汽车机械技术基础 3

汽车机械基础项目4汽车典型零件选材任务4.1汽车典型零件主要性能分析汽车发动机曲轴用于动力输出，带动其他部件运动；汽车齿轮安装在变速器、差速器中，用于将发动机的动力传递给各轴。曲轴和齿轮的使用工况不同，所承受载荷的性质不同，对其制造材料的性能要求也就不同。只有了解汽车常用材料（金属材料）的主要性能，才能在汽车零件的设计和制造过程中正确地选择和使用材料。【任务描述】齿轮曲轴工艺性能金属材料的主要性能力学性能使用性能物理性能化学性能铸造性能锻造性能焊接性能切削加工性能力学性能是指金属材料在力的作用下显示的与弹性和非弹性反应相关或包含应力-应变关系的性能。力学性能指标强度硬度疲劳强度塑性冲击韧性（一）力学性能一、金属材料的使用性能刚度（一）力学性能两个定义：★

载荷:金属材料在加工及使用过程中所受到的外力。★

变形:金属材料受载荷作用而发生的几何形状和尺寸的变化

称为变形。分类:静载荷、冲击载荷、变载荷分类:弹性变形、塑性变形1.刚度刚度是材料弹性变形难易程度的一个象征。刚度越大，金属材料在一定应力作用下，发生的弹性变形越小。刚度是金属材料在载荷作用下抵抗弹性变形能力。

拉伸试验机低碳钢圆形横截面比例试样强度和塑性是根据拉伸试验测定出来的。拉伸试验是金属力学试验中最基本的试验。拉伸试验通常在室温下进行，选用具有代表性的常用材料（低碳钢或铸铁）制成拉伸试验试样，在拉伸试验机上进行。拉伸试验（GB/T228.1—2021）采用低碳钢圆形横截面比例试样。图中，d0称为试样直径，L0称为试样原始标距，Lc称为试样平行长度。A.拉伸试验

试验时，将试样两端夹在拉伸试验机上，然后开动拉伸试验机，在试样上慢慢施加拉力F，直到试样被拉断为止。缩颈现象屈服弹性变形缩颈断裂塑性变形开始B.拉伸应力-应变曲线低碳钢试样的拉伸应力-应变曲线强化（应变硬化)在拉伸过程中，试验机上的绘图仪能自动绘出所加拉力F与试样标距延伸DL之间的关系曲线，称为拉伸图或力-延伸曲线。由于拉伸图与拉伸试样的几何尺寸有关，为消除试样几何尺寸的影响，将纵坐标的拉力F除以试样原始横截面积S0变为应力，将横坐标的延伸L除以试样的原始标距L0变为应变e，得到能反映材料力学性能的拉伸应力-应变曲线。拉伸过程，大致分为6个阶段：①弹性变形阶段（曲线oa段）。oa段试样发生的是弹性变形，变形完全可逆，即卸除拉力，试样将恢复到原始长度，应力与应变成线性关系，即符合胡克定律。②滞弹性变形阶段（曲线ab段）。ab段试样发生的仍是弹性变形，变形仍然可逆，但弹性变形滞后发生，而且是非线性的，应力不与应变成线性关系，此阶段相对很短。④屈服变形阶段（曲线cde段）。cde段试样塑性屈服变形不连续，在试样的表面可以看到滑移线。c点为不连续屈服的开始，从c点到d点为第一条滑移线产生。由于突然发生塑性延伸，其延伸速率超过试验机施加的位移速率，因而使力下降，应力减小。⑤均匀塑性变形阶段（曲线ef段）。进入ef段，随着变形量的不断增加，试样呈现强化，称为“应变硬化”。表现为ef段曲线光滑而单调地上升，但在宏观上试样变形均匀。③屈服前微塑性变形阶段（曲线bc段）。bc段试样开始出现连续的均匀微小塑性变形，此阶段也相对很短。⑥局部塑性变形阶段（曲线fg段）。拉伸达到最高点时，试样最弱横截面中心处附近产生微小裂纹，并很快扩展，导致试样几何软化，使该处横截面的有效承载面积减小，应力亦因此进一步升高，使变形集中于缩颈处。而力很快下降，直至到达g点试样断裂。2.强度（1）屈服强度Re：上屈服强度ReH和下屈服强度ReL

上屈服强度为力首次下降前的最大力值对应的应力，用ReH表示；下屈服强度为不计初始瞬时效应时屈服阶段中最小的应力，用ReL表示。

屈服强度是具有屈服现象材料特有的强度指标。当金属材料在拉伸试验过程中没有明显屈服现为象发生时，应测定“规定塑性延伸强度RP”。强度是材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。式中，FeH为力首次下降前的最大力，N；FeL为不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小力，N；S0为试样的原始横截面积，mm2。拉伸试验中具有屈服现象的金属材料称为塑性材料，而工程上使用的金属材料，大多数没有明显的屈服现象，这类金属材料称为脆性材料。有些脆性材料，不仅没有屈服现象，而且也不产生缩颈。铸铁的拉伸图（2）抗拉强度

工程上所用的金属材料，不仅希望具有较高的屈服强度、抗拉强度值，而且希望具有一定的屈强比（屈服强度/抗拉强度）。屈强比越小，零件的安全可靠性越高。屈强比越大，材料强度的有效利用率越高。

抗拉强度的物理意义是表征材料对最大均匀变形的抗力，表征材料在拉伸条件下所能承受最大力的应力值，是设计和选材的主要依据之一。

抗拉强度是指试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大应力，用Rm表示。式中，Fm为试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力，N；S0为试样的原始横截面积，mm2。3.塑性（1）断后伸长率

塑性是金属材料在载荷作用下，断裂前发生塑性变形（永久变形）而不被破坏的能力。材料断裂前的塑性变形越大，表示它的塑性越好；反之则表示其塑性越差。

断后伸长率是指试样断裂后的断后伸长量和原始标距的百分比，用A表示。通常，把A≥5%的材料称为塑性材料，A＜5%的材料称为脆性材料。式中，L0为试样的原始标距，mm；Lu为试样的断后标距，mm。（2）断面收缩率材料的A或Z值越大，表示材料的塑性越好。塑性直接影响到零件的成形加工及使用。例如，钢的塑性较好，能通过锻造成形；而灰铸铁塑性极差，不能进行锻造。金属材料经塑性变形（屈服）后能得到强化，因此塑性好的零件超载时，仍有强度储备，比较安全。断面收缩率是指试样断裂后其横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号Z表示。式中，S0为试样的原始横截面积，mm2；Su为试样拉断后的最小横截面积，mm2。4.硬度

硬度是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划伤的能力。因此，硬度也可以看作是材料对局部塑性变形的抗力。布氏硬度试验HB

洛氏硬度试验

HR维氏硬度试验

HV压入法

硬度是衡量材料性能的一个综合性能指标。通常材料硬度越高，耐磨性越好，强度也越高。

硬度试验方法：（1）布氏硬度试验对一定直径D的碳化钨合金球施加试验力F压入试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕的直径。布氏硬度与试验力除以压痕表面积的商成正比，用符号HBW表示。式中，d为压痕平均直径，mm；d1、d2为在两相互垂直方向测量的压痕直径，mm；h为压痕深度，mm；D为球形压头直径，mm；F为所加试验力，N。布氏硬度计布氏硬度值标注方法为布氏硬度符号HBW前面注明硬度数值。例如，500HBW表示测得的布氏硬度值为500。优点：测量误差小（因压痕大），数据稳定，重复性强。缺点：压痕面积较大，测量费时，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。应用：常用于测量较软材料、灰铸铁、有色金属、退火正火钢材的硬度。不适于测量成品零件或薄件的硬度。（2）洛氏硬度试验初试验力F0总试验力F主试验力F1F=F0+F1将顶角为120°的金刚石圆锥体压头按照两级试验力压入试样表面，初试验力F0加载后，测量初始压痕深度。随后施加主试验力F1，增加至总试验力F。经规定保持时间后，卸除主试验力F1，保持初试验力F0时，测量最终压痕深度。X—时间Y—压头位置1—初试验力下的压入深度2—主试验力引起的压入深度3—卸除主试验力后的弹性回复深度4—残余压痕深度5—试样表面6—测量基准面7—压头位置8—压头深度相对时间的曲线洛氏硬度计洛氏硬度根据最终压痕深度和初始压痕深度的差值h及常数N和S通过下式计算得出，用符号HR表示。式中，N为给定标尺的全量程常数；S为给定标尺的标尺常数，mm；h为残余压痕深度，mm。洛氏硬度值标注方法为硬度符号HR前面注明硬度数值。例如，52HRC表示洛氏硬度值为52。测量操作简单，方便快捷，压痕小；测量范围大，能测较薄工件。测量精度较低，可比性差，不同标尺的硬度值不能比较。例如：

50HRC<70HRA×50HRD>40HRC×优点：缺点：应用：可用于成品检验和薄件表面硬度检验。不适于测量组织不均匀材料。（3）维氏硬度试验维氏硬度的试验原理与布氏硬度的试验原理基本相同。将顶部两相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石用一定的试验力F（≥49.3N）压入试样表面，保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角线长度。维氏硬度与试验力除以压痕表面积的商成正比，用符号HV表示。压痕被视为具有正方形基面并与压头角度相同的理想形状。式中，F为所加试验力，N；d为两压痕对角线长度d1和d2的算数平均值，mm。维氏硬度计

特点：维氏硬度试验所测得的压痕轮廓清晰，数值较准确，测量范围广，采用较小的压力即可测量硬度高的薄件（如硬质合金、渗碳层、渗氮层），而不至于将被测件压穿。维氏硬度值标注方法为维氏硬度符号HV前面注明硬度数值。例如，640HV表示测得的维氏硬度值为640。5.冲击韧性

冲击韧性（简称韧性）是材料在冲击载荷的作用下，断裂前吸收变形能量的能力。

夏比冲击试验是一种常用的评定金属材料韧性指标的动态试验方法。将规定几何形状的缺口（V型或U型）试样置于试验机两支座之间，缺口背向打击面放置，用摆锤一次打击试样，测定试样的吸收能量K。由于大多数材料冲击值随温度变化，因此试验应在规定温度下进行。当不在室温下试验时，试样必须在规定条件下加热或冷却，以保持规定的温度。冲击试验原理示意图冲击吸收能量K的大小直接由试验机的刻度盘上读出。V型缺口试样和U型缺口试样的冲击能量分别用KV和KU表示。用KV和KU（J）除以试样缺口处的截面积S（cm2），即得到冲击韧度，用aK表示，其单位为J/cm2。与K相比，aK没有明确的物理意义，只是一种数学表达方法。所以，现在多用冲击吸收能量K作为材料韧性的判据。一般把冲击吸收能量低的材料称为脆性材料，冲击吸收能量高的材料称为韧性材料。冲击吸收能量或冲击韧度值越大，承受的冲击载荷也越大。Titanic钢板强度高，韧性很差，特别是在低温呈脆性，冲击试样是典型的脆性断口，近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。

Titanic钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果Titanic沉没原因：

疲劳强度是衡量金属疲劳的指标。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，称为疲劳强度（或疲劳极限）。6.疲劳强度

金属材料在交变应力或应变作用下产生裂纹或失效，材料性能的变化过程称为疲劳。

金属材料在疲劳现象下，在一处或几处产生裂纹或突然发生完全断裂的过程，称为疲劳断裂（或疲劳破坏）。

一般试验（GB/T4337—2015）规定，钢在经受107次、有色金属或某些高强度钢经受108次交变载荷的作用下不产生断裂时的最大应力称为疲劳强度。当施加的交变应力是对称循环应力时，所得的疲劳强度用σ-1表示。

彗星（Comet）客机是英国的德·哈维兰公司（deHavilland）研制的历史上第一种喷气式民航客机。DeHavillandComet坠毁原因：彗星1型客机

长时间飞行以及频繁起降使机体反复承受增压和减压，而引发金属疲劳是发生“彗星”1型客机解体坠毁事故的原因。1953年-1954年期间，接连发生了3次坠毁事故。

Comet空难夺去了68人的生命。增压座舱方形舷窗（二）物理性能

1.密度金属材料单位体积内的质量称为密度。在体积相同的情况下，金属材料的密度越大，其质量也越大。

2.熔点金属材料从固态向液态转变时的温度称为熔点。熔点高的金属称为难熔金属，可用来制造耐高温零件；熔点低的金属称为易熔金属，可用来制造熔断丝和防火安全阀等零件。

3.导热性金属材料传导热量的性能称为导热性。金属的导热性以银为最好，铜、铝次之。导热性好的金属散热也好，因此在制造散热器、热交换器与活塞等零件时，要选用导热性好的金属材料。

4.导电性金属材料传导电流的性能称为导电性。金属的导电性以银为最好，铜、铝次之。导电性好的金属，如纯铜、纯铝适于做导电材料；导电性差的金属，如铁铬铝合金适于做电热元件。

5.热膨胀性金属材料随温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。在实际工作中要考虑热膨胀性的场合很多，例如，轴与轴瓦之间要根据热膨胀性来控制其间隙尺寸；测量工件的尺寸时，要注意热膨胀性的影响，以减小测量误差。金属材料的物理性能是指金属固有的属性。（三）化学性能

化学性能是指金属材料在常温或高温条件下抵抗外界介质对其化学侵蚀的能力。

1.耐腐蚀性金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏作用的能力称为耐腐蚀性。腐蚀对金属材料的危害很大，它不仅使金属材料本身受到损伤，严重时还会使金属零部件遭到破坏，引起重大的伤亡事故。因此，提高金属材料的耐腐蚀性，对于节约金属、延长金属材料的使用寿命，具有现实的经济意义。

2.抗氧化性金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力称为抗氧化性。金属材料的氧化随温度的升高而加速。例如，钢材在铸造、锻造、热处理、焊接等热加工过程中，氧化比较严重，这不仅造成材料过量的损耗，也可形成各种缺陷。因此，在加热时，常在工件的周围提供一种还原或保护气体，以避免金属材料的氧化。

3.化学稳定性化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。在高温条件下工作的零部件，需要选择热稳定性好的材料来制造。二、金属材料的工艺性能工艺性能是指金属材料在被制造成机械零件或工具的过程中，适应各种冷加工和热加工的性能。工艺性能往往是由物理性能、化学性能和力学性能综合作用所决定的，不能简单用一个物理参数来表示。零件的制造过程：1.铸造性能2.锻造性能3.焊接性能4.切削加工性能3.焊接性能铸造性能是指金属材料在铸造成形时获得优良铸件的难易程度。焊接性能是指金属材料获得优质焊接接头的难易程度。切削加工性能是指金属材料被切削加工的难易程度。锻造性能是指金属材料在经受压力加工时获得合格零件的难易程度。1.铸造性能2.锻造性能4.切削加工性能【任务实施】序号典型零件使用工况与结果分析主要性能分析1

发动机曲轴①曲轴在工作中是否受到弯曲、扭转、剪切、冲击等交变应力的作用，容易出现疲劳断裂现象？

是

否②曲轴的形状是否极不规则，其上的应力分布是否极不均匀？

是

否③曲轴轴颈与轴承之间是否会发生滑动摩擦，轴颈是否会严重磨损？

是

否①具有高的

、一定的

，以抵抗冲击载荷。②具有足够的

和扭转疲劳强度，以抵抗弯曲和扭转载荷。③具有足够的

，以抵抗曲轴磨损变形。④轴颈表面具有高的

和

。

序号典型零件使用工况与结果分析主要性能分析2

齿轮①汽车齿轮齿面是否存在磨损、点蚀、胶合及塑性变形等现象？

是

否②汽车齿轮的齿根是否受到很大的交变弯曲应力，是否存在冲击载荷，是否会发生齿根折断现象？

是

否③换挡、启动或啮合不均时，齿轮受一定的冲击载荷，齿面相互滚动或滑动接触，是否会产生很大的接触应力及摩擦力？

是

否齿轮材料性能要满足“齿面要硬，齿心要韧”基本要求。①齿面有足够的

，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等。②齿心有足够的

和较好的

，以抵抗齿根折断和冲击载荷。③齿轮有良好的

性能，使之便于加工且提高其力学性能。【任务实施】序号典型零件使用工况与结果分析主要性能分析3

发动机活塞①活塞是否在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作？

是

否②活塞顶部承受气体压力很大，这是否使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用？

是

否③活塞在气缸内以很高的变速度往复运动，这是否产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷，且会产生变形并加速磨损？

是

否④活塞是否受到燃气化学腐蚀作用？

是

否①

要有足够的

，以抵抗不同载荷。②

要有足够的

，以抵抗变形、磨损。③

好，耐高压、耐

，以适应恶劣的工作条件。④

轻，尽可能减小往复惯性力。⑤

好，以抵抗燃气的化学腐蚀。【任务实施】李亚杰汽车机械基础项目4汽车典型零件选材任务4.2汽车典型零件选材依据分析铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺方案的依据。了解与掌握铁碳合金相图，对铁碳合金材料的研究和选用具有重要的指导意义。【任务描述

】wC/%一、金属的晶体结构与同素异晶转变（1）晶体和非晶体

晶体：原子在空间呈有序排列的固态物质。具有规则的外形；具有一定的熔点；具有各向异性。没有规则的外形；没有固定的熔点；具有各向同性。

非晶体：原子或分子无规则的堆积在一起的固态物质。固态物质根据其原子排列特征，可分为晶体和非晶体两类。1.金属的晶体结构

晶体结构：指在晶体内部，原子、离子或原子集团规则排列的方式。晶格：抽象的用于描述原子在晶体中排列方式的空间几何格架。晶胞：组成晶格的能反映其特征和规律的最基本几何单元。（2）晶格和晶胞晶格

原子排列晶胞（3）3种典型的金属晶体结构α-铁（912℃以下的钝铁）、铬、钼、钨、钒体心立方晶格示意图

原子排列晶格晶胞①体心立方晶格γ-铁（1394－912℃的钝铁）、铜、铝、镍等

原子排列晶格晶胞面心立方晶格示意图②面心立方晶格铍、镁、锌、镉等原子排列晶格晶胞密排六方晶格示意图③密排六方晶格（4）实际金属的晶体结构由许多晶粒组成的晶体称为多晶体，实际金属就是多晶体。实际金属晶体结构晶体缺陷：①点缺陷：不规则区域在空间三个方向上的尺寸都很小，主要是空位、间隙原子、置换原子。实际晶体中，排列不规则的区域称为晶体缺陷。

在实际晶体结构中，晶格的某些结点上没有原子，则称这结点为空位。位于晶格空隙之间的原子称为间隙原子。②线缺陷：不规则区域在一个方向的尺寸很大，在另外两个方向的尺寸都很小，主要是位错，即晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。③面缺陷：一维尺度很小，而二维尺度较大的原子错排区域，主要是晶界和亚晶界。2.金属的结晶（1）结晶的基本概念

结晶：物质由液态变为固态的过程称为凝固，凝固后的固态物质可以为晶态，也可以为非晶态。如果通过凝固形成晶体，称为结晶。

金属材料的凝固是典型的结晶过程，而玻璃的凝固过程是非晶体凝固过程。金属的结晶：是指液态金属凝固成固态金属晶体的过程。纯液态金属的冷却曲线（理想状态）纯液态金属的冷却曲线（实际状态）时间/s0T0：理论结晶温度T1：实际结晶温度ΔT=T0-T1（过冷度）T0温度/ºCT1时间/sa：结晶开始点b：结晶终了点温度/ºCT0ab0

结晶平台：由结晶潜热导致，即金属液固转变所释放的潜热与系统散热量相等的结果。（2）金属的结晶过程从宏观角度看结晶规律：①结晶是在一定的过冷度下完成的，即存在过冷现象。②结晶过程是在恒温下完成的。包括形核和长大两个基本过程。①形核方式：自发形核与非自发形核②长大方式：平面方式与树枝状方式从微观角度看结晶规律：*自发形核从液态内部由金属本身原子自发长出结晶核心的过程叫做自发形核，形成的结晶核心叫做自发晶核。*非自发形核

依附于杂质而生成晶核的过程叫做非自发形核，形成的结晶核心叫做非自发晶核。①晶核的形成均匀长大②晶核的长大树枝状方式平面方式结论：金属的结晶过程→形核与长大过程。金属液形成晶核晶核长大形成晶体3.金属的同素异晶转变体心立方晶格

体心立方晶格

面心立方晶格

物理性质：纯铁在1538℃熔化，纯铁液体结晶为固体后，在冷却至室温过程中，经历两次同素异晶转变。

同素异晶：元素相同，结构不同。

二次结晶

▲合金：由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的物质。▲组元：组成合金的基本物质。

▲相：指金属或合金中具有相同成分、相同结构并以界面相互分开的各个均匀的组成部分。

▲组织：指用肉眼或借助于放大镜、显微镜观察到的材料内部的形态结构。

如:黄铜：Cu-Zn，铝合金：Al-Si。1.合金的组元二、合金的晶体结构2.相和组织

根据构成合金各组元之间相互作用的不同，固态合金的相可分为固溶体、金属化合物和机械混合物3类。①固溶体3.合金的组织固溶体强度、硬度较低，塑性、韧性较好。

②金属化合物③机械混合物

金属化合物是合金组元之间相互发生作用而形成具有金属特性的一种新相。

金属化合物晶体结构复杂，熔点高，硬而脆。

机械混合物的性能介于固溶体和金属化合物之间，即强度、硬度较高，塑性、韧性较好。

三、铁碳合金的基本组织1.铁素体：碳溶解在α-Fe中的间隙固溶体（F），它仍保持α-Fe的体心立方晶格结构。由于α-Fe晶粒间隙小，碳在α-Fe中溶解度极小，室温时仅为0.0008%，727℃最大为0.0218%，所以是几乎不含碳的纯铁。塑性和冲击韧性较好，而强度、硬度较低。铁素体原子排列

因晶格间隙较大，碳在γ-Fe中的解度要比在α-Fe中大，在727℃时为0.77%，在1148℃时溶解度最大，可达2.11%。

奥氏体的强度、硬度较低，但具有良好的塑性，是绝大多数钢高温进行压力加工的理想组织。2.奥氏体：碳溶解在γ-Fe中的间隙固溶体（A），它扔保持γ-Fe的面心立方晶格结构。奥氏体原子排列3.渗碳体：铁与碳形成的金属化合物（Fe3C）。含碳量为6.69%，硬度很高（大于800HBW），脆性大，塑性和冲击韧度几乎为零。4.珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（P）。力学性能介于铁素体和渗碳体之间，综合性能良好。即强度较好，硬度适中，并具有一定的塑性。

铁素体、奥氏体、渗碳体属于单相组织，珠光体、莱氏体属于两相混合组织。5.莱氏体：奥氏体和渗碳体组成的机械混合物（Ld）。莱氏体中由于大量渗碳体存在，其性能与渗碳体相似，即硬度高，塑性差。铁碳合金中的基本相：

在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。

但奥氏体一般仅存在于高温下，所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相，就是铁素体和渗碳体。

由于铁素体中的碳含量非常少，所以可以认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中。四、铁碳合金相图Fe3CFe2CFeC温度FeC(6.69%C)Fe–C二元相图1148℃1.共晶反应

一定成分的液相在一定的温度下，同时结晶出两种成分和结构均不相同的固相的反应。L4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c共晶反应的产物即莱氏体。

Ld

=A2.11%c+Fe3C6.69%c三种反应

一定成分的固相在一定的温度下，同时析出两种成分和结构均不相同的新的固相的反应。A0.77%c

727℃F0.0218%c+Fe3C6.69%c共析反应的产物即珠光体。

P=F0.0218%c+Fe3C6.69%c2.共析反应三种反应3.包晶反应L0.53%c+δ0.09%c

1495℃A0.17%c

包晶反应是一个液相与一个固相相互作用，生成一个新的固相的过程。三种反应PSK共析线-A1线ECF共晶线ACD线—液相线AECF线—固相线GS线-A3线ES线-Acm线纯铁的熔点1538℃共晶点1148℃渗碳体熔点1227℃共析点727℃同素异晶转变点912℃碳在奥氏体中的最大溶解度点1148℃

特性点的符号

温度

t/℃

碳含量

wc%

含义ABCDEGPS

1538149511481227114891272772700.534.36.692.1100.02180.77纯铁熔点包晶反应液态合金的浓度共晶点

渗碳体的熔点（计算值）碳在γ-Fe中的最大溶解度点α-Fe

γ-Fe同素异晶转变点碳在α-Fe中的最大溶解度点共析点1.铁碳合金相图中的特性点单相区--5个:

液相区（L）--ABCD以上区域；固溶体区（δ）--AHNA；奥氏体区（A）--NJESGN；铁素体区（F）--GPQ；渗碳体区（Fe3C）--DFKL线段区域。两相区--7个:7个两相区分别存在于两个相应的单相区之间。

L+δ--AHJBA；A+δ--HNJH；

L+A--BJECB；L+Fe3C--DCFD；

A+F--GPSG；A+Fe3C--ESKFCE；

F+Fe3C--PQLKSP。三相区--3个:（三个恒温转变：包晶、共晶、共析）包晶线--（发生在1495℃）水平线HJB（L+δ+A）；共晶线--（发生在1148℃）水平线ECF（L+A+Fe3C）；共析线--（发生在727℃）水平线PSK（F+A+Fe3C）。2.铁碳合金相图中的特性线五、铁碳合金的分类根据铁碳合金相图，将铁碳合金分为3类：1.工业纯铁：wc

＜0.0218%；

2.钢：（0.0218~2.11%）亚共析钢（0.0218~0.77%）

共析钢（0.77%）

过共析钢（0.77~2.11%）

3.白口铸铁：（2.11~6.69%）亚共晶白口铸铁（2.11~4.30%）

共晶白口铸铁（4.30%）

过共晶白口铸铁（4.30~6.69%）

低碳钢（0.0218~0.25%）中碳钢（0.25~0.6%）高碳钢（0.6~1.5%）工程实践中钢的分类：亚共析钢过共析钢

过共晶白口铸铁

亚共晶白口铸铁工业纯铁共析钢共晶白口铸铁【任务实施】序号汽车典型零件零件使用工况和性能要求选材分析1

发动机曲轴曲轴与连杆、轴承连接，形状与受力复杂、应力集中严重，工作中承受冲击载荷作用。曲轴各轴颈在很高的比压下，以很大的相对速度在轴承中发生滑动摩擦。因此，曲轴材料要具有高的强度、一定的韧性、足够的疲劳强度和足够的刚度，并具有高的硬度和好的耐磨性。由Fe-Fe3C相图可知，曲轴可选用

材料，因为：

2

发动机活塞销活塞销在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作，承受着交变载荷作用。因此，活塞销材料应有足够的刚度和强度，足够的承受面积和耐磨性，还要表硬里韧、表面耐磨，同时具有较高的疲劳强度和韧性。由Fe-Fe3C相图可知，活塞销可选用

材料，因为：

3发动机气缸体气缸体形状复杂，在工作中承受扭转、弯曲，以及螺栓预紧力等载荷作用。因此，气缸体必须有足够的强度，尤其要具有足够的刚度，以减小变形，保证尺寸的稳定性。另外，气缸体还要具有良好的铸造性能和切削加工性能。由Fe-Fe3C相图可知，气缸体可选用

材料，因为：

4发动机气缸盖气缸盖承受着高温、高压、机械载荷和热载荷的作用。由于温度高、形状复杂、受热不均匀，气缸盖上热应力很大，严重时可能造成气缸盖变形，甚至出现裂纹。因此，气缸盖应选用导热性好、高温下机械强度高、能承受反复热应力、铸造性能好的材料。由Fe-Fe3C相图可知，气缸盖可选用

材料，因为：

李亚杰汽车机械基础项目4汽车典型零件选材任务4.3汽车典型零件热处理工艺方案设计汽车发动机曲轴轴颈处要求有高的硬度和耐磨性；汽车齿轮要求齿面具有足够的硬度，同时齿心具有较好的韧性。因为热处理是在制造汽车零件过程中的重要工序，对发挥金属材料的潜力、改善零件的使用性能、提高产品的质量、延长产品的使用寿命等具有极其重要的意义。【任务描述】齿轮曲轴热处理是将钢铁材料在固态下以适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程，可用下图所示的工艺曲线表示。热处理工艺曲线

实质：在加热、保温和冷却过程中，钢的组织结构发生变化，从而改变其性能。

适用范围：只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。

作用：充分发挥材料的性能潜力，提高零件质量，延长零件寿命。目的：改善钢（工件）的力学性能或工艺性能。理论依据：

铁碳合金相图

热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是:

只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。热处理的特点：轧制铸造一、钢的热处理的组织改变原理1.钢在加热时的转变（1）钢的相变点平衡相变点：加热相变点：冷却相变点：A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm加热工序目的：得到奥氏体（A）。FFe3CA未溶Fe3C残余Fe3CAA共析钢中奥氏体形成过程示意图①

奥氏体晶核的形成②

奥氏体晶核的长大③

剩余渗碳体的溶解④

奥氏体均匀化奥氏体形成过程4个阶段：（2）奥氏体的形成

任何成分的钢加热到Ac1点以上时，都要发生珠光体向奥氏体的转变，并使其成分均匀化，即进行奥氏体化。转变过程遵从结晶的普遍规律。

使零件内外温度均匀和转变完全，而且还可以获得成分均匀的奥氏体，以便钢冷却后获得良好的组织和性能。

冷却方式随炉缓冷空冷油冷水冷冷却速度10℃/min10℃/s150℃/s600℃/s所得硬度12HRC26HRC41HRC63HRC冷却方式与冷却速度2.保温阶段的目的3.钢在冷却时的转变

珠光体

索氏体

（1）珠光体（P）：形成温度为

A1～650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，硬度值小于20HRC。

（2）索氏体（S）：形成温度为650～600℃，片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，硬度值为22～35HRC。共析钢冷却转变后所获得组织的形成温度和硬度：

（3）托氏体（T）：形成温度为600～550℃，片层极薄，电镜下可辨，硬度值为35～42HRC。托氏体

珠光体、索氏体、托氏体三种组织无本质区别，只是形态上有粗细之分，因此其界限也是相对的。上贝氏体下贝氏体（4）贝氏体（B）：

上贝氏体（B上）：形成温度为550～350℃，在光镜下呈羽毛状，硬度值为40～45HRC。下贝氏体（B下）：形成温度为350～230℃，在光镜下呈竹叶状，硬度值为45～55HRC。（500×）（500×）板条状--低碳马氏体（wc%＜0.2%），在光镜下呈细板条状；针片状--高碳马氏体（wc%

＞1%），在光镜下呈竹叶状。板条状马氏体针片状马氏体（5）马氏体（M）：形成温度在230℃以下，硬度值为55～65HRC。（1000×）（1500×）热处理普通热处理表面热处理退火、正火淬火、回火表面淬火化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火钢的渗碳钢的渗氮二、钢的热处理

根据热处理的作用不同，热处理一般可分为预备热处理和最终热处理。

只有当工件性能要求不高时，才作为最终热处理。一般零件生产的工艺路线：退火是将钢件加热至适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般是随炉冷却）的一种热处理工艺。（一）普通热处理1.退火加热温度Ac3+30～50℃消除残余内应力500℃～650℃去应力退火消除加工硬化①使Fe3C球化，降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能；②为淬火作组织准备。Ac1+20～30℃球化退火不完全退火亚共析钢①细化晶粒，均匀化组织；②降低硬度，便于切削加工；③消除内应力。适用钢种退火目的退火工艺再结晶退火完全退火过共析钢合金工具钢所有碳钢650℃～700℃所有碳钢2.正火正火是将钢件加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上30～50℃，保温后从炉内取出，在空气中冷却的一种热处理工艺。正火目的：

①对于低、中碳钢（wc≤0.6%），目的与退火的相同。

②对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。

③对于普通件，作为最终热处理。正火与退火的区别：①二者冷却方式不同。②正火的冷却速度较退火快，得到的珠光体组织的片层间距较小，珠光体更为细薄，目的是使钢的组织正常化，所以亦称常化处理。③正火和完全退火相比，能获得更高的强度和硬度。④正火生产周期较短，设备利用率较高，节约能源，成本较低，因此应用广泛。3.淬火淬火是将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温一定时间后，在水、盐水或油等介质中快速冷却，从而获得马氏体或贝氏体组织的一种热处理工艺。淬火目的：

①提高钢的强度、硬度，使钢强化；

②与不同回火处理相配合，获得所需要的力学性能。淬透性和淬硬性：

淬透性：是指钢在淬火时奥氏体转变为马氏体的难易程度。淬硬性：是指钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。4.回火回火是把淬火后的钢件重新加热到Ac1线以下，保温一定时间，再以适当的冷却速度冷却到室温的一种热处理工艺。回火目的：

①减少或消除淬火内应力，防止变形或开裂。

②获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。淬火+高温回火=调质处理回火分类：名称温度组织用途材料硬度低温回火150～250℃回火马氏体耐磨件58～64HRC中温回火350～500℃回火托氏体弹簧件35～45HRC高温回火500～650℃回火索氏体调质件25～35HRC

调质处理，简称“调质”，广泛用于连杆、轴、齿轮等要求具有较好综合力学性能的零件。柴油机连杆1.表面淬火（1）感应加热表面淬火基本原理：

感应圈通入交流电→形成涡流（集肤效应）→表层得A→水冷得M。电流频率越高，集肤效应越强烈，加热层越薄。用钢：中碳钢、中碳合金钢、40、45、40Cr。（二）表面热处理（2）火焰加热表面淬火a.设备简单，操作方便，成本低。b.淬火质量不稳定。c.适于单件、小批量及大型零件的生产。2.化学热处理渗入各种元素过程是3个基本阶段：①

分解:化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。②

吸收:活性原子被零件表面吸收和溶解。③

扩散:活性原子由零件表面向内部扩散,形成一定厚度的扩散层。（1）钢的渗碳

目的：使低碳工件的表面层增碳，改善表层的热处理性能。

渗碳用钢：低碳钢或低碳合金钢。淬火工艺方法：①直接淬火法；②一次淬火法；③两次淬火法。

工件渗碳后，必须进行淬火和低温回火。加热温度：900～950℃。渗氮用钢：中碳合金钢。

目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐腐蚀性。（2）钢的渗氮气体渗氮的特点：①表面硬度较高，可达69～72HRC。②工件变形很小，渗氮后工件的疲劳强度可提高15％～35％。③渗氮层具有高耐腐蚀性。加热温度：500～600℃。【任务实施】序号零件名称热处理工艺方案方案设计原因1

汽车发动机曲轴

方案一普通热处理热处理工艺方案：

方案二表面热处理热处理工艺方案：

2

汽车齿轮

方案一普通热处理热处理工艺方案：

方案二表面热处理热处理工艺方案：

李亚杰汽车机械基础项目4汽车典型零件选材任务4.4汽车典型零件选材与选材原因分析在汽车零件产品的设计与制造过程中，合理地选择和使用材料是一项十分重要的工作。在材料选取过程中，不仅要考虑材料的使用性能是否能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，还要求材料具有较好的工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率、降低成本、减少消耗等。【任务描述】发动机的组成1—齿轮

2—气缸体

3—气缸盖4—进气门

5—排气门

6—活塞7—活塞销

8—连杆

9—曲轴金属材料黑色金属材料：有色金属材料：

铁、铬和锰及这三种金属的合金，尤其是铁碳合金，称为黑色金属。

除铁、铬和锰（合金）以外的金属（合金），称为有色金属。（一）黑色金属材料1.钢（1）碳素钢中的常存杂质元素及对碳素钢性能的影响

在碳钢中的常存元素一般指：Si、Mn--冶炼时作为脱氧剂加入而残留在钢中的，对性能无不利影响；S、P--冶炼时从原料或大气中带入钢中，难以彻底清除而存在的有害元素。

钢是以铁为主要元素，碳含量小于或等于

2.11%，并含有其他元素的铁碳合金。其中非合金钢（碳素钢）价格低廉，工艺性能好，是机械工业中用量最大的金属材料。一、金属材料常存元素对碳素钢性能的影响：①硫：常以FeS形式存在。S易与Fe形成FeS，而

FeS与Fe又能形成低熔点的共晶体（985℃），分布在A的晶界上，在热加工（1150～1200℃）过程中造成沿晶界开裂－－热脆。但适量的S可改善钢的切削性能。钢中的硫应控制在0.045%以下。S+Fe→FeS有害元素：

②磷：P可溶入铁素体，提高钢的强度和硬度，但显著降低了塑性和韧性，特别是低温下会使钢脆化－－冷脆。炮弹钢中加入较多的

P，可使炮弹爆炸时产生更多的弹片，使之有更大的杀伤力。

比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆于1938年冬发生断裂坠入河中。

③硅：Si是脱氧剂，是对钢有利的杂质元素，Si提高强度，强化铁素体。有益元素：④锰：Mn是脱氧剂，Mn可优先与S反应生成MnS，起到脱氧去硫的作用，从而可降低钢的热脆性。FeS+Mn→Fe+MnSMnS熔点高（1600℃）。

（2）钢的分类③按冶炼方法：转炉钢、平炉钢、电炉钢①

按用途：结构钢、工具钢、特殊钢②按钢的质量（P、S含量）：普通碳素钢：wP

0.045％wS0.055％优质碳素钢：wP

0.040％wS0.040％高级优质碳素钢：wP0.035％wS

0.030％④按钢的碳含量：低碳钢：0.0218％

<wC

0.25％ 中碳钢：0.25％<wC

0.6％ 高碳钢：0.6％<

wC1.5％⑤按合金元素的总质量分数：低合金钢、高合金钢分类：●

工程用钢a.碳素结构钢b.低合金高强度结构钢●

机器用钢a.优质碳素结构钢b.合金结构钢

（a）渗碳钢（b）调质钢

（c）弹簧钢（d）滚动轴承钢①

结构钢结构钢、工具钢和特殊钢的性能、用途和牌号知识：用于制造各种工程结构和各种机器零件的钢称为结构钢。

钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一种共同语言。钢的牌号：Q+屈服强度值+质量等级+脱氧方式表示符号Q

235

A

F

┬┬┬┬

││

│└脱氧方式：F、b、Z、TZ││

└质量等级：A、B、C、D、E、F（表示P，S含量不同）

│└屈服强度值（MPa）└屈服强度“屈”字的拼音首位字母牌号举例：Q195、Q215、Q235A、Q275D质量等级：A、B、C、D、E、F等级符号。其中A级钢硫、磷质量分数最高，F级钢硫、磷质量分数最低，即

A、B、C、D、E、F表示钢材质量依次提高。

脱氧方式：F、b、Z、TZ（特殊镇静钢）；其中Z、TZ在牌号中可以省略。●

工程用钢a.碳素结构钢

用途：通常轧制成型材，如钢板、钢管，用于桥梁、建筑、车辆行业；这类钢一般在热轧状态使用，不再进行热处理。螺纹钢热轧钢板钢的牌号：Q+屈服强度值+质量等级+脱氧方式表示符号

Q

355D

┬┬┬

││└质量等级：A、B、C、D、E、F

│└屈服强度值（MPa）

└屈服强度“屈”字的拼音首位字母

牌号举例：Q355、Q390、Q420、Q460注：低合金高强度结构钢是在低碳碳素钢的基础上加入少量合金元素（<3％）得到的钢，这类钢比相同含碳量碳素钢的强度约高10%～30%，因此得名，又常被称为“普低钢”。

锰是低合金高强度结构钢的主加元素。b.低合金高强度结构钢

用途：主要用于制造汽车、桥梁、大型结构钢等。这类钢通常是在热轧或正火状态下使用，一般不再进行热处理。英国福斯湾河桥芜湖长江大桥储气罐轮船钢的牌号：由两位阿拉伯数字、锰元素符号Mn（较高锰含量时）、钢材冶金质量、脱氧方式表示符号等部分按顺序组成。

50Mn（Z）E

┬┬┬

┬

│││

└质量等级：A（高级优质钢）、E（特级优质钢）

││└脱氧方法：同碳素结构钢

│└锰元素：含Mn较高（0.70%～1.00%）时标出

└碳含量：以万分之几计牌号举例：08、10、15、20、35、45、50、65、70、85、15Mn、25Mn、35Mn、45Mn、50Mn、60Mn、70Mn例子：45钢表示平均含碳量为0.45％的优质碳素结构钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。a.优质碳素结构钢●

机器用钢用途：主要用来制造各种机器零件，使用前一般都需要进行热处理。

齿轮钢的牌号：

碳素渗碳钢的牌号表示方法与优质碳素结构钢相同。牌号举例：10、15、20、25。

合金渗碳钢（合金结构钢）的牌号由两位阿拉伯数字、合金元素含量、钢材冶金质量等部分按顺序组成。

以两位阿拉伯数字表示平均碳含量（以万分之几计）；合金元素含量，以化学元素符号及阿拉伯数字表示。数字表示合金元素平均含量（以百分之几计）；钢材冶金质量以A、E表示，A（高级优质钢）、E（特级优质钢），优质钢不用字母表示。渗碳钢通常是指经渗碳处理、淬火+低温回火后的钢。（a）渗碳钢渗碳钢按化学成分，可分为碳素渗碳钢和合金渗碳钢。b.合金结构钢

牌号25Cr2MoVA表示平均碳含量为0.25%、铬平均含量为2.00%、钼、钒平均含量小于1.50%的高级优质合金渗碳钢。

牌号举例：20Cr、20MnV、20CrV、20CrMn、20CrMnTi、20CrNi4成分特点：低碳，碳的质量分数一般为0.10%～0.25%。经渗碳处理后的性能特点是工件表层强度高、心部具有良好的塑性和韧性。用途：主要用于制造承受冲击载荷和摩擦磨损的机械零件，如汽车变速器齿轮、内燃机凸轮轴、活塞销等。（a）渗碳钢汽车变速器齿轮传动齿轮凸轮轴活塞销（20Cr）

钢的牌号：碳素调质钢的牌号表示方法与优质碳素结构钢相同。牌号举例：30、35、40、45、50。合金调质钢的牌号表示方法与合金结构钢相同。牌号举例：40Cr、40MnB、42CrMo、30CrMnSi、40CrNiMo、40CrMnMo。

调质钢是指经调质处理后的钢。（b）调质钢

成分特点：中碳，碳的质量分数一般为0.30%～0.5%。经调质处理后的性能特点是零件具有高强度、高韧性相结合的良好综合力学性能。用途：主要用于制造在重载荷下，同时又受冲击载荷作用的一些重要零件，如汽车上的轴类件、连杆等。机床齿轮单缸汽车曲轴连杆调质件（螺杆）曲轴

钢的牌号：碳素弹簧钢的牌号表示方法与优质碳素结构钢相同。牌号举例：65、70、80、85、65Mn、70Mn。合金弹簧钢的牌号表示方法与合金结构钢相同。牌号举例：55SiMnVB、55CrMn、55SiC、55SiCrV、56Si2MnCr、60Si2Mn、60CrMn、60CrMnB、60CrMnMo、60Si2Cr、60Si2CrV、60Si2MnCrV。成分特点：中高碳，碳的质量分数一般为0.50%～0.90%。热处理：淬火+中温回火，获得回火托氏体组织。弹簧钢具有高的弹性极限和屈强比，还应具有足够的疲劳强度和韧性。用途：主要用于制造弹簧等弹性元件。弹簧钢是一种专用结构钢。（c）弹簧钢拉力弹簧离合器弹簧蝶形弹簧汽车板簧汽车弹簧

钢的牌号：滚动轴承钢的牌号由表示符号“G”、合金元素铬符号“Cr”及其含量（以千分之几计）、其他合金元素含量等部分按顺序组成。其他合金元素含量，以化学元素符号及阿拉伯数字表示。数字表示合金元素平均含量（以百分之几计）。牌号举例：GCr15、GCr15SiMn。成分特点：高碳，碳的质量分数一般为0.95%～1.15%。热处理：淬火+低温回火，极细的回火马氏体。用途：主要用于制造滚动轴承的内、外套圈以及滚动体。（d）滚动轴承钢滚动轴承钢是一种专用结构钢。推力球轴承滚针轴承圆柱滚子轴承自动调心球轴承滚珠轴承②

工具钢●碳素工具钢工具钢是指用于制造各种工具的钢。

钢的牌号：表示符号“T”、阿拉伯数字、锰元素符号Mn（较高锰含量时）、钢材冶金质量等部分按顺序组成。

钢号中的阿拉伯数字表示平均碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。牌号举例：T7、T8、T8Mn、T9、T10、T10A、T11、T12、T13例如：“T8”表示平均碳含量为0.8%。锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。碳素工具钢都是优质钢，在钢号最后加注字母“A”表示该钢是高级优质钢。锉刀手锤木工凿钻头丝锥锉刀手锯条●

合金工具钢

钢的牌号：合金工具钢的牌号通常由两部分组成。第一部分：平均碳含量小于1.00%时，采用一位数字表示碳含量（以千分之几计）。平均碳含量不小于1.00%时，不标明碳含量数字；第二部分：合金元素含量，以化学元素符号及阿拉伯数字表示。数字表示合金元素平均含量（以百分之几计）。具体表示方法为：平均含量小于1.50%时，牌号中仅标明元素符号，一般不标明含量；平均含量为1.50%～2.49%、2.50%～3.49%、3.50%～4.49%……时，在合金元素符号后相应写成2、3、4……例如：9SiCr表示平均碳含量为0.85%～0.95%，硅、铬含量均小于1.50%的合金工具钢。Cr12MoV则表示平均含碳质量分数≥1%，平均含铬质量分数为12%，含钼、钒质量分数＜1.5%的铬钼钒钢。合金工具钢常用来制作各种刃具、量具和模具。模具量具刃具按用途a.刃具钢c.模具钢b.量具钢●

合金工具钢a.刃具钢刃具钢是用来制造各种切削加工工具（车刀、铣刀、刨刀、钻头、丝锥、板牙等）的钢种。常用牌号：9SiCr、9Cr2。铣刀刨刀

车刀

板牙丝锥b.量具钢量具钢是用来制造各种测量工具（卡尺、千分尺、块规、塞规及螺旋测微仪等）的钢种。常用牌号：SiMn、CrWMn。千分尺塞规卡尺量块电子卡尺c.模具钢模具钢是用来制造冷冲模、热锻模、压铸模等模具的钢种。常用牌号：5CrNiMo、5CrMnMo、Cr12、Cr12W、Cr12MoV9Mn2V、9Mn2V。汽车四缸压铸模普通热锻模具冷镦模具冷冲模具压铸模●

高速工具钢齿轮滚刀铣刀插齿刀

高速工具钢的牌号由合金元素含量、钢材冶金质量等部分按顺序组成。在牌号头部一般不标明表示碳含量的阿拉伯数字。合金元素含量，以化学元素符号及阿拉伯数字表示。数字表示合金元素平均含量（以百分之几计）；钢材冶金质量以A、E表示，A（高级优质钢）、E（特级优质钢），优质钢不用字母表示。常用牌号：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V等。

高速工具钢（简称高速钢）是一种含钨、钼、铬、钒等合金元素较多的钢。③

特殊钢不锈钢是铬含量至少为10.5%且碳含量不超过1.2%的钢。

特殊钢是指用特殊方法生产，具有特殊物理、化学性能或力学性能的钢。工业上的特殊钢主要包括不锈钢、耐热钢和耐磨钢。耐热钢是在高温下抗氧化并具有较高强度的钢。耐磨钢主要是指在冲击和摩擦条件下产生加工硬化而具有高耐磨性的高锰钢。●

耐热钢●

不锈钢●

耐磨钢2.铸铁

铸铁是以铁为主要元素，碳含量大于2.11%，且比碳钢含有较多的锰、硫、磷等杂质的铁、碳、硅多元合金。铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。铸铁曲轴

碳在铸铁中的存在形式有两种，即石墨和碳化物。根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为以下3种：

（1）白口铸铁--碳几乎全部以Fe3C形式存在。（2）麻口铸铁--碳以石墨和Fe3C两种形式存在的铸铁。（3）灰口铸铁（工程铸铁）--碳除了微量溶于铁素体外主要以石墨形式存在的铸铁。根据石墨形貌的不同，灰口铸铁可分为：①

灰铸铁（片状石墨）③

可锻铸铁（团絮状石墨）②

蠕墨铸铁（蠕虫状石墨）④

球墨铸铁（球状石墨）片状石墨蠕虫状石墨球状石墨团絮状石墨①

灰铸铁☆

灰铸铁的牌号：HT+抗拉强度值。例子：HT200表示（最低）抗拉强度为200MPa的灰铸铁。☆

灰铸铁的性能特点：

力学性能较低；铸造性能、切削加工性能、减震性、耐磨性好；缺口敏感性低。灰铸铁齿轮箱气缸套活塞环☆

牌号举例：T100、HT150、HT200、HT225、HT250、HT275、HT300、HT350。☆

灰铸铁的用途：

制造承受压力和震动的零件，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。变速箱体重型机床床身（HT250）大型船用柴油机气缸体（HT300）◆

蠕墨铸铁的牌号：RuT+抗拉强度值。例如，RuT400表示抗拉强度为400MPa的蠕墨铸铁。②

蠕墨铸铁◆蠕墨铸铁的性能特点：

强度较高，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。◆蠕墨铸铁的用途：

用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件，如柴油机气缸、气缸盖、排气阀等。制动鼓阀门柴油机气缸◆

牌号举例：RuT300、RuT350、RuT400、RuT450、RuT500。③

可锻铸铁★

可锻铸铁的牌号：

KT+基体种类+抗拉强度值+断后伸长率值。铁素体基用黑心“KTH”表示；珠光体基用“KTZ”表示；白心可锻铸铁用“KTB”表示。★可锻铸铁的性能特点：

力学性能优于灰铸铁；强度为碳钢的40～70%，接近于铸钢。名为可锻，实不可锻。★可锻铸铁的用途：

用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。★

牌号举例：KTH300―06、KTH330―08、KTH350―10、KTH370―12、KTZ450―06、KTZ500―05、KTZ650―02、KTB360―12、KTB400―05、KTB450―07、KTB550―04。◆

球墨铸铁的牌号：QT+抗拉强度值+断后伸长率值。例子：QT400-18表示抗拉强度为400MPa，断后伸长率为18％的球墨铸铁。④

球墨铸铁◆球墨铸铁的性能特点：

力学性能远远超过灰铸铁；铸造性能、切削加工性能、减震性、耐磨性好；缺口敏感性低。◆球墨铸铁的用途：

承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。◆

牌号举例：QT350―22、QT400―18、QT450―10、QT500―7、QT550―5、QT600―3、QT700―2、QT800―2、QT900―2。（二）有色金属材料1.铝与铝合金

密度小；熔点低，导电、导热性好，塑性好，强度、硬度低的金属。主要用作导电材料或制造耐腐蚀零件

。铝线（1）纯铝（2）铝合金

在铝中加入一定的合金元素使之合金化，可获得较高的强度，并保持良好的加工性能。

根据成分及生产工艺特点，分为变形铝合金和铸造铝合金。前者塑性优良，适于压力加工；后者塑性低，更适于铸造成形。汽缸盖2.铜与铜合金（1）纯铜

纯铜外观呈紫红色，又称紫铜，具有良好的导电性和导热性、极好的塑性以及较好的耐腐蚀性，但力学性能较差，不宜用来制造结构零件，常用来制造导电材料和耐腐蚀性元件。（2）黄铜Cu-Zn二元合金为普通黄铜；Cu-Zn+其它合金元素的黄铜为特殊黄铜。

黄铜一般用于制造耐腐蚀和耐磨零件，如阀门、螺栓、机油泵衬套等。汽车机油泵衬套（3）白铜Cu-Ni二元合金为白铜。

白铜主要用于制造船舶仪器零件、化工机械零件和医疗器械中的关键零件。Cu-Sn二元合金为青铜，包括锡青铜和无锡青铜。锡青铜主要用于制造摩擦零件和耐腐蚀零件，如蜗轮、轴瓦、衬套。铝青铜主要用来制造各种弹性元件、高强度零件、耐磨零件、轴承、轴瓦、齿轮、摩擦片、蜗轮等。

马踏飞燕司母戊鼎（4）青铜船用软管快速接头阀3.锌与锌合金4.钛与钛合金

锌的密度略小于钢铁，熔点为419.5℃。锌合金是在Zn中加入了Al、Cu、Mg的锌基合金。目前，锌合金可用于制造汽车上的汽油泵壳、机油泵壳、变速器壳、车门手柄、雨刮器电机、减速器壳体、安全带扣和内饰件等。

钛的密度约为铁的1/2，呈银灰色，熔点为1668℃，耐腐蚀性比不锈钢还好，抗拉强度为300MPa～700MPa，韧性与钢铁相当。缺点是成本高，加工性差，切削加工、焊接、表面处理都较困难。为了提高钛在室温时的强度和在高温下的耐热性等，加入Al、Mo、V、Mn、Cr、Fe等合金元素，以得到不同类型的钛合金。钛合金已用于制造发动机零件及轴、轮盘类等在高温、重载下工作的零部件。5.镁与镁合金

镁在金属中是最轻的，密度为1.74g/cm3，约为铝的2/3，约为钢铁的1/4.5，熔点为650℃。镁的加工性比铝好，延展性好，有优良的减振性，但耐腐蚀性比铝差，成本高。

镁合金是在镁中加入铝、锌、锰的合金。主要用于制造汽车离合器壳、车轮轮毂、变速器手柄等。镁合金汽车轮毂镁合金方向盘骨架6.轴承合金（1）锡基轴承合金（锡基巴氏合金）（2）铅基轴承合金（铅基巴氏合金）。主要用于制造滑动轴承的轴瓦。二、非金属材料（一）塑料

塑料是一种以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，它通常可在加热、加压的条件下被塑造或固化成形，得到所需要的固体制品。

汽车用工程塑料，在汽车上主要用作结构件，这要求塑料具有足够强度、