新能源汽车机械基础课件：常用金属材料在新能源汽车中的应用

常用金属材料在新能源汽车中的应用目录01常存元素对钢性能的影响02碳素钢的分类、牌号及用途03合金钢的分类、牌号及用途04铸铁的分类、牌号及用途05典型零件选材任务目标：1.理解碳素钢

、合金钢及铸铁的分类方法

、牌号表示及其主要性能特点

。2.掌握硅

、锰、硫

、磷等常存元素对钢的力学性能

、工艺性能的作用机制

。3.具备新能源汽车典型零件的选材能力,并说明选材依据及热处理工艺

常存元素对钢性能的影响01锰对钢性能的影响锰的来源锰是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中的，也常作为合金元素特意加入钢中。脱氧能力锰的脱氧能力较好，能很大程度上减少钢中的FeO。对铁素体的强化作用锰大部分溶入铁素体中，使铁素体强化。非合金钢中的含量规定在非合金钢中，锰作为常存元素时，一般规定其含量应小于1.00%。硅对钢性能的影响

硅的来源硅是炼钢时用硅铁脱氧而残留在钢中的，也可作为合金元素特意加入钢中。脱氧能力硅的脱氧能力比锰强，可有效清除FeO。对铁素体的强化作用硅在室温下大部分溶入铁素体，使铁素体强化。常存元素的含量规定作为常存元素时，一般规定其含量应小于0.50%。硫对钢性能的影响

硫的来源硫是在冶炼时由矿石和燃料中带入的有害杂质，炼钢时难以除尽。

有害作用（热脆现象）硫在钢中常以FeS的形式存在，与Fe形成低熔点共晶体，分布在奥氏体晶界。热加工时，共晶体过热甚至熔化，减弱晶粒间联系，使钢材强度降低、韧性下降，即热脆。

降低危害的方法常加入锰来降低硫的有害作用。磷对钢性能的影响磷的来源磷是在冶炼时由矿石带入的有害杂质，炼钢时很难除尽。有害作用（冷脆现象）磷能溶于α-Fe中，但有碳存在时，溶解度急剧下降。磷偏析倾向严重，会析出脆性化合物Fe₃P并偏聚于晶界，使钢的脆性增加，冷脆转化温度升高，即冷脆。在钢中的溶解度和偏析情况当钢中有碳存在时，磷在α-Fe中溶解度急剧下降，且偏析倾向十分严重，即使含量只有千分之几，也会产生不良影响。

其他气体元素对钢性能的影响气体元素的种类钢在冶炼时会吸收和溶解氮、氢、氧等气体。

对钢性能的危害这些气体会使钢的塑性、韧性和疲劳强度急剧降低，严重时会造成裂纹、脆断。

控制要求这些气体是必须严格控制的有害元素。碳素钢的分类、牌号及用途02按碳含量分类碳素钢的分类方式低碳钢碳的质量分数wc≤0.25%；中碳钢碳的质量分数在0.25%-0.6%之间；高碳钢碳的质量分数wc≥0.6%。按硫、磷含量分类普通碳素钢硫的质量分数Ws≤0.05%，磷的质量分数Wp≤0.045%；优质碳素钢硫、磷质量分数均≤0.035%；高级优质碳素钢硫的质量分数Ws≤0.02%，磷的质量分数Wp≤0.03%。按用途分类碳素结构钢适用于工程构件等，一般为中、低碳钢；碳素工具钢用于制作刃具等，一般为高碳钢；碳素铸钢适用于形状复杂且有强度、韧性要求的铸造件。按脱氧方式分类包括沸腾钢（F），脱氧不完全，成材率高；镇静钢（Z），脱氧完全，性能好；半镇静钢（B），脱氧较完全；特殊镇静钢（TZ），脱氧程度比镇静钢充分，用于重要工程结构件。

普通碳素结构钢碳含量与有害杂质含量碳含量较低，硫、磷等有害杂质含量较高。

性能特点强度不高，但塑性、韧性较好，焊接性能好，多数可不进行专门热处理。

牌号表示方法由代表屈服极限的字母“Q”、屈服极限值（单位Mpa）、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、B、Z、TZ）按顺序排列组成，如Q235-AF。

主要用途可用于制造一般工程构件和不重要的机械零件，如卡车车架、发动机支架等。

优质碳素结构钢碳含量碳的质量分数为0.05%-0.9%。

性能有害杂质含量少，经热处理后力学性能可提高，性能优于普通碳素结构钢。

牌号表示方法用两位数字表示，代表钢的平均碳的质量分数的万分数，如45表示平均含碳质量分数为0.45%。

应用场景常用来制造较重要的机械零件，如汽车中的凸轮轴、离合器分离杠杆等。用途碳素工具钢

用于制作刃具、量具、模具等。性能要求

使用时应经淬火加低温回火，具有高硬度和耐磨性。牌号表示方法

以汉字“碳”的汉语拼音首字母“T”及后面的阿拉伯数字表示，数字为钢中平均碳的质量分数的千分数，高级优质碳素工具钢在数字后加字母A，如T7、T11A。适用范围

适用于刃部受热温度较低、低速、小进给量的机用工具、手动工具、小型冷模具及量具等，刀具性能要求高时需用合金工具钢。01铸钢适用零件适用于形状复杂且韧性、强度要求较高的零件，也用于大型零件。02含碳量范围含碳量一般在0.15%-0.60%范围内，碳含量过高塑性差，易产生裂纹。03牌号表示方法以汉字“铸钢”的汉语拼音首字母“ZG”开头，后接材料的屈服极限值（单位Mpa），再接抗拉极限值（单位Mpa），如ZG200-400。合金钢的分类、牌号及用途03

合金钢的分类方式按合金元素含量分类可分为低合金钢（合金元素总的质量分数小于5.0%）、中合金钢（合金元素总的质量分数为5.0%-10.0%）和高合金钢（合金元素总的质量分数大于10%）。

按合金钢的用途分类可分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢三大类。合金结构钢定义在碳素结构钢的基础上加入一种或几种合金元素的钢。分类包括低合金高强度结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢。性能特点通过热处理能获得优良的力学性能，不同类型有不同侧重，如低合金高强度结构钢强度高，合金渗碳钢表面硬度高、耐磨性好等。牌号表示方法除低合金高强度结构钢和滚动轴承钢外，采用“数字+化学元素+数字”，前面数字表示平均碳的质量分数的万分数，后面数字表示合金元素平均质量分数的百分数，若小于1.5%省略标注。应用可制造各种重要工程构件和机械零件，如低合金高强度结构钢用于船舶、桥梁；合金渗碳钢用于汽车后桥齿轮等。

合金工具钢分类按用途可分为合金刃具钢、合金量具钢和合金模具钢三类。

牌号表示方法平均碳的质量分数小于1.0%时，以碳含量的千分数表示并标出数字；不小于1.0%时，数字省略标注。

用途用于制造刃具、量具、模具等工具。

特殊性能钢不锈钢性能特点：在腐蚀介质中抗腐蚀性能强。典型牌号：cr13型、cr17型、18-8型。应用场景：cr13型用于制造阀、机泵零件等；cr17型用于硝酸和氮肥工业；18-8型用于化工设备零件等。

耐热钢性能特点：具有高温抗氧化性和较高高温强度。典型牌号：珠光体耐热钢如15crMo；马氏体耐热钢如1cr13Mo；奥氏体耐热钢如0cr19Ni9。应用场景：用于锅炉、汽轮机叶片、发动机排气阀等。

耐磨钢性能特点：具有很高的耐磨性和韧性。典型牌号：ZGMn13。应用场景：用于破碎机齿板、坦克履带、挖掘机铲齿等。铸铁的分类、牌号及用途04

铸铁的分类依据01按碳的存在形式分类根据碳存在形式，铸铁分为白口铸铁（碳以渗碳体形式存在）和灰口铸铁（碳以石墨形式存在）。

02化学成分对石墨化的影响碳、硅、铝促进石墨化，锰和硫阻碍石墨化。碳、硅含量过低，铸铁易出现白口；过高则力学性能下降。

03冷却速度对石墨化的影响冷却速度缓慢利于石墨化充分进行；冷却速度快，原子扩散能力减弱，不利于石墨化。白口铸铁

性能特点硬而脆，切削加工非常困难。

用途主要用于高硬度和耐磨性要求的零件，如轧辊、球磨机磨球，大部分用作炼钢原料或可锻铸铁毛坯。

组织其组织为白口组织。

灰铸铁性能力学性能较高，切削加工性能好，生产工艺简单，价格低廉，有良好的减振性和耐磨性。

牌号表示方法由“灰铁”拼音首字母“HT”与一组数字表示，数字表示最小抗拉强度（Mpa），如HT150。

应用范围广泛用于制造形状复杂、力学性能要求不高的箱体、叉架、壳体类零件，及承受压应力且需减振的零件。

球墨铸铁石墨形态铸铁中全部或大部分碳以球状石墨形式存在。

性能特点力学性能最好，与钢接近，还可通过热处理进一步提高性能，兼具灰铸铁优良性能。

牌号表示方法由“球铁”拼音首字母“QT”加两组数字表示，分别表示最低抗拉强度（Mpa）和断后伸长率，如QT400-18。

应用用来代替碳钢、合金钢制造形状复杂、性能要求较高的零件，如柴油机曲轴、齿轮等。

蠕墨铸铁特点兼有灰铸铁工艺性能优良和球墨铸铁力学性能优良的特点，克服了两者缺点。

牌号表示方法用“蠕铁”拼音字母“RUT”与一组数字表示，数字代表最低抗拉强度，如RUT380。

应用场景广泛应用于工业生产，如制造汽车制动鼓、活塞环、汽缸套等。

可锻铸铁石墨形态铸铁中全部或大部分碳以团絮状石墨形式存在。

性能特点韧性比灰铸铁好，有一定塑性变形能力，但不能锻造。

分类分为黑芯可锻铸铁（铁素体可锻铸铁）和珠光体可锻铸铁（白口可锻铸铁）。

牌号表示方法黑芯、白口可锻铸铁分别用“KTH”和“KTZ”与两组数字表示，代表最低抗拉强度和断后伸长率，如KTH350-10。

应用情况应用逐渐被球墨铸铁替代，仅用于形状复杂、批量大的薄壁小件。典型零件选材05汽车齿轮选材齿轮性能要求齿轮需具备高疲劳强度和接触疲劳强度，齿心要有足够冲击韧度，防止轮齿受冲击过载断裂。常用材料一般选用低碳钢进行渗碳处理，应用最多的是合金渗碳钢20cr或20crMnTi。如新能源汽车后桥制动锥齿轮，常选用20crMnTi钢。加工工艺路线以20crMnTi钢为例，加工工艺路线为：下料→锻造→正火→切削加工→局部镀铜（或涂防渗剂）→渗碳、淬火+低温回火→喷丸→磨削加工→零件。

汽车轴类零件选材01轴类零件性能要求轴类零件应具有较高强度、足够刚度及良好韧性，防止断裂和过量变形，在相对运动的摩擦部位要有高疲劳强度、硬度和耐磨性。

02常用材料常用经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢。优质碳素结构钢有35钢、40钢、45钢、50钢等，45钢最常用；合金钢有20cr、40cr、40crNi等。

03曲轴加工工艺路线中、小功率内燃机曲轴常见材料是45钢、40cr、45Mn2等。加工工艺路线为：下料→锻造→退火→粗加工（留调质余量）→调质→精加工（留磨削余量）→表面淬火、低温回火→精磨。轴颈和曲柄销表面中频感应加热淬火，硬化层达3-4.5mm。汽车弹簧材料选材

汽车弹簧作用汽车弹簧主要用于缓冲和减振，如悬挂弹簧；还能复原和自动恢复到原来位置，如气门弹簧。不同类型弹簧性能要求及常用材料钢板弹簧需高屈服强度和疲劳强度，一般用65Mn、60si2Mn钢；中型或重型汽车用50crMn、55siMnvB钢；重型载货汽车用55siMnMoV、55siMnvNB钢。内燃机气门弹簧承受应力不大，一般采用50crvA钢。其他典型零件选材汽缸体、缸套和缸盖汽缸体要求有足够强度和刚度，形变量小，常用灰铸铁和铝合金，一般用灰铸铁。缸套需耐磨，常用耐磨合金铸铁。缸盖要导热性好、高温机械强度高，常用灰铸铁、