汽车材料（第3版）（微课版）课件 模块四 汽车用金属材料

模块四汽车用金属材料课题一金属材料的性能评价汇报人姓名汇报日期一、金属的物理性能和化学性能1、物理性能：物理性能——是指金属材料在各种物理条件作用下所表现出来的性能。它主要包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。（1）密度——物质单位体积的质量。用符号“ρ”表示，其单位是：Kg/立方米。金属材料在体积相同的情况下，密度越大，其质量也越大。

（2）熔点——是指金属从固态转变为液态的最低温度，各种金属的熔点表4-1。熔点低的金属，易于铸造和焊接。（3）导热性——是指金属材料传递热量的性能。

（4）导电性——是指金属材料传导电流的性能。

（5）热膨胀性——是指金属材料在受热时体积增大，冷却时体积缩小的性能。（6）磁性——是指金属材料的导磁性能。2、化学性能：金属材料化学性能是指金属抵抗化学介质侵蚀的能力，它包括耐腐蚀性和抗氧化性。（1）耐腐蚀性——是指金属材料在常温下抵抗大气、水蒸气、酸、碱等化学介质腐蚀的能力。（2）抗氧化性——是指金属材料在高温下抵抗氧化作用的能力。二、金属的力学性能力学性能——是指金属材料在外力作用下所表现出来的性能。载荷的种类:根据外力作用性质分这为静载荷、冲击载荷和交变载荷三种。

根据作用力的作用形式分为：拉伸载荷（常用在拉钩、绳子、螺栓等的表示）压缩载荷（常用在活塞、连杆等的表示）弯曲载荷（常用在曲轴、摇臂等的表示）剪切载荷（常用于销轴类零件等的表示）扭转载荷（常用于曲轴等旋转类零件的表示）1、强度强度——是指在外力（载荷）作用下，金属材料抵抗永久变形和断裂的能力，强度通常用应力表示。（1）应力——是指材料单位横截面积上所产生的抵抗力。符号σ，单位为Pa。（2）抗拉强度——是指金属材料在被拉断前所能承受的最大应力，它是通过拉伸使用测定的。

（3）拉伸试验——是将材料在拉伸机上用静载对标准试样轴向拉伸，使试样产生变形，直至拉断的试验过程。（4）屈服强度——金属材料开始产生宏观塑性变形时的应力。2、塑性塑性是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不断的能力。塑性是在拉断实验测定的。常用伸长率和断面收缩率来表示。

3、硬度硬度——是指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或是划痕的能力。用符号HB表示。它是衡量材料软硬的依据。材料硬度越高，其耐磨性越好。4、韧性韧性——是指金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。5、疲劳强度交变应力容易使零件产生疲劳断裂。这种疲劳断裂不会产生明显的塑性变形，是突然发生的，具有很大危险性。实际中机械零件大约80%以上是疲劳造成的。三、金属的工艺性能金属的工艺性质主要包括以下几种：

1、铸造性能——是指材料应用铸造方法获得优良铸件的能力。金属的材料好，收缩率大，易于铸造。

2、压力加工性能——是指材料在冷、热状态下，利用压力加工方法成型或变形的难易程度。材料的塑性好，易加工。3、焊接性能——指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或两个以上金属材料焊接到一起，接口处能满足使用目的的特性。

4、热处理性能——是指材料适应各种热处理的能力。5、切削加工性能——是指材料是否易于被各种刀具切削的能力。

6、冷弯性能——是指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度α（外角）或弯心直径d对材料厚度a的比值表示，a愈大或d/a愈小，则材料的冷弯性愈好。7、冲压性能——金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。

8、锻造性能——金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力课题二铸铁、碳钢、合金钢模块四汽车用金属材料汇报人姓名汇报日期课题二铸铁、碳钢、合金钢

钢铁材料是金属材料中应用最为广泛的一种，钢铁材料主要包括铸铁、碳钢和合金钢。

铸铁—是指碳的质量分数为2.11%~6.69%的铁碳合金。1、铸铁的特性铸铁中由于存在强度极低的石墨，致使铸铁的强度、塑性、韧性较差，不能进行锻造。但因铸铁的含碳量高，熔点低，流动性好，而且铸造收缩率小，其铸造性能好。

一、铸铁2、常用铸铁的种类（1）根据碳在铸铁中存在的形式不同，铸铁分为：①灰口铸铁—碳全部或大部分以片状石墨形式存在的铸铁，断口呈暗灰色。②白口铸铁—碳除极少量固溶于铁素体外，其余部分皆以渗碳体形式存在，断口呈银白色。③麻口铸铁—碳一部分以渗碳体形式存在；另一部分以石墨形式存在的铸铁，断口呈灰白色相间。（2）根据铸铁中石墨形态，铸铁可分为：①灰铸铁—石墨以片状形式存在.②球墨铸铁—铁液经过球化处理使石墨呈球状的铸铁。③蠕墨铸铁—石墨像蠕虫状的铸铁。④可锻铸铁—由白口铸铁经过可锻化退火，使石墨呈团絮状的铸铁。（3）根据铸铁中的化学成分，铸铁可分为：①普通铸铁—由铁、碳和硅、锰、硫、磷和其他元素组成的铸铁合金。②合金铸铁—在普通铸铁的基础上，加入铬、铝、钒、铜、铝等合金元素，或提高硅、锰、磷等元素的含量而制成的铸铁。合金铸铁具有更好的力学性能或特殊性能。如耐热性、耐磨性、耐蚀性等。二、碳钢的分类及常用的碳钢钢按化学成分可分为碳素钢（常简称为碳钢）和合金钢。

碳钢定义：含碳量（碳的质量分数）小于2.11%的铁碳合金。

1、碳钢的分类（1）按含碳量分类：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%(2)按等级分类普通碳钢---硫含量≤0.035％～0.050％，磷含量≤0.035％～0.045％；优质碳钢---硫、磷含量均≤0.035％～0.040％；高级优质碳钢---硫含量≤0.02％~0.03％，磷含量≤0.025％～0.035％；特级优质碳钢---硫含量≤0.015％，磷含量≤0.025％。（3）按用途分类碳素结构钢：用于制造各种机械零件和工程结构件，多为低碳钢和中碳钢。碳素工具钢：用于制造各种刀具、量具和模具，多为高碳钢。特殊性能钢：指具有某种特殊的化学或物理性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。（4）按冶炼方法分类可分为平炉钢，转炉刚和电炉钢。（5）按炼钢的脱氧程度分类可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。2、汽车常用碳钢（1）碳素结构钢普通碳素结构钢的牌号用“Q+数字”表示，“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音，数字表示屈服强度的数值。A、B、C、D表示钢材质量等级。若牌号后面标注字母“F”则为沸腾钢，“b”为半镇静钢，不标注则为镇静钢，“TZ”为特殊镇静钢

（2）优质碳素钢与碳素结构钢相比，所含磷、硫等杂质较少，其磷、硫含量不太于0．035％，一般都是在热处理后使用。根据优质碳素结构钢含碳量的不同，分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。

（3）铸钢铸钢的含碳量一般在0．20％～0．60％之间。

铸钢牌号由“ZG”和两组数字组成，其中“ZG”为铸钢的代号，代号后面的两组数字分别表示屈服强度和抗拉强度。

在碳钢中加入某些元素，从而改善钢的性能，这就产生了合金钢。加入的元素成为合金元素。

三、合金钢的分类及应用

1、合金钢的分类（1）按用途分类：合金结构钢：用来制造各种零件和构件的合金钢；合金工具钢：用于制造各种工具的合金钢；特殊性能钢：具有某些特殊的物理、化学性能的合金钢称为特殊性能合金钢(简称特殊性能钢或特殊钢)。

（2）按合金元素的含量分类：低合金钢----合金元素总含量小于5%

中合金钢----合金元素总含量5%--10%

高合金钢----合金元素总含量大于10%2、合金钢在汽车上的应用（1）低合金结构钢碳的质量分数为0.1%~0.25%，合金元素总量一般不大于3％；（2）合金渗碳钢碳质量分数为0.1%--0.25%，提高零件抗冲击载荷的能力，使得工件在渗碳后可直接淬火，还能提高耐磨性。（3）合金调质钢碳质量分数为0.25%--0.5%

通过加入的合金元素使得合金调质钢的热处理工艺性提高，并具有强化作用。（4）合金弹簧钢碳质量分数为0.46%--0.70%

（5）滚动轴承钢碳质量分数为0.4%--1.65%

用途：制造滚动轴承的滚动体和内外圈的专用钢。课题三各种有色金属及合金模块四汽车用金属材料汇报人姓名汇报日期铝的密度为2.7g/cm3，总量是钢、铜、黄铜的三分之一。汽车发动机的重要零件活塞，就是由铝合金制造的。一、铝和铝合金铝及铝合金的特性：密度小、耐腐蚀性好、加工性好、能进行表面处理、导热（电）性能好，强度高、低温性能好、反射性强、无磁性、无毒、容易再生等。1、纯铝

（1）纯铝的优点①密度小。②塑性好。③易吸收冲击能，减振性好。④导电性和导热性好。⑤纯铝的价格低于纯铜。⑥抗大气腐蚀的能力很强。（2）纯铝的缺点①纯铝的强度和硬度低。②熔点低。③焊接性较差。④价格明显高于钢铁材料。2、铝合金

纯铝因强度低，切削加工性差、可焊性差特点，在汽车工业中使用较少，铝合金已成

为重要的汽车材料之一。铝合金按加工特点和化学成分的不同分变形铝合金和铸造铝合金两类。（1）铸造铝合金材料

材料特点：铸造铝合金是在铝中添加其他金属或非金属元素所熔制的合金。借助合金化作用，使铝合金具有良好得综合性能。铝合金可采用多种铸造工艺方法生产零件，选用铸件得主要目的通常不是追求力学性能，而是为了降低生产零件的成本。（2）变形铝合金(压力加工铝合金)

是指采用压力加工法制成的各种型材或锻件的铝合金。按照性能和用途可分为防绣铝、工业纯铝、硬铝、超硬铝、锻铝和特殊铝。

纯铜的颜色呈红紫色，铜的最大特点在于具有很好的导热性和导电性，还有良好的耐蚀性和耐磨性。铜合金则可以大大改善其性能，有些铜合金的价格还相对更低。铜合金按加入的元素，可分为黄铜、青铜和白铜。二、铜合金1、黄铜黄铜指铜锌二元合金或铜锌基础上又加入其他元素的合金，前者称普通黄铜(或称锌黄铜)后者称特殊黄铜，都呈黄色。普通黄铜的代号由H(代表“黄”)加数字组成，数字表示其含铜百分之几，例如H62表示含62％Cu和38％Zn的黄铜。

特殊黄铜中锌以外的添加元素有铅、锡。铝、锰、铁、硅等几种，例如铜锌铅系，称为铅黄铜。而铜锌锡系则称为锡黄铜。例如HPb59-1表示含59％Cu和1％Pb的特殊黄铜，显然余下的40％为锌。

2、青铜以镍为合金元素的铜合金称为白铜，在轿车上极少使用。除黄铜和白铜外，其余所有铜合金统称为青铜。

锡青铜适宜作弹性元件。锡的加人量都小于10％，否则会明显降低铜的塑性。锡青铜和无锡青铜的代号都由Q(“青”)加主加元素化学符号再加各合金元素的含量组成，例如QSn4—4—2.5表示含4％Sn、4％Zn和2．5％Pb的锡青铜。

三、轴承合金轴承包括滑动轴承和滚动轴承两大类。滑动轴承因工作平稳能承受较大的压力，在轴的旋转速度很高和承受较重载荷的场合下，大多采用滑动轴承，因此，滑动轴承便是汽车上不可缺少的重要的零部件。轴承合金是用来制造滑动轴承的特定材料。轴承合金材料一般用于生产轴瓦、轴套和止推垫片等零件，

1、轴承合金分类及用途（1）锡基轴承合金（锡金巴氏合金）①组织：含锡量较高，可形成较为理想的组织。②优点：具有较小的膨胀系数和良好的减磨系数和良好，而且具有良好的导热性，耐蚀性和韧性。