《汽车机械基础》课件-项目六：汽车工程材料-材料选用与热处理

汽车机械基础1.金属材料的机械性能1金属材料应用2金属材料机械性能3金属拉伸试验Contents4金属材料性能一、金属材料应用发动机变速箱白车身电动力总成二、金属材料机械性能发动机曲轴断裂！底盘悬架断裂！在各种载荷（外力）作用下表现出来的抵抗能力：强度、塑性、硬度、弹性、刚度、冲击韧性及疲劳强度三、金属拉伸试验试验过程缓慢增加的拉力对标准拉伸试样进行轴向拉伸，使试样随着拉力不断增加而变形，直至试样拉断为止。金属试样三、金属拉伸试验拉伸曲线载荷F和试样伸长量⊿L的关系曲线。ΔLFF三、金属拉伸试验阶段1：Oe—弹性变形阶段：拉伸力与伸长量成正比，若卸除试验力，则试样能完全恢复到原来的形状与尺寸。——试验曲线三、金属拉伸试验——试验曲线阶段2：es—屈服阶段阶段，出现锯齿状，此阶段拉伸力不增加，试样却继续伸长的现象称为屈服，屈服后材料开始出现明显的塑性变形。三、金属拉伸试验——试验曲线阶段3：sb—强化阶段：当试样所受的载荷超过s点后，随着塑性变形增大，变形抗力也逐渐增大，产生形变强化。三、金属拉伸试验——试验曲线阶段4：bz—缩颈阶段：当外力达到最大值后，试样的某一直径出发生局部收缩，称为“缩颈”，直至断裂。四、金属材料性能——强度屈服强度试样开始产生屈服时的最低应力，бs=Fs/So——Fs：试样屈服时所承受的拉伸力;So：试样原始截面积。四、金属材料性能——强度抗拉强度拉伸过程中材料所能承受的最大应力бb=Fb/So——Fb：最大应力;So：试样原始截面积。四、金属材料性能——硬度材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。…….…….…….…….四、金属材料性能——硬度布氏硬度HB测量误差小，常用于测量退火、正火、调至处理后的零件，以及灰铸铁、结构钢、非铁金属和非金属材料等毛坯或半成品零件的硬度。洛氏硬度HRC当被测样品过小或者布氏硬度（HB）大于450时，就改用洛氏硬度计量，如合金钢、淬火钢等。维氏硬度HV适用于精密仪表中的薄件、小件及镀层、渗碳层、渗氮层等的硬度测定。四、金属材料性能——冲击韧性金属材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力；一般用摆锤冲击试验测定冲击韧性，一般由冲击韧性值（ak）和冲击功（Ak）表示；值越大，表面材料的韧性越好，在冲击载荷作用下不易破坏。四、金属材料性能——疲劳强度——金属材料在无限多次交变应力作用下而不被破坏的最大应力汽车机械基础2.钢的分类及牌号1钢的分类2钢的编号Contents一、钢的分类1.按钢的成分分2.按钢的用途分类3.按钢的品质（冶金质量）分类分类方法1.按钢的成分分1）碳素钢指除铁、碳为主要成分外，还含有少量硅、锰、硫、磷等常存元素。含碳量一般为0.05%-1.4%，按照高低又可分为低碳钢（含碳量不大于0.25%）、中碳钢（含碳量为0.25%-0.60%）、高碳钢（含碳量大于0.60%）。一、钢的分类1.按钢的成分分2）合金钢加入一种或多种合金元素，与碳钢相比性能有显著提高。根据含合金元素高低又可分为低合金钢（合金总量不大于5%）、中合金钢（合金总量为5%-10%）、高合金钢（合金元素总量大于10%）。一、钢的分类2.按钢的用途分类1）结构钢用于制造各种工程结构和各种机器零件的钢种。其中工程结构用钢主要有碳素结构钢、低合金高强度结构钢。机械结构用钢主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、弹簧钢及滚动轴承钢等。一、钢的分类2.按钢的用途分类2）工具钢制造各种加工工具的钢种。根据用途不同又分为刃具钢、模具钢与量具钢。一、钢的分类2.按钢的用途分类3）特殊性能钢具有某种特殊的物理或化学性能的钢种。一、钢的分类3.按钢的品质（冶金质量）分类1）普通钢：含硫量为0.035%-0.05%，含磷量为0.035%-0.045%。2）优质钢：含硫量和含磷量均不大于为0.035%。3）高级优质钢：含硫量和含磷量均不大于为0.025%。硫（S）↑：引起钢的热脆磷（P）↑：引起钢的冷脆一、钢的分类1.碳钢——（1）普通碳素结构钢Q235AF屈服强度为235MPA由Q（表示屈服强度）、屈服强度值、质量等级符号、脱氧方法等部分按顺序组成。应用：建筑及工程用非合金结构钢二、钢的编号1.碳钢——（2）优质碳素结构钢45平均含碳量为0.45%用两位数字（表示平均含碳量的万分数）表示。应用：建在交变载荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类。二、钢的编号1.碳钢——（3）碳素工具钢T9平均含碳量为0.9.%在字母“T”的后面加数字（表示平均含碳量的千分数）表示。应用：工具制造。二、钢的编号1.碳钢——（4）工程用铸造碳钢ZG230-450屈服强度为230MPA抗拉强度为450MPA的工程用铸钢牌号前面是ZG（铸钢的汉语拼音首字母），后面第一组数字表示屈服强度，第二组数字表示抗拉强度。应用：壳体类、支架类零件。二、钢的编号2.合金钢——（1）合金结构钢55Si2Mn平均含碳量为0.55%、平均含硅量为2%，平均含锰量小于1.5%牌号前的两位数字表示钢种平均含碳量的万分数，合金元素符号后面的数字表示该元素的质量分数.应用：关键受力区域的零件。二、钢的编号2.合金钢——（2）合金工具钢9Cr2Mo平均含碳量为0.9%、平均含铬量为2%牌号的前一位数字表示钢中平均含碳量的千分数，若含碳量超过1%时，则不标出应用：高级工具制造。二、钢的编号2.合金钢——（3）滚动轴承钢GCr15平均含铬量为1.5%前冠以“G”字，其后以铬（Cr）加数字表示，数字表示平均含铬量的千分数应用：滚动轴承。二、钢的编号汽车机械基础3.钢的热处理（一）—退火与正火1退火2正火Contents钢的热处理是将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺。热处理不仅可以用于强化材料、提高机械零件的使用性能，而且可以用于改善材料的工艺性能。常见的热处理方法主要有退火、正火、淬火及回火等，其中退火和正火常作为预备热处理工艺，淬火和回火则为最终热处理工艺。钢的热处理退火是将钢加热到适当的温度。保温一定的时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。根据钢的成分、退火的工艺和目的不同，退火常分为去应力退火、完全退火、球化退火及均匀化退火等。一、退火1.完全退火完全退火工艺是将亚共析钢工件加热到Ac3以上30-50℃，保温一定时间，随炉缓慢冷却到600℃以下，再出炉在空气中冷却，以获得接近平衡组织的退火工艺。完全退火主要用于亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材，其目的是细化晶粒，消除内应力与组织缺陷，降低硬度，为随后的切削加工和淬火做好组织准备。一、退火2.去应力退火去应力退火又称为低温退火，它主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加工件的残余应力。它的工艺是将工件缓慢加热到Ac1以下100-200℃，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却至200℃再出炉冷却。由于去应力退火的加热温度低于A1，故钢在去应力退火过程中不发生相变，主要是在保温时消除残余应力。一、退火3.球化退火球化退火主要用于过共析钢或共析成分的碳钢和合金钢。其目的是使钢中的碳化物球化，以降低硬度，改善切削加工性能，并为淬火做好组织准备。一般球化退火的工艺是把过共析钢加热到Ac1以上20-30℃，保温一定时间，然后缓慢冷却到500℃以下再出炉空冷。一、退火正火是将钢加热到相变点（Ac3、Accm）以上30-50℃并保温适当时间，再在空气中冷却热处理工艺。正火和退火的目的基本相同，但正火的冷却速度比退火快，故正火后得到的索氏体组织比退火后得到的珠光体更细，强度、硬度更高。且正火操作简便，生产周期短，能量耗费少，故应优先考虑采用正火处理。二、正火正火主要应用于以下几个方面：1）改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性能；2）作为普通结构零件或大型及复杂零件的最终热处理；3）作为中碳和低碳合金钢重要零件的预备热处理；4）消除过共析钢中的网状二次渗碳体。二、正火退火和正火除经常作为预备热处理工序外，对一些普通铸件、焊接件及不重要的热加工件，也可作为最终热处理工序。二、正火汽车机械基础钢的热处理（二）—淬火与回火1钢的淬火2钢的回火Contents将钢加热到Ac1或Ac3点以上的某一温度，保温一定时间使其奥氏体化后，以适当方式进行快速冷却，从而获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺，称为淬火。淬火的主要目的是得到马氏体组织，以提高钢的强度与硬度，它是强化钢材最重要的热处理方法。一、钢的淬火1.淬火的加热及保温1）加热温度的确定：钢的化学成分是决定其淬火加热温度的最主要因素，为防止奥氏体晶粒粗大，淬火加热温度不宜过高，一般适宜的淬火加热温度是：亚共析钢为Ac3+（30-50℃），过共析钢为Ac1+（30-50℃）。一、钢的淬火1.淬火的加热及保温2）加热时间的确定：淬火加热时间的确定，既要保证工件的表层、心部达到规定的加热温度，获得均匀的奥氏体化组织，又要保证晶粒不致粗大，还要考虑时间、经济及生产率。影响加热时间的因素很多，如介质加热速度、炉温的高低、钢的化学成分、工件形状尺寸、装炉量等，生产中常按工件有效厚度（直径）与保温系数的乘积来确定时间。一、钢的淬火1.淬火的加热及保温3）淬火加热缺陷及其防止可能导致的缺陷主要为过热、过烧、氧化和脱碳。过热是由于加热时间过高或保温时间过长引起奥氏体晶体粗大，使工件的强度和韧性降低，易产生脆性断裂；过烧是加热温度太高而导致奥氏体晶界出现局部熔化或氧化的现象，为严重的加热缺陷。工件一旦出现过烧就无法补救，只能报废；一、钢的淬火1.淬火的加热及保温3）淬火加热缺陷及其防止氧化和脱碳是钢制零件在加热时与周围介质相互作用形成的缺陷，氧化使工件尺寸变小，表面光洁度降低。脱碳使工件表面含碳量降低，使得淬火后钢的表面硬度、耐磨性及疲劳强度显著下降。一、钢的淬火2.淬火冷却介质理想冷却介质的冷却能力是既能获得马氏体又不使钢件造成大的内应力1）水及水溶液。2）油。一、钢的淬火3.钢的淬透性和淬硬性钢的淬透性表征钢淬火时形成马氏体的能力，常以规定的淬火条件下获得的淬硬层的深度来表示；淬硬性指钢淬火能够达到的最高硬度，主要取决于马氏体的含碳量。淬透性好的钢，它的淬硬性不一定高。一、钢的淬火回火是将淬火钢加热至A1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火的目的是减少或消除内应力，防止变形、开裂；稳定组织，保证工件尺寸和形状稳定；调整硬度，提高韧性，以获得所需要的力学性能的组织。根据工件回火的性能要求不同，回火分为低温回火、中温回火和高温回火三种。二、钢的回火1.低温回火低温回火的温度范围为150-250℃，生成组织为回火马氏体。其目的是降低内应力，减少脆性，保持淬火后的高硬度（58-62HRC）和耐磨性。低温回火一般用于碳钢和合金钢制作的工具、滚动轴承和渗碳件。低碳马氏体回火后，不仅强度高，而且塑性、韧性也很好。二、钢的回火2.中温回火中温回火的温度范围为250-500℃，生成组织为回火索氏体，硬度为35-56HRC。其目的是获得高弹性、高屈服极限，同时保持足够韧性，一般用于弹簧、锻模及工具等。二、钢的回火3.高温回火高温回火的温度范围为500-650℃，生成组织为回火索氏体，硬度为25-35HRC。其目的是获得既有一定强度、硬度，又有良好的冲击韧性的综合力学性能。这种淬火后进行高温回火的热处理称为调质处理。一般用于中碳钢制的重要零件，如曲轴、连杆和齿轮油等；也可作为某些精密工件如量具、模具等的预备热处理。二、钢的回火汽车机械基础4.铸铁的分类及应用1铸铁的分类2铸铁的编号及应用Contents按在石墨存在形态的不同分1）灰铸铁（石墨呈片状）2）球墨铸铁（石墨呈球状）3）可锻铸铁（石墨呈团絮状）4）蠕墨铸铁（石墨呈蠕虫状）一、铸铁的分类灰口铸铁的优良性能（1）铸造性能良好。（2）减摩性好。（3）减振性强。（4）可加工性良好，缺口敏感性较低。一、铸铁的分类1.灰铸铁灰铸铁其价格便宜，是应用最为广泛的铸铁材料。编号方法：HT+一组数字HT150表示最小抗拉强度为150MPa的灰口铸铁应用：制造承受中等载荷的零件如机座、支架、箱体、床身、轴承座、工作台等。二、铸铁的编号及应用2.球墨铸铁球墨铸铁是将铁水经过球墨化处理而得到的石墨为球粒状的铸铁材料。球墨铸铁的力学性能优越，在某些方面可以与碳钢媲美，同时还具有碳钢不具备的良好减震性和耐磨性，能起到“以铁代钢，以铸代锻”的作用，在工业工程中被广泛应用。二、铸铁的编号及应用2.球墨铸铁编号方法：QT+其后面的两组数字。第一组数字表示最低抗拉强度，单位：MPa；第二组数字表示最低断后收缩率。QT700-2表示最低抗拉强度为700MPa、最低断后收缩率为2%的球墨铸铁。应用：制造载荷大、受力复杂的零件，如汽车、拖拉机、曲轴、连杆等的主轴、机床蜗杆、涡轮、气缸体等。二、铸铁的编号及应用3.可锻铸铁编号方法：KTHKTZ+后面的两组数字表示。两组数字分别表示最低抗拉强度和最低断后伸长率。应用：制造形状复杂、承受冲击的薄壁铸件及在潮湿环境中工作的零件。可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁通过高温长时间可锻化退火而获得的、具有团絮状石墨的铸铁。根据基体组织的不同分为黑心（铁素体）可锻铸铁和珠光体可锻铸铁。二、铸铁的编号及应用4.蠕墨铸铁在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂，获得石墨形态介于片状和球状之间，形似蠕虫状石墨的铸铁。蠕墨铸铁的力学性能介于相同基体的灰铸铁和球墨铸铁之间，其铸造性能和热传导性、耐疲劳性及减振性与灰铸铁相近。二、铸铁的编号及应用4.蠕墨铸铁编号方法：RuT+抗拉强度数值应用：制造大功率的柴油机气缸盖、气缸套、机座、机床床身、阀体等。二、铸铁的编号及应用5.铝合金及应用概述航空航天、机械制造、船舶、交通运输、建筑装饰及化学工业。铝合金—基本性质纯铝相对密度2.7g/cm3熔点660℃沸点2327℃铝合金—分类型材类铝合金—分类板材类铝合金—基本性质铸造类铝合金—系列铝合金—系列1050以及1060系列:用于加工需要有良好的成型性和高的抗腐蚀性，但不要求有高强度的零件部件。例如贮存容器、薄板加工件，热交换器、印刷版、铭牌等。4A01：含硅量高，耐热，耐磨，属建筑用材料，机械零件，锻造用材，焊接材料。铝合金—系列5052：中等强度，耐腐蚀性、溶接性及成形性良好，特别是疲劳强度高，耐海水性佳，用于制造飞机油箱、油管，以及车辆、船舶的钣金件，仪表、五金制品等。7075：航空铝，属于超硬铝合金，有良好的耐磨性、焊接性，但耐腐蚀性较差。铝合金应用介绍—铝型材铝合金应用介绍—铝型材建筑行业、装饰行业铝合金应用介绍—铝型材一般工业铝型材，如自动化机械设备、骨架等铝合金应用介绍—铝型材家电或通讯行业，如移动硬盘，移动电源，电视机，显示器等铝合金应用介绍—铝板材薄板(aluminumsheet)0.15-2.0mm常规板(aluminumsheet)2.0-6.0mm中板(aluminumplate)6.0-25.0mm厚板(aluminumplate)25-200mm超厚板200mm以上铝合金应用介绍—铝板材家电产品外壳或者内部导热件冲压模具拉伸成型表面预处理上色铝合金应用介绍—铝板材高分子薄膜铝板、铝塑复合板铝合金应用介绍—铝板材适用：电子产品外壳，家电外壳、家居及建筑装饰等6.铜合金及应用概述纯铜：一种有色金属，称为紫铜或红铜，表面可氧化发黑。特点：优异的导电性、导热性。概述白铜青铜黄铜三大类铜的标准铜的标准铜的标准QSn4-0.3：含锡量4%、含磷量0.3%7.四大常用塑料概述聚丙烯(PP)聚氯乙烯(PVC)聚乙烯(PE)聚苯乙烯(PS)PP（聚丙烯）组成：丙烯单体经自由基聚合而成。应用：纤维制品、医疗器械、汽车

（内饰件）、输送管道、化工

容器等。PP（聚丙烯）—特点优点密度小（最轻的塑料），质量轻；吸水率低于0.02%，几乎不受水分侵蚀；抗强度高，加工流动性好，易成型，外观质量好；耐温性能好；耐化学性能好；原料丰富，价格便宜。PP（聚丙烯）—特点缺点低温脆性和耐候老化性能差（通过改性、加助剂等改善）；结晶性材料，收缩率较大，尺寸稳定性差。PP（聚丙烯）—应用PE（聚乙烯）组成：乙烯经聚合制得。特点：耐低温性能（-100~-70°C），

化学稳定性好，耐大多数酸碱，

常温不溶于水，电绝缘性优良。PE（聚乙烯）—应用应用：包装、农业、建筑施工、保健医疗、工业以及护理用品中，如装用气袋、食品级包装隔离膜、包装袋、农业中的室温薄膜等。PE（聚乙烯）—应用应用：包装、农业、建筑施工、保健医疗、工业以及护理用品中，如装用气袋、食品级包装隔离膜、包装袋、农业中的室温薄膜等。PS（聚苯乙烯）组成：苯乙烯单体经自由基加聚反应合成。特点：无色透明热塑性，高于100℃的玻璃转化温度。应用：承受开水的温度的一次性容器，如一次性泡沫饭盒等。PVC（聚氯乙烯）组成：氯乙烯单体（VCM）经过氧化物、偶氮化合物等引发剂或在光、热作用下按自由基聚合反应而成。特点：光和热稳定性差，曝晒产生氯化氢、变色、机械性能下降，需加入稳定剂。PVC（聚氯乙烯）应用：形式包括异型材、管材、薄膜、板材以及软质品等。在建筑材料、工业制品、日用品、地板砖、管材、电线电缆、发泡材料等方面广泛应用。汽车机械基础8.汽车金属材料的选用1金属材料的选材原则2轴零件的选材3齿轮的选材Contents满足必需的使用性能具有良好的工艺性能成本合理控制合理地选择和使用材料是从事工程构件和机械零部件设计与制造的工程技术人员的一项重要任务，以保证产品性能优良、成本低廉、经济效益最佳。总体原则一、金属材料的选材原则1.使用性能原则力学性能物理性能化学性能分析零部件的工作条件（温度、受力状态、环境介质等）；分析零部件的失效形式；一、金属材料的选材原则2.工艺性能原则切削加工性能材料的成型性能热处理性能车削、铣削、磨削、钻孔铸造、锻造、焊接淬透性、变形、氧化和脱碳倾向等一、金属材料的选材原则3.经济性原则