《汽车机械基础》课件 8.1 认识汽车常用金属材料

汽车机械基础认识汽车常用金属材料人品立身技能立业目录认识汽车常用金属材料：从钢铁到有色金属的完整技术体系01金属材料概述汽车工业与材料科学的依存关系02钢铁材料体系碳素钢、合金钢与铸铁的分类及应用03有色金属应用铝、铜及滑动轴承合金的轻量化特性汽车工业与材料科学汽车工业与材料科学存在深度依存关系，据统计全世界钢材产量的1/4和橡胶产量的1/2都用于汽车及相关工业。汽车材料分为零部件材料（以金属材料为主）和运行材料两大类。01汽车从设计、选材、加工制造、使用维修到日常保养的全生命周期均涉及材料选择，材料性能是汽车产品质量的根本保障02汽车零部件材料以金属材料为主体，几乎涵盖了所有传统和新兴的机械工程材料，包括钢铁、有色金属及各类合金03全世界每年钢材产量的25%和橡胶产量的50%流向汽车及相关工业，汽车产业是材料工业的最大下游应用领域之一04学习任务要求对照实物图片识读部件名称与材料，建立从抽象材料牌号到具体汽车零部件的直观认知连接金属材料的总体分类汽车金属材料用量占比金属材料按化学组成可分为钢铁材料（铁碳合金）和非铁金属（有色金属）两大类。钢铁材料以铁和碳为主要组成元素，含碳量决定其组织与性能；非铁金属指除铁、锰、铬外的所有金属，汽车上主要使用铝、铜及其合金。钢铁材料•主要组成元素为铁和碳，含碳量范围覆盖0.0218%至4.0%以上的各类合金•包含碳素钢、铸钢、合金钢和铸铁四大子类•占汽车金属用量的绝对主导地位，是结构件、动力件的首选材料非铁金属•指除去铁、锰和铬以外的所有金属的统称，又称有色金属•汽车上常用铝及铝合金（轻量化）、铜及铜合金（导电导热）•近年来镁、钛等新型有色金属应用日趋广泛，用于实现特定功能碳素结构钢的汽车应用碳素结构钢含碳量0.06%-0.38%，杂质较多但成本低，广泛用于制造汽车结构件和要求不高的零件。Q235系列根据质量等级和脱氧方式细分，精准匹配不同受力状态的零件需求。常用碳素结构钢的牌号及其在汽车上的应用牌号应用举例Q235-A传动轴中间轴承支架、发动机支架、后视镜支架、油底壳加强板、车轮轮辐等Q235-A·F机油滤清器法兰、发电机连接板、前钢板弹簧夹箍、后视镜支架等Q235-B同步器锥盘、差速器螺栓锁片、驻车制动器操纵杆棘爪和齿板等Q235-B·F消声器后支架、放水龙头手柄夹持架、百叶窗叶片等●F标记为沸腾钢，适用于冲压件优质碳素结构钢与铸钢应用优质碳素结构钢硫磷含量少，牌号以两位数字表示平均含碳量的万分数。含碳量决定应用层次：低碳冲压、中碳结构件、高碳弹簧、铸钢用于形状复杂件。常用优质碳素结构钢与铸钢的牌号及在汽车上的应用类别牌号应用举例优质碳素结构钢08F、10F驾驶室、油底壳、油箱、离合器盖等冲压件优质碳素结构钢15、20、25轮胎螺栓、螺母、发动机气门调整螺钉、离合器调整螺栓、风扇叶片等优质碳素结构钢35、40、45、50、55曲轴正时齿轮、半轴螺栓锥形套、机油泵齿轮、连杆螺母、气缸盖定位销、凸轮轴、曲轴等优质碳素结构钢65Mn气门弹簧、转向纵拉杆弹簧、离合器压盘弹簧、活塞销卡簧等铸钢ZG270-500机油管法兰、化油器活接头、车门限制器限制块等铸钢ZG310-570进排气歧管压板、风扇过渡法兰、前减振器下支架、变速叉、起动爪等铸钢ZG340-640齿轮、棘轮等核心洞察：含碳量决定应用层次：低碳冲压、中碳结构件、高碳弹簧、铸钢复杂件合金钢：合金化原理与分类合金钢是在碳钢基础上有目的地加入合金元素以获得特定性能的钢，其牌号采用"两位数字+合金元素符号+数字"表示法，前两位数字表示平均含碳量的万分之几，后续数字表示合金元素平均含量的百分数（<1.5%时不标数字）。按用途分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。合金结构钢用于制造机械零件和工程构件，分为工程用钢（汽车大梁等）和机械制造用钢两大类牌号示例：12CrNi3表示含碳量0.12%，铬镍合金元素含量分别为1%和3%通过合金化提高强度、韧性和淬透性，用于制造承受复杂应力的传动件特殊性能钢具有特殊物理或化学性能的钢种，包括不锈钢、耐热钢和耐磨钢等不锈钢在腐蚀介质中高抗腐蚀，耐热钢在高温下保持抗氧化性和强度耐磨钢ZGMn13具有高抗磨损能力，用于制造强烈冲击和磨损条件下工作的零件特殊性能钢的汽车应用实例特殊性能钢在汽车关键功能部位发挥不可替代作用，针对腐蚀、高温、磨损等特殊工况是功能件的首选材料。常用特殊性能钢的牌号及其在汽车上的应用种类牌号应用铬不锈钢1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13在腐蚀介质下工作的轴承、弹簧等铬镍不锈钢1Cr18Ni9、2Cr18Ni9汽车的空气压缩机阀片、外装饰件等耐热钢15CrMo、4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo在高温下工作的发动机进、排气门耐磨钢ZGMn13在强烈冲击和严重磨损条件下工作的零件，如拖拉机履带、挖掘机铲斗等特殊性能钢针对腐蚀、高温、磨损等特殊工况，是功能件的首选材料铸铁家族：分类与灰铸铁应用铸铁是含碳量>2.11%（通常2.5%-4.0%）的铁碳合金，碳以石墨或化合物形式存在。根据石墨形态分为灰铸铁（片状）、可锻铸铁（团絮状）、球墨铸铁（球状）等。灰铸铁牌号以"HT+最低抗拉强度"表示，是形状复杂、强度要求不高零件的经济性选择。灰铸铁片状石墨断口呈灰色，牌号HT150/200/250分别对应不同强度等级。HT150用于进排气歧管、变速器壳体；HT200用于气缸体、气缸盖、飞轮壳；HT250用于气缸体、飞轮等壳体类零件。可锻铸铁团絮状石墨分为黑心(KTH)和珠光体(KTZ)两类，具有较高韧性。主要用于后桥壳、轮毂等韧性要求较高的薄壁件，弥补灰铸铁脆性大的缺点。球墨铸铁球状石墨石墨以球状存在（QT牌号），力学性能接近钢，兼具铸铁的铸造优点。用于曲轴、连杆等高强度韧性零件，是重要的工程材料。铸铁vs钢含碳量>2.11%本质区别在于含碳量阈值2.11%。铸铁碳以石墨或化合物形式存在，铸造性能优异，适合形状复杂、强度要求不高的零件，成本经济性显著。可锻铸铁与球墨铸铁应用详解可锻铸铁与球墨铸铁的牌号及在汽车上的应用材料类型牌号应用举例可锻铸铁KTH350-10后桥壳、差速器壳、减速器壳、轮毂、钢板弹簧吊架、制动蹄片等可锻铸铁KTZ450-06曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮、活塞环、发动机臂等球墨铸铁QT450-10轮毂、转向器壳、制动蹄、牵引钩前支撑座、辅助钢板弹簧支架等球墨铸铁QT600-13曲轴、发动机臂、牵引钩支撑座、钢板弹簧侧垫板及滑块等技术要点：可锻铸铁牌号以"KTH/KTZ+抗拉强度-延伸率"表示，球墨铸铁以"QT+抗拉强度-延伸率"表示。球墨铸铁通过球状石墨化工艺，使力学性能接近钢水平，实现了"以铁代钢"的技术经济性突破，可用于制造曲轴、连杆等关键传动件。铝及铝合金工业纯铝物理特性：银白色轻金属，纯度98%-99.7%，密度2.7g/cm³仅为钢的三分之一，熔点660℃，具有良好的导热导电性。牌号体系：1070A、1060、1050A、1035、1200等，数字越大杂质含量越高纯度越低。应用场景：用于制作垫圈、垫片、电线、电气元件和汽车铭牌等对强度要求不高的部位。铸造铝合金合金原理：在纯铝中加入硅、铜、镁、锌、锰等合金元素形成，分为变形、铸造和压铸铝合金三类。典型应用：ZL103用于风扇、离合器壳体、前盖；ZL104用于气缸盖盖罩、转子罩；ZL105用于制造活塞等高温高压部件。汽车铝合金发动机部件·实现整车减重30-40%工业纯铝纯度98%-99.7%，密度2.7g/cm³（仅为钢的1/3），熔点660℃。铝合金通过加入硅、铜、镁、锌等元素强化，是实现汽车轻量化的核心材料体系。铜合金与滑动轴承合金常用紫铜、黄铜及滑动轴承合金的牌号及其应用种类牌号应用紫铜T2、T3用于制造进、排气歧管垫、气缸垫、轴承垫片和密封件黄铜H68、H90用于制造复杂的冷冲件和深冲件，如散热器外壳、导管、波纹管、垫片等锡基轴承合金SnSb11Cu6、SnSb8Cu4用于高速、重载的重要轴承，如汽车发动机、高速内燃机、压缩机等的轴承铅基轴承合金ZPbSb10Sn6、ZPbSb15Sn10用于中等载荷或高速低载下工作的轴承，如汽车发动机、空压机、高压油泵等的主轴承铜基轴承合金ZCuSn5Pb5