汽车材料及应用

汽车机械基础相关知识4任务目标1工作任务2汽车材料及应用3任务目标知道汽车上所用的材料；1知道汽车材料的分类。2

工作任务：请观察汽车上的零部件，请分析它们是运用哪些材料制成的。5任务分析：在汽车中不仅用到钢、铁、铝、铜，还用到塑料、陶瓷、橡胶以及燃料、油漆等等。相关知识：一、汽车材料的分类汽车材料汽车工程材料汽车美容材料金属材料非金属材料清洁保护用品油漆护理用品汽车装饰用品汽车运行材料润滑剂特种液燃料轮胎汽车整容用品二、汽车上选用材料的分配汽车所用材料主要以钢、铸铁等金属为主，其次为非金属材料。各种材料占汽车总质量的比例如图所示。8任务分析：在汽车中所用的材料主要是钢、铁、铝、铜等金属材料，占汽车总质量的80％左右，金属材料能够得到广泛应用，是由于它具有优良的性能，易于制成性能、形状都能满足使用要求的零件、工具等。相关知识：一、汽车金属材料的分类及基本性能1．汽车金属材料的分类2．汽车金属材料的基本性能汽车零件对材料的性能要求主要包括材料的使用性能和工艺性能两方面。一、汽车金属材料的分类及基本性能汽车金属材料的性能使用性能工艺性能物理性能化学性能切削加工性能铸造性能锻压性能力学性能焊接性能密度、导热性、熔点、热膨胀性、磁性耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性强度、刚度、硬度、韧性、塑性、疲劳极限材料在使用过程中所表现同来的性能称为使用性能；在加工过程中所表现的性能称为材料的工艺性能。一、汽车金属材料的分类及基本性能2．汽车金属材料的基本性能（1）材料的物理性能材料的物物理性能是指材料在物理方面的特性。主要技术指标有熔点、密度、导电性、导热性、导磁性的热膨胀性。（2）材料的化学性能化学性能是指金属材料在外部介质作用下表现的性能，包括耐腐性、抗氧化性和化学稳定性。（3）材料的力学性能金属材料在负荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（或称为机械性能）。技术指示含义注释熔点（℃）金属或合金在加热过程中由固体熔化为液体的温度钨的熔点很高，钨、钼可制造灯丝、加热元件等；铅、锡等熔点低，可用制造保险丝等密度（g/cm3）单位体积金属的质量按密度的大小，金属可分为轻金属和重金属。导电性金属能够传导电流的性能银的导电性很好，其次是铜和铝。铜和铝常做导线导热性金属传导热的性能银的导电性很好，其次是铜和铝。常用来制造轿车的热交换器和散热器中的零件热膨胀性金属在温度升高时体积胀大的现象常温下可以不予考虑。但千分尺、块规等测量工具、精密配合的零件对热膨胀有严格要求（1）材料的物理性能一、汽车金属材料的分类及基本性能一、汽车金属材料的分类及基本性能（3）材料的力学性能汽车零件所受机械负荷的类型常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳极限等。拉力压力剪切弯曲压弯扭转摩擦屈服强度（σS）指材料在外力作用下，产生屈服现象时的最小应力σS

。1）强度。强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏的性能。知识点滴：用哪些指标判定材料强度的大小？常用的强度依据主要有屈服点和抗拉强度。（3）材料的力学性能屈服强度—是塑性材料选材和评定的依据。拉伸过程中最大力所对应的应力称为抗拉强度。是工程技术上的主要强度指标。抗拉强度（σb）2）塑性塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。（3）材料的力学性能常用材料拉伸后的断后伸长率δ和断后收缩率ψ作为衡量指标。伸长率：断面收缩率:FFL良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。知识点滴：如何判定材料塑性的好坏？（3）材料的力学性能3）硬度硬度是指材料抵抗局部变形，尤其是塑性变形、压痕或划痕的能力。常用的指标有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。知识点滴：不同的试验方法测试的硬度有什么不同？布氏硬度（HB）应用范围较广，洛氏硬度HRC适用于表面高硬度材料，如热处理硬度等。两者区别在于硬度计之测头不同，布氏硬度计之测头为钢球，而洛氏硬度计之测头为金刚石。维氏硬度（HV）适用于显微镜分析。维氏硬度(HV)是以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值。（3）材料的力学性能4）疲劳强度疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力。或称疲劳极限。小提示：疲劳强度与抗拉强呀有一定联系，抗拉强度高，疲劳强度也高。5）冲击韧性金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。小提示：冲击韧性的大小受试样形状、表面粗糙度、内部组织等影响，只作为选材参考。二、汽车常用金属材料在汽车行业中应用最广泛的是铁基金属材料，即钢和铁。1．钢钢是指以铁为主要元素，碳的质量分数在2.11％以下，并含有其他元素的材料。其规格全、性能好，并且可用热处理的方法改善性能，工业中应用最为广泛。钢材料通常可按钢的化学成分、品质和用途进行分类。钢的分类按用途分类合金钢结构钢按品质分类优质钢高级优质钢普通钢按化学成分分类碳素钢含硫量≤0.050％，含磷量≤0.045％含硫量≤0.030％，含磷量≤0.035％含硫量≤0.040％，含磷量≤0.040％含碳量≤0.25％含碳量≤0.25％～0.60％含碳量0.60％～0.85％低合金钢中合金钢高合金钢低碳钢中碳钢高碳钢含碳量0.1％～0.5％，焊接性能较好特殊性能钢具有某些特殊性能合金钢添加铬、镍、钼、钒等提高钢的性能合金量≤5％合金量5％～10％合金量>10％1．钢1．钢（1）碳钢碳钢是指碳的质量分数小于2.11％，并含有少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。按用途分结构钢和工具钢。1）碳素结构钢①普通碳素结构钢。屈服点的字母Q质量等级符号屈服点的数值脱氧方法符号屈服强度越大，其含碳量、强度和硬度越大，塑性越低。质量等级分为A、B、C、D四级，由A到D表示质量由低到高。F－沸腾钢Z－镇静钢b－半镇静钢TZ－特殊镇静钢例如Q235－AF②优质碳素结构钢1．钢优质钢高级优质钢（A）特级优质钢（E）低碳钢含碳量≤0.25％中碳钢含碳量≤0.25％～0.60％高碳钢含碳量0.60％～0.85％优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，其两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数，如40－表示平均碳的质量分数为0.40％的优质碳素结构钢。高级优质钢在数字后面加“A”；特级优质钢在数字后面加“E”按冶金质量分按碳的质量分2）碳素工具钢碳素工具钢一般需热处理后使用，经热处理后具有较高的硬度和耐磨性，主要用于制作低速切削刃具和一般模具。其按质量分优质和高级优质碳素工具钢两种。碳素工具钢的牌号+数字表示钢的平均碳的质量数的千分数。如T8―表示平均碳的质量分数为0.8％的碳素工具钢。若牌号末尾加“A”，则表示为高级优质钢，如T10A。1．钢T数字（2）合金钢为改善碳钢的组织和性能，在碳钢基础上有目的地加入一种或几种合金元素所形成的铁基合金，称为低合金钢或合金钢。通常加入的合金元素有：硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛等。通常低合金钢中加入合金元素和种类较合金少。由于加入合金元素，合金钢的性能较碳钢好，提高了淬透性和综合力学性能。合金钢按用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。1．钢1．钢1）低合金结构钢低合金钢是指在碳素钢的基础上，添加一种或几种少量合金元素，其总量低于5％的钢材。低合金钢因含有合金元素而具有较高的强度。其牌号与碳素结构钢牌号的表示方法相同，常用的低合金钢有Q345、Q390、Q420等。知识点滴：低合金结构钢与碳素结构钢牌号不同点低合金钢的质量等级除与碳素结构钢A、B、C、D四个等级相同外，增加E级，低合金钢的脱氧方法为镇静钢或特殊镇静钢。1．钢2）合金结构钢在碳素结构钢的基础上加入合金元素而得到的钢为合金结构钢。牌号表示依次为两位数字、元素符号和数字。元素符号两位数字数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数表示钢中所含的合金元素。表示该合金元素平均质量分数的百分数（＜1.5％时，可不标注）如：20CrMnTi1．钢合金结构钢根据性能和用途又可分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢和滚动轴承钢等。分类性能钢的牌号应用合金渗碳钢适用于渗碳、淬火和低温回火的热处理方式的合金结构钢。主要的合金元素为Gr20CrMnTi要求表面耐磨、心部需要韧性好的零件合金调质钢在中碳钢的基础上加入一些合金元素，经调质处理后使用的钢。40Cr、40MnB、30CrMnTi、37CrNi3制造在重载荷、受力复杂、综合力学性能的重要零件。如汽车后桥半轴、中间轴、曲轴等合金弹簧钢适合于做弹簧的合金结构钢。要求应具有高弹性极限和疲劳强度及足够的韧性42Si2Mn、60Si2Mn、55CrMnA60CrMnA各种螺旋弹簧和钢板弹簧滚动轴承钢必须具有高而均匀的硬度和耐磨，高的接触疲劳强度、一定的塑性和足够的耐蚀性。GCr15各种轴承3）合金工具钢合金工具钢是在碳素工具钢基础上加入铬、钼、钨、钒等合金元素以提高淬透性、韧性、耐磨性和耐热性的一类钢种。它主要用于制造量具、刃具、耐冲击工具和冷、热模具及一些特殊用途的工具。1．钢合金工具钢的淬硬性、淬透性、耐磨性和韧性均比碳素工具钢高，按用途可分为刃具、模具和量具用钢三类。合金工具钢的牌号表示方法与合金结构钢基本相似，不同的是平均碳的质量分数≥1％时，牌号中不标出碳的质量分数。平均碳的质量分数＜1％时，则以一位数字表示，表示平均碳的质量分数的千分数。如：CrWMn－表示碳的质量分数大于1％，Cr、W、Mn的质量分数小于1.5％的合金工具钢；9Mn2V－表示平均碳的质量分数为0.9％、Mn的质量分数为2％，V质量分数小于1.5％的合金工具钢1．钢4）特殊性能钢特殊性能钢具有特殊物理或化学性能，用来制造除要求具有一定的机械性能外，还要求具有特殊性能的零件。特殊性能钢的牌号表示方法与合金工具钢基本相同，但若钢中碳的质量分数小于0.03％或小于0.08％时，牌号分别以“00”、“0”为首。如：00Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni11Ti2等。特殊性能钢的种类很多，机械制造中主要使用不锈钢、耐热钢、耐磨钢1．钢分类性能钢的牌号应用不锈钢在腐蚀介质中具有耐腐蚀性能的钢。主要的合金元素为Gr和Ni1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9Ti制造化工设备、医疗和食品器械耐热钢在高温下不发生氧化并具有较高强度的钢。常加入较多的Cr、Si、Al和Ni1Cr13Si13、4Cr14Ni14W2Mo、4Cr10Si2Mo制造内燃机气阀、汽车轮机叶片、发动机排气门。耐磨钢在强烈冲击载荷作用下才能发生硬化的高锰钢ZGMn13挖掘机铲斗的斗齿以及防弹钢板特殊性能钢的分类1．钢1．钢（3）钢在汽车上的应用汽车零件材料应用名称性能要求汽车齿轮具有高疲劳强度、接触疲劳强度、足够的冲击韧度一般采用低碳钢进行渗碳处理用作重要齿轮。应用最多的是合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi，并经渗碳、淬火和低温回火处理。汽车轴类零件强度高、冲击韧度和耐磨性好一般用经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造。优质碳素结构钢有：35、40、45、50等，其中45钢最常用。合金钢有：20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、40MnB等用于汽车半轴、变速器轴、凸轮轴、曲轴等

汽车弹簧材料需要高的屈服强度和疲劳强度和一定的耐热性一般选用65Mn、60Si2Mn；钢制造中型或重型汽车板弹簧用用50CrMn、55SiMnVB钢；重型载重汽车板弹簧用55SiMnMoV；气门弹簧一般采用50CrVA

活塞、活塞销耐磨性好、易磨合、韧度好、耐热性好和易加工性活塞销材料一般用20低碳钢或20Cr、18CrMnTi等低碳合金钢。活塞材料一般采用铝合金。连杆较高的强度和抗疲劳性能、足够的钢性和韧性一般选用45钢40Cr或40MnB等调质钢气门较好的耐热性、耐腐蚀性、耐磨性进气门可用40Cr、35CrMo、38CrSi、42Mn2V等合金制造；排气门则选用高铬耐热钢制造，常采用4Cr10Si2Mo、4Cr14Ni14W2Mo。车身、纵梁和挡板车身、纵梁和挡板为汽车零件中的冲压件。汽车冷冲压零件采用的材料有钢板和钢带，主要是钢板，包括热轧钢板和冷轧钢板，如钢板08、20、25和16Mn等。汽车轴承足够的强度和硬度，良好的减摩性、耐摩性、导热性、耐腐蚀性和冲击韧性锡基轴承合金、铅基轴承合金、锡青铜、铅青铜、铝青铜、黄铜和含铬合金钢GCr15、GCr15SiMn2．铸铁碳的质量分数高于2.11％的铁碳合金称为铸铁。根据碳在铸铁中存在形态不同，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及特种性能铸铁。2．铸铁（2）灰口铸铁灰口铸铁的碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。用于制造机床床身、汽缸、箱体、机座等结构件。灰口铸铁的牌号是以“HT”和其后一组数字表示，其后一组数字表示其最小抗拉强度，如：HT200－表示是最小抗拉强度为250MPa的灰铸铁。小知识：HT200适用于承受大载荷的重要零件，如汽车的气缸体、气缸盖、刹车轮等；HT300、HT350适用于承受高载荷，要求耐磨和高气密性的重要零件，如大型发动机的气缸体、气缸盖、气缸套、油缸、泵体、阀体等。2．铸铁（3）可锻铸铁可锻铸铁中的碳以团絮状石墨形式存在。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。可锻铸铁的牌号是以“KT”后面加一个字母及两组数字组成，字母为H（黑心（铁素体））、Z（珠光体）、B（白心）；第一组数字表示最小抗拉强度，第二组数字表示最小伸长率。如：KTH300－06表示最低抗拉强度为300MPa，最小伸长率为6％的黑心可锻铸铁。小知识：可锻铸铁并不可锻造，常用于制造汽车、拖拉机的薄壳零件、低压阀门和各种管接头。2．铸铁（4）球墨铸铁它是通过在浇铸前往铁液中加入一定量的球化剂和墨化剂，以促进呈球状石墨结晶而获得的。球墨铸铁的牌号是以“QT”和其后两组数字组成，后两组数字表示与可锻铸铁相同。如：QT400－18表示最低抗拉强度为300MPa，最小伸长率为6％的球墨铸铁。小知识：QT400－18适用做汽车、拖拉机的轮毂、离合器及减速器的壳体；QT700－2适用于做柴油机和汽油机的曲轴、连杆、凸轮轴等零件2．铸铁（5）特殊性能铸铁特殊性能铸铁是在灰铸铁或球墨铸铁中加入一定量的合金元素，可使铸铁有某些特性的铸铁。根据用途的不同，可分为耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。小知识：在铸铁中加入硅、铝、铬等合金元素，可在铸件表面形成一层致密的、牢固的、均匀的保护膜，使铸件在700～1000℃高温下具有抗氧化性，称为耐热铸铁。如用于汽车发动机排气门座。在铸铁中加入少量的磷、铜、钛、锰、钼等合金元素，可大大提高铸铁的耐磨性，获得耐磨铸铁。如用于汽车、拖拉机中气缸套筒、排气门座圈、活塞环等。2．铸铁（6）铸铁在汽车上的应用类别材料牌号应用举例类别材料牌号应用举例灰铸铁HT100进排气歧管、水泵壳球墨铸铁QT450-10前后轮毂、转向器壳及盘、制动蹄、牵引钩、制动室支架HT150凸轮轴正时齿轮、飞轮壳、进排气歧管、QT600-13曲轴、摇臂、钢板弹簧、后牵引钩支承座等HT200、HT250飞轮壳、气缸体、曲轴带轮、气缸盖、变速器壳体可锻铸铁KTH300-06后桥壳、差速器壳、减速器壳、差速器轴承盖KTZ450-06连杆、曲轴、齿轮三、汽车常用有色金属通常把铁和铁碳合金称为黑色金属，把黑色金属以外的金属及其合金称为有色金属。汽车上常用的有色金属主要有铝、铜及其合金。1．铝及铝合金铝材料按材料化学成分分为纯铝和铝合金，纯铝因其强度低、切削、焊接性能差等特点，在汽车工业上很少应用。铝合金是在铝中加入适量的Si、Cu、Mg、Mn等元素后组成的合金，具有良好的耐蚀性、良好的塑性和加工性能、良好的导热性和导电性；良好的耐低温性能等优点得到广泛应用。铝及铝合金的三、汽车常用有色金属分类合金中主要元素成分牌号应用铝合金变形铝合金非热处理型合金纯铝1×××系如1000合金Al-Mn系合金3×××系如3003合金Al-Si系合金4×××系如4043合金Al-Mg系合金5×××系如5083合金热处理型合金Al-Cu系合金2×××系如2024合金Al-Mg-Si系合金6×××系如6063合金Al-Zn-Mg系合金7×××系如7075合金Al-其它元素8×××系如8089合金铸造铝合金非热处理型合金纯铝ZL×××（后三位数表示铝的纯度）Al-Si系合金“ZL”及三位数字表示。第一位表示铝合金的类别（1：铝－硅系2：铝－铜系3：铝－镁系4：铝－锌系）第二、三位表示合金顺序号如ZL102合金AAl-Mg系合金如ZL103合金，如风扇、离合器壳体、前盖等热处理型合金Al-Cu-Si系合金，

如ZL107合金Al-Cu-Mg-Si系合金

如ZL110合金Al-