常用汽车金属材料

常用汽车金属材料第1页，共26页。常用汽车材料

概述金属材料合金材料新材料

第2页，共26页。概述汽车是由上万个零部件组装而成,而这些零部件又是由几百个品种、上千个规格的材料加工制成的,可以说材料是汽车的基础。用于生产汽车的材料种类很多:有钢铁、有色金属、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷等,据统计,近几年生产的一辆普通轿车,其主要材料的重量构成比大致为:钢铁65%～70%、有色金属10%～15%、非金属材料20%左右。各种新型材料,如轻金属材料、复合材料、高技术合成材料等越来越多的用于现代汽车第3页，共26页。金属材料金属材料的性能黑色金属材料有色金属材料第4页，共26页。金属材料的理化性能

指金属材料在各种物理条件下所表现出来的性能和抵抗各种化学介质侵蚀的能力密度:单位体积的质量导热性:传导热量的能力导电性:传导电流的能力热膨胀性:受热时体积增大的能力第5页，共26页。金属材料的理化性能熔点:由固态变为液态时的温度磁性：金属材料能导磁的性能称为磁性抗腐蚀性:金属在常温下抵御同周围介质发生化学反应而遭破坏的能力（江淮同悦轿车为例，采用价格相对便宜的普通钢板代替防腐性能较好的镀锌板）抗氧化性:金属在高温下抵抗氧化作用的能力第6页，共26页。金属材料的机械性能是指金属材料在各种载荷(外力)作用下表现出来的抵抗能力机械性能指标强度金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度常用强度指标是屈服强度、抗拉强度（MPa）塑性金属材料产生塑性变形而不被破坏的最大能力常用塑性值的指标是伸长率和断面收缩率。硬度金属材料在抵抗比它更硬物体压入其表面的能力，即抵抗局部塑性变形的能力常用硬度试验方法有布氏硬度和洛氏硬度第7页，共26页。金属材料的机械性能冲击韧性金属材料在冲击载荷作用下,抵抗破坏的能力称为冲击韧性疲劳强度金属材料在循环载荷作用下产生疲劳裂纹,并导致断裂称为疲劳断裂在无数次(钢铁约为106～107)重复交变载荷作用下不产生断裂的最大应力称为疲劳强度疲劳强度值通过疲劳试验测定当金属材料的应力循环次数达到107次时,零件仍不断裂,此时的最大应力可作为疲劳强度。某些高强度钢,应力循环次数达到108次时的最大应力作为它们的疲劳强度第8页，共26页。金属材料的工艺性能铸造性能:铸造性能是指液态金属的流动性、冷却凝固过程中收缩偏析的大小(金属凝固后其化学成分和组织的不均匀性),以及对气体的排除和吸收等性能压力加工性能:压力加工性能是指金属在冷、热状态下,进行压力加工时,产生变形而不发生破坏的能力塑性越大,变形抗力越小,压力加工性能越好焊接性能:焊接性能是指两块金属材料在局部加热到熔融状态下,能够牢固地焊合在一起的性能焊接性好,易于用一般方法和工艺施焊,焊时不易形成裂纹、气孔、夹渣等缺陷,焊处强度能与原材料相近切削加工性能:切削加工性能是指金属材料被切削加工的难易程度热处理性能:热处理性能是指金属材料适应各种热处理工艺的能力第9页，共26页。黑色金属材料钢、铁一类的金属被称为黑色金属。钢铁材料的基本成分是铁和碳,所以又称为铁碳合金。含碳量小于2.11%的铁碳合金是钢,含碳量大于2.11%的铁碳合金是铁。第10页，共26页。钢对钢的力学性能和物理性能影响最大的是碳的质量分布,随着含碳量的增加,钢的强度、硬度直线上升;而韧性和塑性不断下降。除此之外,在冶炼过程中加入的或原料中带入的其他元素也对钢的性能产生重要的影响,如锰和硅元素可以提高钢的强度和硬度,硫和磷元素会使钢材变脆。第11页，共26页。碳素钢除含碳量小于2.11%之外,还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质元素的钢,我们称之为碳素钢,简称碳钢。碳素钢具有一定的力学性能、良好的工艺性能、价格低廉,是汽车生产和其他工业产品中用量最大的金属材料。分类按钢中碳的含量多少可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢;按钢的质量可分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢;按钢的用途分为碳素结构钢、碳素工具钢和铸钢。第12页，共26页。碳素钢的牌号常用碳素钢的牌号及含义举例如下Q235-AF碳素结构钢。其中Q235代表屈服强度值,A代表质量等级(A含硫磷最多、D含硫磷最少),F代表沸腾钢(冶炼时脱氧不完全)45Mn优质碳素结构钢。其中45代表钢的平均含碳量为0.45%,Mn的含量为0.7%～1%ZG310-570铸钢。其中310代表屈服强度值,570代表抗拉强度值第13页，共26页。常用钢板牌号第14页，共26页。机械结构用钢板中常见的日本牌号

第15页，共26页。钢的热处理钢件的热处理是利用加热、保温和冷却的操作方法,来改变钢的组织结构,使钢件获得所需性能的加工工艺。钢的热处理根据加热和冷却的方法不同,大体有以下几类第16页，共26页。钢的热处理退火退火是将钢件加热到一定温度,保温一段时间,然后随炉慢慢冷却到室温的热处理工艺。目的是降低材料硬度,改善切削加工性能,提高塑性和韧性,消除钢中的组织缺陷,消除内应力。(2)正火正火是将钢件加热到临界温度以上50～70℃,充分保温,然后在空气中冷却的热处理工艺。目的与退火基本相同,但正火后钢件的强度、硬度比退火后高。第17页，共26页。钢的热处理淬火淬火是将钢件加热到临界温度以上30～50℃,保温后在冷却介质中快速冷却的热处理工艺常用的冷却介质有水、矿物油、盐、碱的水溶液等淬火的主要目的是提高钢件的硬度和强度回火回火是将淬火后的钢件再加热到临界温度以下的某一温度,保温一段时间,然后在空气或油中冷却的热处理工艺目的是减少或消除内应力,提高韧性和塑性,调整硬度,降低脆性,保证钢件的形状、尺寸不变第18页，共26页。钢的热处理表面淬火表面淬火是将钢件的表面淬透到一定的深度,而中心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火方法目的是使钢件表面获得较高的强度、耐磨性和疲劳强度,而心部仍具有足够的塑性和韧性。化学热处理化学热处理是将钢件置于某一介质中加热、保温和冷却,使介质中的某些元素渗入钢件表层,从而改善表层性能目的是提高钢件表层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性主要有渗碳、氮化、碳氮共渗等。第19页，共26页。铝及铝合金纯铝纯铝的熔点为660℃,密度为的1/3，是一种轻金属材料,其电导性、热导性仅次于银、铜,抗氧化、抗大气腐蚀性能好,常温下在大气中表面能生成一层致密的氧化铝膜,阻止铝表面进一步氧化。纯铝的强度硬度很低,但塑性很高,一般不能作为结构件使用。第20页，共26页。铝及铝合金铝合金铝合金是在铝中加入适量的锡、铜、镁、锰等元素后获得的合金,经处理后,铝合金的机械性能大为提高。铝合金的比强度高、具有良好的耐蚀性、切削加工性和铸造性、可以实现柔性的强度设计、表面美观在汽车上得到广泛的应用。如用铸铝合金制造汽缸体、汽缸盖、轮辋、保险杠,用铝合金材料制造散热器、冷凝器等部件。铝及铝合金在汽车上大量使用,一方面改善了这些零部件的使用性能,另一方面达到了汽车的轻量化的目的,是今后汽车材料中重要的发展方向。按铝合金的成分和加工特点,可分为形变铝合金和铸造铝合金第21页，共26页。汽车新材料高强度钢板钢板主要用于制作车身。车身钢板的减薄会产生很大的轻量化效果,如减薄10%,则可实现5%的车身轻量化,从而可减少4%～5%的燃料消耗。但是钢板减薄会使延展性、刚性和耐凹性下降,在冲压(冷加工)时,会产生开裂、变形、褶皱等现象开发和应用成型性优良的高强度钢板(较低的屈服点、较高的强度和塑性、较好的焊接、涂装、防锈性能),是改进金属材料机械性能的一个主要研究方向例如一种固溶强化钢(添加Si、Mn等)经热处理后,将得到在铁素体基体上适当的分散一些马氏体的复合组织,即双相钢组织,与其他高强度钢比较,屈服强度低、延伸率增大、加工硬化效果好。第22页，共26页。汽车新材料防锈钢板汽车在沿海地区、酸雨严重的地区和其他腐蚀严重的环境中使用,会遭受腐蚀。采用新型防锈钢板(即表面镀锌、镀锡、镀铝等表面处理钢板)会提高车身的防锈能力。合金化电镀锌板和合金化热浸镀锌板应用最多,主要用于:外观件、车架、挡泥板、汽油箱、散热器等部位。有的采用双面镀,提高它的防锈能力,有的采用内侧镀层、外侧涂漆的单面镀。第23页，共26页。汽车新材料耐热钢耐热材料在汽车上所占的比重虽然不大,但它都是一些重要部位,对发动机来说至关重要,影响很大。如燃烧室的高温部位、柴油机的预燃室、排气系统、涡轮增压、催化器等。这些部件在性能方面要求比较高:高温强度、较小的热膨胀系数、加工性能、抗高温氧化性、抗高温腐蚀、轻量化等。目前采用的新材料主要有:高硅材料、铬镍铁耐热合金、奥氏体不锈钢等。第24页，共26页。汽车新材料复合钢铁材料钢板与塑料等非金属材料粘合的叠层材料具有耐腐蚀、减振、隔声、轻量化等性能优势适合制作汽车的覆盖件(例发动机仓盖)、油底壳、空气滤清器等。轻金属材料作为替