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第一页，共四十六页。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页，共四十六页。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第三页，共四十六页。活塞(裙部为铝硅合金)冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。第二十五页，共四十六页。第二十一页，共四十六页。应用:轴类、连杆、齿轮优良的减摩性和耐磨性，高的弹性极限和疲劳极限代表牌号Mn13滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料导电、导热性、抗蚀、抗磁能力高11%、并含有较多硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金称为铸铁。导电、导热性、抗蚀、抗磁能力高钢铁材料也称为黑色金属。11％的铁碳合金称为碳素钢。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。性能——渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；

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、碳钢第四页，共四十六页。

(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Ws≤0.055%，Wp≤0.045%

优质碳素钢Ws、Wp≤0.040%

高级优质碳素钢Ws≤0.030%，Wp≤0.035%1.碳钢的分类第五页，共四十六页。

(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.碳钢的分类第六页，共四十六页。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)。第七页，共四十六页。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第八页，共四十六页。（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：Q235－AF表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。

第九页，共四十六页。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、螺纹钢建筑构件钢桥梁第十页，共四十六页。（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。第十一页，共四十六页。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。第十二页，共四十六页。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第十三页，共四十六页。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30~55钢:调质,综合机械性能好,制齿轮、连杆、轴类等60~70钢,淬火,中回,制造弹性元件,如汽车气门弹簧.第十四页，共四十六页。低碳钢W(C)≤0.常用的合金元素：Zn、Al、Sn、Mn、Ni、Be、Ti、Cr、Zr等。调质钢的牌号（摘自GB/T3077－1999）碳素工具钢主要用于制造刀具、模具和量具。第三十二页，共四十六页。优质碳素钢Ws、Wp≤0.第四十一页，共四十六页。如：9SiCr钢表示平均含碳量为0.工业纯铝的牌号有1070A、1060、1050A、1035等。碳素工具钢的含碳量在0.主要化学成分，%主要成分,%性能——强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。Cr、Ni、Mo、W、Mn、Si和B提高淬透性，Ti细化晶粒主要化学成分,%（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。第十五页，共四十六页。用途

冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。螺纹量规热处理：淬火+低温回火

第十六页，共四十六页。

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。第十七页，共四十六页。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。

第十八页，共四十六页。1．低合金结构钢钢号旧钢号主要化学成分，%机械性能CMnSi，

s

，MPa

b

，MPa

5，%Q29509MnNb

12Mn

0.160.80

~1.500.5529557023Q34516Mn

16MnRe0.18

~0.201.00

~1.600.5534563021~22Q39016MnNb

15MnTi

0.201.00

~1.600.5539065019~20Q42014MnVTiRe

15MnVN

0.201.00

~1.700.5542068018~19Q46014MnMoV

18MnMoNb

0.201.00

~1.700.5546072017常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度(直径)16mm，AKV≥34J）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)第十九页，共四十六页。高压容器桥梁船舶车辆应用第二十页，共四十六页。2．合金调质钢成分

——

w(C)=0.25～0.50%，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

——综合机械性能高第二十一页，共四十六页。调质钢的牌号（摘自GB/T3077－1999）淬透性钢号主

要

成

分,%淬火

℃回火

℃CMnSi

Cr低450.42~

0.500.50~

0.800.17~

0.37830~

840水580~

640空40Cr0.37~

0.450.50~

0.80Cr0.8

~1.10850油500

水，油中高35CrMo0.32~

0.400.40~

0.70Cr0.8

~1.10850油550

水，油38CrMoAlA0.35~

0.42Al0.7

~1.1Cr1.35

~1.65940

水，油640

水，油40CrMnMo0.37~

0.450.90~

1.20Cr0.9

~1.20850油600

水，油机械性能

bMPa

sMPaaKU2J

600

3553940MnB0.37~

0.441.10~

1.400.20~

0.40850油500

水，油9807854798078547980835639808357198078563第二十二页，共四十六页。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。第二十三页，共四十六页。应用:汽车曲轴圆锥齿轮第二十四页，共四十六页。3．合金渗碳钢成分

——

w(C)=0.1～0.25%,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。第二十五页，共四十六页。3．合金渗碳钢渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C:930℃，回火：200℃）主要化学成分,%预备处理／淬火,℃CMnCr，Ni0.17~0.24

0.17~0.240.50~0.80

1.30~1.600.70~1.00

880／800水,油880水,油0.17~0.230.17~0.23

0.90~1.200.80~1.10

0.90~1.201.00~1.30

850油880／870油钢号20Cr

20MnV20CrMn20CrMnTi

淬透性低中高18Cr2Ni4WA

20Cr2Ni4A0.13~0.19

0.17~0.23W0.8~1.2

0.30~0.601.35~1.65

4.0~4.51.25~1.65

3.25~3.75950／850空

880／780

油机械性能

bMPa

sMPa835

785540

5909301080

735835

1180

1180835

1080aKU2J47

554755

78

63第二十六页，共四十六页。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→低温回火第二十七页，共四十六页。4．合金弹簧钢成分——w(C)=0.45～0.70%，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。第二十八页，共四十六页。4．合金弹簧钢钢号主

要

成

分,%淬火

油

℃回火

℃机械性能

CMnSi,Cr

bMPa

sMPa

10

%akkJ/m2650.62~

0.700.50~

0.800.17~

0.37840

油50010008009450850.82~

0.900.50~

0.800.17~

0.37820

油48011501000660065Mn0.62~

0.700.90~

1.200.17~

0.37830

油5401000800880060Si2Mn0.56~

0.640.60~

0.901.50~

2.00870

油48013001200580050CrVA0.46~

0.540.50~

0.80Cr0.8

~1.10850

油50013001150

59800（摘自GB/T1222－1985）第二十九页，共四十六页。

汽车板簧火车螺旋弹簧应用

65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。第三十页，共四十六页。汽车板簧大型热卷弹簧热卷大弹簧弹簧丝第三十一页，共四十六页。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①合金刃具钢：主要用来制造金属切削刀具。②合金模具钢：主要用来制造各种金属成形用的模具。③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。第三十二页，共四十六页。量具刃具模具第三十三页，共四十六页。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。第三十四页，共四十六页。1．不锈钢2．耐热钢3．耐磨钢三特殊性能钢第三十五页，共四十六页。耐热钢的用途发动机叶片航空发动机汽轮机叶片汽车阀门第三十六页，共四十六页。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第三十七页，共四十六页。

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。四铸铁第三十八页，共四十六页。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、有色金属及其合金第三十九页，共四十六页。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、