劳强度接近中碳钢。同时，它还具有灰口铸铁的减震性、减磨性和小的缺口敏感性等优良性能。球墨铸铁中石墨球的圆整度越好，球径越小，分布越均匀，则球墨铸铁的力学性能就越好。第三节

铸铁类材料上一页下一页返回2.球墨铸铁的牌号和应用球墨铸铁牌号由“球铁”两字的汉语拼音的第一个字母“ＱＴ”及两组数值组成。两组数值表示最低抗拉强度和伸长率。如ＱＴ４００—１８表示球墨铸铁，其最低抗拉强度为００ＭＰａ，最低伸长率为１８％。其应用见表７－６

。第三节

铸铁类材料上一页下一页返回四、蠕墨铸铁蠕墨铸铁是灰铸铁在浇注时，向铁液中加入适量的蠕化剂（镁钛合金、稀土镁合金等），经蠕化处理后，使石墨变为短蠕虫状的高强度铸铁。蠕墨铸铁的显微组织由蠕虫状石墨加基体组成，其基体组织与球墨铸铁相似。由于蠕虫状石墨对基体的性能有很好的作用，故蠕墨铸铁是一种综合性能良好的铸铁材料，其力学性能介于球墨铸铁和灰铸铁之间，

它的强度接近于球墨铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性，同时又有和灰口铸铁一样的良好铸造性能和导热性。蠕墨铸铁的牌号以ＲｕＴ加一组数字表示，“ＲｕＴ”是“蠕铁”二字的拼音字首，数字表示最低抗拉强度。如ＲｕＴ３８０表示最低抗拉强度为３８０ＭＰａ的蠕墨铸铁。蠕墨铸主要应用于承受循环载荷、要求组织致密、强度要求较高、形状复杂的零件，如汽缸盖、进排气管、液压件和钢锭模等。第三节

铸铁类材料五、合金铸铁在铸铁中加入某些合金元素，以获得某些特殊性能的铸铁称为合金铸铁。常见的有以下几种。1.耐热铸铁耐热铸铁是指可以在高温下使用，其抗氧化或抗生长性能符合使用要求的铸铁。为了提高铸铁的耐热性，可向铸铁中加入

Ｓ

ｉ

、

Ａ

ｌ

、

Ｃ

ｒ

等元素，

在铸件表面形成一层致密的氧化物，

如 等，

保护内层不再继续氧化。同时，合金元素还可以提高铸铁的临界温度，使铸铁在工作范围内不发生变化，以免铸铁在高温下因渗碳体分解而析出石墨。上一页下一页返回第三节

铸铁类材料2.耐蚀铸铁耐蚀铸铁是指能耐化学、电化学腐蚀的铸铁。在铸铁中加入

Cr、Si、Al、Mo、Cu、Ni等合金元素，可使铸件表面形成一层致密的保护膜，还可提高铁素体的电位，增加铸铁的耐蚀能力。3.耐磨铸铁耐磨铸铁是指不易磨损的铸铁。根据工作条件的不同，分为减磨铸铁和抗磨铸铁。减磨铸铁是指润滑条件下工作的耐磨铸铁，如机床导轨、汽缸套、活塞环、轴承等，其组织应为软基体上分布硬质点（强化相）。软基体磨损后形成沟槽，起储油和润滑作用，硬质点起支撑作用；抗磨铸铁是指在无润滑的干摩擦及抗磨粒磨损条件下工作的铸铁，如轧辊、犁铧、抛丸机叶片、球磨机磨球等，应具有均匀的高硬度和必要的韧性。上一页

返回第四节

金属有色材料·

金属材料分为钢铁和有色金属两大类。与钢铁材料相比，有色金属产量低，价格高，但有色金属具有某些比钢铁更为优良的物理性能和化学性能。如铝、镁、钛及其合金的密度小，比强度高；铜、锌、镍、钛及其合金耐腐蚀性强；某些有色金属具有特殊的电、磁、热膨胀等性能，可以满足汽车零件的特殊性能要求。下一页

返回第四节

金属有色材料上一页下一页返回一、铝及铝合金铝及其合金的密度小，属于轻金属。采用铝合金制造汽车的缸体和车身，能有效减轻汽车重量，提高汽车的燃油经济性，所以，在现代汽车工业中，铝合金的使用量和使用率每年都

在增加，汽车发动机的活塞、缸体、缸盖及铝车轮等都采用了铝合金材料。铝合金材料是汽车制造的重要材料之一。第四节

金属有色材料1.工业纯铝纯铝是银白色的金属，

铝的熔点为660℃，

密度为

２

；具有良好的导电性、导热性和可塑性（

δ

＝３５％～４０％，Ψ＝８０％）；强度比较低，抗拉强度仅为８０～１０

０ＭＰａ；具有较好的加工工艺性能，适合进行各种冷热加工，特别是塑性加工，纯铝不能进行热处理，冷变形是提高其强度的唯一手段。铝在空气中表面会生成一层致密的氧化铝薄膜，可以阻止内部的金属继续跟空气进一步发生反应，因而具有优良的抗大气腐蚀性能。但是铝不能耐酸、碱和盐的腐蚀。工业纯铝的纯度一般为98.8％～

99.7％，杂质一般为Ｆｅ、Ｓｉ、

Ｃｕ、Ｚｎ等。随杂质含量的增加，其力学性能逐步下降。纯铝一般不作结构材料使用。它主要的用途是生产电器工业上的电线、电缆，配制各种铝合金等。上一页下一页返回第四节

金属有色材料上一页下一页返回2.铝合金在铝中加入适量的Si、Cu、Zn、Mg、Mn等合金元素，可以获得强度较高、用途广泛的铝合金。根据铝合金的成分

及性能特点，可以将其分为铸造铝合金和变形铝合金两大类。1)铸造铝合金铸造铝合金的塑性差，凝固温度低，充型时流动性好，具有优良的铸造工艺性能，可进行各种成形铸造，适用于制造形状较复杂的铸件。铸造铝合金按照合金元素成分的不同可以分成很多种，常用的有铝－硅系合金、铝－铜系合金、铝－镁系合金和铝－锌系合金等。第四节

金属有色材料上一页下一页返回·

铸造铝合金的牌号用“铸”、“铝”二字汉语拼音的第一个字母“Z”、“L”再加三位数字表示。数字的第一位

表示铝合金的类别（

1为铝－硅系合金，2为铝－铜系合金，3为铝－镁系合金，4为铝－锌系合金）；后两位表示合金的顺序号。顺序号不同，化学成分不同。例如，ZL102表示铸造铝合金中的铝－硅系02号合金，如图7-12所示。优质合金在后面加字母“A”。第四节

金属有色材料上一页下一页返回2)变形铝合金变形铝合金具有塑性好，易于变形加工的特性，故称为变形铝合金。变形铝合金的牌号用“一位数字+Ａ+两位数字”表示，如图7-13所示。首位数字表示变形铝合金的类别，“2”表示铝－铜－镁系合金，用“3”表示铝－锰系合金，用“5”表示铝－镁系合金，用“7”表示铝－铜－镁－锌系合金。“A”表示原始纯铝，后两位数字表示顺序号。在工业上则常按照其性能特点，把变形铝合金分成防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻铝合金等。第四节

金属有色材料上一页下一页返回3.铝合金在汽车工业上的应用1)铸造铝合金在汽车上的应用铝－硅系铸造合金常用来制造密度小、重量轻、强度要求不高、形状复杂的铸件，如汽车发动机机壳、缸体及工作温度在200℃以下、要求气密性好的承载零件。ZL108合金密度小，耐蚀性好，强度、硬度较高，线膨胀系数小，是常用的制造活塞的材料。铝－铜系铸造合金常用于制造高强度或在高温条件下工作、形状简单的零件，如汽车、摩托车发动机的活塞、汽缸头，飞机的附件等。第四节

金属有色材料上一页下一页返回铝－镁系铸造合金的密度小，强度和韧性高，耐蚀性好。但是铸造性能和耐热性相对较差，能进行时效强化处理，在一定场合可以替代不锈钢。铝－镁系铸造合金适用于制造耐腐蚀、抗冲击、外形简单、表面装饰性要求较高的零件。例如舰船配件、氨用泵体等，在汽车上主要用于制造缸盖、飞轮等零部件。铝－锌系铸造合金具有较高的强度和较好的铸造性能，价格比较便宜。但是其密度较大，耐蚀性较差，热裂倾向大。铝－锌系铸造合金在铸造前应进行变质处理。主要用于制造结构形状复杂的汽车、飞机的零件和医疗器械、仪表零件等。第四节

金属有色材料上一页下一页返回2)变形铝合金在汽车上的应用防锈铝合金主要包括铝－锰系或铝－镁系合金。防锈铝合金具有较好的耐蚀性能、塑性和焊接性，但切削加工性能较差。

适用于制造负荷轻的冲压件和耐腐蚀、光泽好的零件，如客

车上的装饰件、防锈外皮、油箱、油管等。硬铝合金属于铝－铜－镁系合金，并加入少量的锰。硬铝合金最大的缺点是耐腐蚀性比纯铝差，所以常在表面包裹一层纯铝，以增加其耐腐蚀性。硬铝在航空工业上应用广泛，可以制造飞机构架、螺旋桨、承受高负荷的铆钉等。第四节

金属有色材料二、铜及铜合金铜及其合金是汽车行业中不可缺少的材料种类。汽车上主要使用的有纯铜、黄铜、青铜。1.纯铜纯铜呈紫红色，有金属光泽，又叫紫铜或红铜。纯铜的密度为 ，熔点为１０８３℃。纯铜突出的优点是导电性、

导热性好，

在所有金属中，

其导电性仅次于银而居第二位，是最常用的导电、导热材料；铜具有良好的塑性，易于冷、热加工成形；在大气及淡水中有良好的抗蚀性能，是抗磁性金属；铜的强度、硬度比较低，抗拉强度仅为２００～２４０ＭＰａ，不适于作结构材料，通过冷变形化，抗拉强度可以提高到４００～５００ＭＰａ。常用冷加法制造电线、电缆、铜管等。上一页下一页返回第四节

金属有色材料上一页下一页返回·

工业纯铜中常含有0.05%～

0.30%的杂质（主要是Pb、Bi、O、S和P等）。杂质的存在对铜的力学性能和工艺性能

有很大的不利影响。根据杂质含量的不同，工业纯铜分为T1、T2、T3等。“T”为“铜”字汉语拼音的第一个字母。其后的数字愈大，铜的纯度愈低。除工业纯铜外，还有无氧铜，其含氧量极低。第四节

金属有色材料上一页下一页返回2.铜合金铜合金是在纯铜中加入适量的Zn、Sn、Al、Mn、Ni等形成的金属材料。它除了仍然具有纯铜的某些优良性能外，还具有较高的强度和硬度。一般将铜合金分为黄铜、青铜和白铜三大类。1)黄铜以锌作为主要合金元素的铜合金叫黄铜。按化学成分不同，黄铜分为普通黄铜和特殊黄铜。第四节

金属有色材料上一页下一页返回(1)普通黄铜。普通黄铜是铜－锌二元合金。黄铜的强度和塑性随含锌量的增加均不断提高；当含锌量达到30%～

32%时，黄铜的塑性最好。普通黄铜的代号用“黄”字汉语拼音的第一个字母“H”后面附以数字表示。数字为铜的平均质量分数，余量为锌。如：H70表示含铜为70%、含锌为30%的普通黄铜。铸造黄铜则在前面另加字母“Z”来表示。“Z”是“铸”字汉语拼音的第一个字母。例如：ZH62表示铜的质量分数为62%，锌的质量分数为38%的铸造黄铜，如图7-14所示。第四节

金属有色材料上一页下一页返回(2)特殊黄铜。为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，可以在普通黄铜中加入铅、锡、铝、镍、铁、硅、锰等元素，从而形成铅黄铜、锡黄铜、铝黄铜、镍黄铜、铁黄铜、硅黄铜等特殊黄铜。黄铜中加入的锡可改善合金的耐蚀性和耐磨性，硅可改善铸造性能，铅可改善切削加工性能。例如锡黄铜又叫“海军黄铜”，它的强度和耐腐蚀性都极大优于黄铜。特殊黄铜也分压力加工黄铜和铸造黄铜。压力加工黄铜的编号，用“H+主加元素的元素符号（锌除外）+铜的质量分数+主加元素的质量分数”表示。例如：HPb59－1表示含铜59%、含铅1%、其余为锌的铅黄铜，如图7-15所示。铸造黄铜的编号方法与普通铸造黄铜基本相同。第四节

金属有色材料上一页下一页返回2)常用青铜青铜原来是指铜锡合金。现在工业上习惯把黄铜和白铜（指铜镍合金）以外的所有铜基合金都叫青铜。所以青铜又分为锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜等。青铜也可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。青铜的代号用“Q+主加元素的元素符号＋主加元素的质量分数＋其他元素的质量分数”表示。“Q”是“青”字汉语拼音的第一个字母。例如QSn4－3表示含锡4%、含锌3%、其余为铜的锡青铜，如图7-16所示；QA17表示含铝7%，其余为铜的铝青铜。铸造青铜的牌号表示方法和铸造黄铜基本相同。第四节

金属有色材料上一页下一页返回3)白铜以镍为主加合金元素的铜合金叫白铜。普通白铜仅含铜和镍，其牌号用“白”字汉语拼音的第一个字母“B”加镍的平均质量分数表示。例如，B19表示含镍19%的普通白铜。普通白铜中加入锌、锰、铁等元素后分别叫锌白铜、锰白铜、铁白铜。牌号用“B+其他元素的元素符号＋镍的平均质量分数＋其他元素的平均质量分数”表示。例如，BZn15－20表示含镍15%、含锌20%的锌白铜。第四节

金属有色材料上一页下一页返回3.铜及铜合金在汽车工业上的应用铜和铜合金有良好的力学性能和加工性能，在汽车工业上用途很广。它可以用来制造汽车发动机摇臂衬套、活塞销衬套、制动系统管路、液压装置、齿轮、轴承、刹车摩擦片、配电和电力系统、垫圈以及各种接头、配件和饰件；排气管热密圈外壳、水箱体、暖风散热器的散热管、冷却管、化油器进气阀本体、主量孔、功率量孔、怠速量孔、曲轴箱通风阀座、曲轴轴瓦、曲轴止推垫圈、储气筒放水阀本体及安全阀座等许多零部件。第四节

金属有色材料上一页下一页返回三、滑动轴承合金1.轴承合金的牌号工业上用于制造轴承的合金材料很多，常用的滑动轴承合金

有锡基轴承合金、铅基轴承合金、铜基轴承合金和铝基轴承合金四类。轴承合金的牌号用“Z+基体元素的元素符号+主

加元素的元素符号及其质量分数＋辅加元素的元素符号及其质量分数”来表示。其中“Z”为“铸”字汉语拼音的第一

个字母，如图7-17所示。第四节

金属有色材料上一页下一页返回2.常用轴承合金1)锡基轴承合金锡基轴承合金又叫锡基巴氏合金。它是以锡为基础，加入少量锑和铜形成的合金。在这类合金中，软基体是锑溶于锡中形成的α固溶体，硬质点是锡与锑、铜生成的化合物。锡基轴承合金的塑性、导热性好，摩擦系数小，是优良的减摩材料，常用来制作重要的轴承，如汽轮机、发动机、内燃机等大型机器的高速轴承。它的主要缺点是疲劳强度比较低，价格昂贵，使用温度不能高于１５０℃。第四节

金属有色材料上一页下一页返回2)铅基轴承合金铅基轴承合金又叫铅基巴氏合金。它是以铅为基体，加入锑、锡、铜等元素而形成的轴承合金。铅基轴承合金的硬度、强度、韧性均比锡基合金低，且摩擦系数比锡基合金大，但是价格便宜。这种合金常用来制造承受中、低载荷的中速轴承，如在汽车、拖拉机上应用的曲轴轴承、连杆轴承及电动机轴

承，使用工作温度一般不超过120℃。3)铜基轴承合金铜基轴承合金摩擦系数低，具有优良的耐磨性、良好的导热性、高的疲劳强度和承载能力，适合于制造高速、重载、较高温度（

300℃）下工作的轴承，如高速柴油机、航空发

动机轴承等。第四节

金属有色材料上一页下一页返回4)铝基轴承合金铝基轴承合金是一种新型减摩材料，具有密度小、耐腐蚀、导热性好、疲劳强度高等优点，并且原料丰富，价格低廉。缺点是膨胀系数大，运转时容易与轴咬合。目前常用铝锑镁轴承合金和高锡铝基轴承合金。铝锑镁轴承合金加入镁的目的是为改善合金的塑性和韧性，提高屈服强度。这种合金大量用于制造低速中载的内燃机轴承等。高锡铝基轴承合金是加入少量的铜，使合金具有较高的抗疲劳强度，良好的耐热、耐磨和抗蚀性。这种合金适于制造高速、重载的发动机轴承，在汽车、拖拉机、内燃机车上广泛使用。第四节

金属有色材料上一页下一页返回汽车上应用的高锡铝基轴承合金，使用寿命较长，可靠性比

锡基轴承合金好，即使汽车在较差路面上行驶或者超载，也

不会发生轴承合金剥落；在正常使用情况下其寿命可达１０万千米以上。但是，因为其膨胀系数大，在安装时应留有较大

间隙。在工业上应用的轴承合金材料，除以上轴承合金外，粉末冶金含油轴承合金、聚氨酯橡胶、聚四氟乙烯工程塑料等也可用作滑动轴承或衬套材料。第四节

金属有色材料四、钛及钛合金1.工业纯钛钛是银白色金属，密度只有４５ｇ，熔点为１６６８℃，的密度小、塑性好、比强度大、耐腐蚀性强，在大气、海水和酸、碱的溶液中都有优异的耐蚀性，并且在高温、低温下都能够正常工作。钛的力学性能与其纯度有很大关系，存在Ｏ、Ｎ、Ｈ、Ｃ等杂质时，其强度增加，但是塑性显著下降。·

工业纯钛按纯度分为ＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３等，其中“

”为“钛”字汉语拼音的第一个字母，其后面的数字越大纯度越低。工业纯钛常用于制造在３５０℃以下工作的低载荷零件，如飞机骨架、发动机部件、耐海水管道及柴油机活塞、连杆等。上一页下一页返回第四节

金属有色材料上一页下一页返回2.钛合金在钛中加入合金元素后形成的钛合金，可分为α型钛合金、β型钛合金和α＋β型钛合金三类，其牌号分别以ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ再加上序号来表示。1)α型钛合金α型钛合金具有很好的强度、韧性、热稳定性、焊接性和铸造性，抗氧化能力和低温性能也都比较好，在－２５３℃以下，α型钛合金仍有很好的韧性而不发脆，它还能在５００℃左右的温度下长期工作。它的常用牌号有ＴＡ７、ＴＡ８。主要用来制造飞机涡轮机壳、导弹的燃料罐等。第四节

金属有色材料上一页下一页返回2)β型钛合金β型钛合金的主要合金元素是Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｏ。β型钛合金强度高、韧性好，易于进行冲压成形，但低温性能、耐热性较差，一般在３５０℃以下的温度使用。常用牌号有ＴＢ１、ＴＢ２。主要用来制造气压机的叶片、轴和轮盘等重载荷的旋转件或飞机构件。第四节

金属有色材料上一页下一页返回3)α＋β型钛合金α＋β型钛合金主要加入铝，也加入Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ等合金元素，兼有α型钛合金和β型钛合金的优点，强度高、塑性好，耐腐蚀性、低温性能、耐热性也较好，能在４００℃的温度下长期工作。α＋β型钛合金是目前使用最多的钛合金。常用的牌号有ＴＣ１、ＴＣ２、ＴＣ４等，主要用来制造要求在４００℃以下工或低温下工作的零件，如航空发动机零件、化工用泵、阀门和低温下使用的火箭、导弹的液氢燃料箱、高压容器等。第四节

金属有色材料上一页下一页返回3.钛合金在汽车上的应用(1)钛合金主要用于制造汽车板簧、车轮、气门座圈、排气系统的零件等，能有效降低汽车的整体重量，有利于降低油耗和提高车速。(2)用钛合金制成的气门、气门弹簧，除了重量比用钢材制造减轻30%～

40%外，还能提高极限转速20%。(3)排气门如果采用钛合金制造，高温强度和使用寿命都能得以极大提高。第四节

金属有色材料五、镁及镁合金1.工业纯镁镁是银白色金属，镁的密度为，只有铝的２／３，熔点为６５１℃，强度和塑性均不高，一般不宜用作结构材料。·

镁的化学活性很强，容易被氧化、腐蚀。虽然在空气中也生成氧化膜，但是氧化膜疏松多孔，不能对内部金属起保护作用，且电极电位又低，因此镁的耐蚀性很差。工业纯镁的牌号用“Ｍｇ＋序列号”表示。例如Ｍｇ１称为一号纯镁，Ｍｇ２称为二号纯镁。上一页下一页返回第四节

金属有色材料上一页下一页返回2.常用镁合金1)镁合金的性能在镁中加入铝、锌、锰等合金元素后形成镁合金。镁合金的密度小，比强度和比刚度高，减震性能好，抗冲击能力较强，易于进行热加工、铸造加工和切削加工。2)镁合金的牌号镁合金分为变形镁合金和铸造镁合金两类。变形镁合金的牌号用“MB+序列号”表示。铸造镁合金的牌号用“ZM+序列号”表示。常用的变形镁合金的牌号MB1、MB2、MB8、MB15等。

MB15应用较多，它具有较高的强度和良好的塑性。常用铸造镁合金的牌号有ZM1、ZM2、ZM5等。ZM5应用最广，它具有较高的常温强度和良好的铸造工艺性；耐热性较差，在不高于150℃温度下能长期使用。第五节

非金属材料· 汽车结构用非金属材料有塑料、橡胶、合成纤维、胶黏剂、涂料、玻璃、陶瓷、复合材料等，随着汽车工业的发展，非金属材料的使用量逐年增多，例如：汽车用工程塑料不仅替代了普通塑料，而且有替代金属材料的趋势。汽车结构用非金属材料主要有如图7-18所示的种类。下一页

返回第五节

非金属材料上一页下一页返回一、橡胶橡胶属于高分子材料，是高聚物中具有高弹性的一种物质。橡胶制品在汽车工业中应用广泛，汽车上的橡胶制品约300多种，常用种类达15余种，分布于汽车发动机及附件、传动、转向、悬架、制动、电器仪表及车身等系统内，如橡胶管、缓冲垫、油封、门窗密封胶带等，如果包括聚氨酯发泡体在内，其质量超过车辆总质量的10%。第五节

非金属材料上一页下一页返回1.橡胶的性能特点橡胶具有极高的弹性，良好的热可塑性、黏着性和绝缘性。2.橡胶的组成橡胶主要是以生胶为原料，加入适量的配合剂制成。生胶是橡胶工业的主要原料，橡胶的性质取决于生胶的性质。按生胶的来源可分为天然橡胶和合成橡胶两种。配合剂是为了提高和改善橡胶制品性能而加入的物质，主要有硫化剂、硫

化促进剂、增强填充剂、软化剂、防老剂等。第五节

非金属材料上一页下一页返回3.橡胶的分类按照原料的来源，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。合成橡胶主要有七大品种：丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶和丁腈橡胶。习惯上合成橡胶按用途又分成两类：通用合成橡胶和特种合成橡胶。通用合成橡胶性能和天然橡胶接近，可以代替天然橡胶的通用橡胶，具有良好的物理性能、力学性能和加工性能；特种合成橡胶是具有特殊性能的特种橡胶，具有某种特殊性能，如耐热、耐寒、耐油及耐化学腐蚀等。第五节

非金属材料上一页下一页返回4.橡胶在汽车上的应用橡胶在汽车上用量最大的制品是轮胎，目前全世界生产的橡胶约有80%为制造轮胎所用。此外，橡胶还广泛用于各种密封制品、胶管、胶带以及减振配件等，主要分布在汽车车身、传动、转向、悬挂、制动和电器仪表等系统内。第五节

非金属材料上一页下一页返回二、塑料1.塑料的性能特点塑料具有许多优良的物理、化学性能和力学性能，主要有质量轻，化学稳定性好，比强度高，良好的电绝缘性能，优良的耐磨、减摩性，良好的吸振性和消声性。2.塑料的组成塑料是以合成树脂为基体，并加入某些添加剂，在一定的温度和压力下，能塑造成各种形状制品的高分子材料。加入添加剂是为了改善塑料的性能，以扩大其使用范围。它包括填料、增塑剂、稳定剂、固化剂、着色剂等。第五节

非金属材料上一页下一页返回3.塑料的分类塑料的种类很多，按其热性能不同，可分为热固性塑料和热塑性塑料两大类，见表7-7。4.塑料在汽车中的应用由于塑料具有诸多金属和其他材料所不具备的优良性能，因此在汽车上的应用很广。常用于制作各种结构零配件、耐磨减摩零件、隔热防振零件等。汽车常用塑料的种类、特性及应用见表7-8。第五节

非金属材料上一页下一页返回三、汽车玻璃1.汽车对玻璃的性能要求玻璃是一种脆性材料，要求玻璃有较好的抗压强度，较高的硬度，良好的热稳定性、透光性、耐蚀性、耐候性，足够的机械强度和安全性。2.汽车用玻璃的种类与特点汽车玻璃主要有前风挡玻璃、侧风挡玻璃和后风挡玻璃等，根据不同部位的具体要求选用满足不同安全要求的玻璃。汽车用玻璃都属安全玻璃，包括钢化玻璃、区域钢化玻璃、夹层玻璃和特殊功能玻璃等。第五节

非金属材料上一页下一页返回1)钢化玻璃将普通玻璃加热到一定温度后急剧冷却就能极大提高玻璃的强度，这种淬火玻璃就称为钢化玻璃。钢化玻璃是将普通平板玻璃加热到一定温度后急剧冷却而产生预应力的高强度玻璃。钢化玻璃具有较好的力学性能；较好的耐热、耐寒性能；坚固结实，安全性好；无论在低温或高温季节中，都可长期使用而不改变其冲击强度和弯曲强度的性能特点。第五节

非金属材料上一页下一页返回1)钢化玻璃将普通玻璃加热到一定温度后急剧冷却就能极大提高玻璃的强度，这种淬火玻璃就称为钢化玻璃。钢化玻璃是将普通平板玻璃加热到一定温度后急剧冷却而产生预应力的高强度玻璃。钢化玻璃具有较好的力学性能；较好的耐热、耐寒性能；坚固结实，安全性好；无论在低温或高温季节中，都可长期使用而不改变其冲击强度和弯曲强度的性能特点。2)区域钢化玻璃区域钢化玻璃采用特殊的热处理方法，可以控制玻璃碎片的大小、形状和分布，以克服普通钢化玻璃在经受撞击后会形成一层稠密的裂缝网的缺陷。区域钢化玻璃在驾驶员前的前风窗玻璃视区，采用碎片加大的方法，在破碎后保住视线，减少二次事故的发生。第五节

非金属材料上一页下一页返回3)夹层玻璃夹层玻璃又称高抗穿透性夹层玻璃，通常有三层，两侧的玻璃层厚度各为2.0～

3.0mm，两层玻璃夹着厚度为0.38～0.76mm的中间层。夹层玻璃中间膜的材料通常采用性能较好的聚乙烯醇缩丁醛PVB或聚甲基丙烯酸酯制成。夹层玻璃具有很高的强度、韧性，而且抗碰撞能力强、安全性好、透明度高。当汽车碰撞时，即使玻璃破碎，其碎片仍能黏附在安全膜上，而且这层薄膜片还能吸收剩余的动能，其导致破裂的冲撞速度约为35km/h，而区域钢化玻璃的冲撞速度约为20km/h。第五节

非金属材料上一页下一页返回4)特殊夹层玻璃(1)除霜玻璃这种除霜玻璃采用网板印刷制法将导电性胶印制在玻璃上，

然后在玻璃加热成形时黏附，这种玻璃主要用于防止挡风玻璃上结冰、结霜、结雾。(2)天线夹层玻璃天线夹层玻璃采用印制电路天线，即利用含银发热线的导电性直接用于接收。近年，随信息量增加和对接收质量的要求提高，印制电路天线的图像趋于复杂化，针对这一情况和美观的需求，一种透明薄膜天线正在被广泛使用。天线夹层玻璃的天线最主要用于电视、AM和FM收音机以及电话和导航用，其接收性能包括灵敏度和指向性，不仅与玻璃本身的性能有关，还要受天线玻璃与收音机的相对位置、与电波的角度、车身形状的影响，因而汽车上收音机等设备与天线玻璃的组合尤为重要。第五节

非金属材料上一页下一页返回(3)调光夹层玻璃调光夹层玻璃采用一种光的透射率和散色度可变的玻璃，可起到遮挡太阳有害射线、适当采光、隐蔽保护等作用。典型的几种调光玻璃有镀铬玻璃（

EC）、热玻璃（

TC）、变色玻璃（

PC）和液晶玻璃（

LC）。其中镀铬玻璃（

EC）

具有色泽鲜明、无视角依赖性等优点，由于流过的电流与其浓度成正比，故浓度可控制。一旦着色后即使切断电源仍能继续保持其状态，故电力消耗少。典型的EC材料氧化钨玻璃，已在汽车顶窗上应用。此外，液晶玻璃（

LC）的响应速度不随面积而变化，能瞬时通断，透明度与电压成正比，这种玻璃已在轿车顶部采用。第五节

非金属材料上一页下一页返回四、陶瓷1.陶瓷的基本性能陶瓷最突出的性能特点是高硬度、高耐磨性，甚至高于金属；几乎没有塑性，完全是脆性断裂；冲击韧性、抗拉强度低，但抗压强度较高，弹性模量高，可达金属的数倍；陶瓷在室温和高温都不会氧化，对酸、碱、盐有良好抗腐蚀能力，是化学稳定性很高的材料；陶瓷具有很好的高温强度，高温抗蠕变能力强；一般陶瓷都有较好的电绝缘性能，可直接作为传统的绝缘材料使用；有的可作半导体材料。第五节

非金属材料上一页下一页返回2.陶瓷的分类陶瓷产品的种类很多，通常分为传统陶瓷和精细陶瓷两大类。1)传统陶瓷利用天然硅酸盐矿物（如黏土、长石、石英等）为原料制成的陶瓷属传统陶瓷，也称普通陶瓷或硅酸盐陶瓷。这类陶瓷原料来源广，成本低，用量大。主要用于日常、建筑、卫生洁具以及工业上应用的高低压电瓷等。第五节

非金属材料上一页下一页返回2)精细陶瓷由于天然原料中的杂质对陶瓷的性能不利，精细陶瓷用纯度

高的人工合成原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物等）。(1)按性能分类，精细陶瓷分为高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、压电陶瓷、电介质陶瓷、光学陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷、卫生陶瓷。(2)按用途分类，精细陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷。第五节

非金属材料上一页下一页返回3.陶瓷在汽车上的应用精细陶瓷具有各种优异的特性，应用于汽车上，可以有效地降低车辆的重量、提高发动机的热效率、降低油耗、减少排气污染、提高易损件寿命、完善汽车智能性功能。很早以前就在汽车的火花塞、窗玻璃、水泵的机械式密封中使用了陶瓷。而且作为排放对策，触媒载体、氧传感器、爆震传感器等功能陶瓷相继出现。目前，已有许多发动机零件采用结构陶瓷制造。第五节

非金属材料上一页下一页返回汽车用陶瓷大致可分为功能材料和结构材料。1)车用功能陶瓷材料功能陶瓷材料主要是利用其绝缘性、介电性、压电性、半导体、磁性等特异功能，主要用于传感器，此外，还可用于各种执行元件、陶器加热器、导电材料、显示装置等。陶瓷传感器在温度传感器、位置传感器、速度传感器、气体传感器、湿度传感器、爆震传感器、倒车报警系统用传感器得到非常广泛的应用，如图7-19所示的倒车报警系统用传感器。第五节

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