汽车常用材料的-很全的PPT课件

.,1,常用汽车材料,.,2,常用汽车材料,概述金属材料非金属材料新材料,.,3,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,.,4,金属材料,金属材料的性能黑色金属材料有色金属材料,.,5,金属材料的性能,金属材料的理化性能金属材料的机械性能金属材料的工艺性能,.,6,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,.,7,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抗氧化性:金属在高温下抵抗氧化作用的能力,.,8,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,.,9,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106107)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,.,10,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,.,11,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。,.,12,钢,碳素钢合金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。,.,13,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。,.,14,碳素钢,碳素结构钢主要用于制作各种机器零件和工程构件,以低碳钢和中碳钢为多。汽车上受力不大、要求一定的强度、硬度、韧性和良好的加工性能的零部件大量的使用碳素结构钢。碳素工具钢主要用于制作各种工、量、刃具和模具,多属于高碳钢。铸钢主要用于制作形状复杂,难于用锻压等方法成形的零件,如汽车上的桥壳等。,.,15,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,.,16,合金钢,合金钢是指为了改善钢的某些性能,冶炼时在碳素钢的基础上有目的地加入一种或多种合金元素所形成的钢种常用的合金元素有:锰(Mn)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、磞(B)、铝(Al)、稀土(Re)等合金元素对钢的性能影响很大,如在碳素钢中加入铬,能提高钢的强度、硬度和耐蚀性,加入镍既可以提高钢的强度,又不降低其韧性,加入硅能提高钢的强度、硬度、疲劳强度和耐腐蚀性。几种合金元素同时配合使用,对钢的性能影响比单一合金元素更为显著合金钢只有经过热处理后,才能达到改善机械性能的目的,.,17,合金钢,合金钢的种类很多,按用途大致可分为以下几类:合金结构钢合金工具钢特殊性能钢,.,18,合金结构钢,低合金结构钢在低碳钢的基础上加入少量（%）合金元素而得到的钢这类钢比相同含碳量的碳素钢的强度要高10%30%,并具有较好的塑性、韧性和焊接性能。又因为它的冶炼较简单,生产成本与碳钢相近广泛用于制作各种机器零件和工程构件如汽车上的车架纵梁、横梁、发动机吊耳等用低合金结构钢取代碳素结构钢,可节约钢材,减轻重量,且使用可靠。常用的钢种有12MnV、16Mn等,.,19,合金结构钢,合金渗碳钢合金渗碳钢制造的零件,经热处理后,不仅有较高的表面硬度和耐磨性,而且能大幅度提高零件心部的强度和韧性,从而提高抵抗冲击载荷的能力汽车上承受高速、重载、强冲击和剧烈摩擦的零件如活塞销、齿轮、轴类件和重要的螺栓等都是用合金渗碳钢加工经热处理制作的。,.,20,合金结构钢,合金调质钢合金调质钢是指经过调质处理后使用的钢,具有较高的强度和韧性。若调质后再进行淬火,则能进一步改善零件表面的耐磨性。常用于制造承受重载荷、冲击载荷的零件。如机床主轴、汽车半轴、连杆、转向节等。,.,21,合金钢,合金结构钢的牌号采用两位数字和化学元素符号及数字的方法表示。前面两位数字表示钢的平均含碳量(万分之几),后面是化学元素符号名称,如铅、铬、锰等,各元素符号后面的数字表示元素平均含量(百分之几)。例如12CrNi2,表示钢的平均含碳量为0.12%、平均含铬量小于1.5%、平均含镍量为2%。,.,22,合金钢,其他合金钢和特殊性能钢常用的钢种有合金弹簧钢、滚动轴承钢合金工具钢耐候钢(良好的抗大气腐蚀能力)、不锈钢耐磨钢耐热钢,.,23,铸铁,性能特点：与钢相比,其强度低,特别是韧性、塑性差,但铸造性能优良、耐磨、切削加工性能良好。随着技术进步,某些传统上用铸铁制造的汽车零件,已逐步由轻金属替代。铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和合金铸铁几种。,.,24,铸铁,白口铸铁白口铸铁断口呈白色,性能硬而脆,很难进行切削加工,主要用来炼钢灰口铸铁灰口铸铁断口呈灰色,由于生产工艺较简单,成本低,熔点低、收缩率小、具有良好的铸造性能,在汽车零件上应用较多灰口铸铁的牌号用“HT”及数字组成。其中数字表示最低的抗拉强度。例如HT100,是最低抗拉强度为100N/mm2的灰口铸铁,.,25,铸铁,可锻铸铁俗称马铁它具有较高的强度和韧性可用于制作承受冲击和振动的零件,不能进行锻造,.,26,铸铁,球墨铸铁俗称球铁球墨铸铁兼有铸铁和钢的理化性能、机械性能和工艺性能,也像钢一样可进行热处理。通过合金化和各种热处理后,可用来代替铸钢和锻钢制造一些受力复杂、性能要求较高的零件,如代替45号钢和35CrMo钢制造大马力柴油机的曲轴、凸轮轴、齿轮和连杆等球墨铸铁的牌号由QT及两组数字组成。其中第1组数字表示最低抗拉强度,第2组数字表示最低延伸率。例如QT400-18,表示最低抗拉强度为400N/mm2、最低延伸率为18%的球墨铸铁,.,27,铸铁,合金铸铁:具体包括：在灰口铸铁或球墨铸铁中加入一定量的合金元素,获得特殊性能的铸铁称为合金铸铁。,.,28,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,.,29,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5070,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。,.,30,钢的热处理,淬火淬火是将钢件加热到临界温度以上3050,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,.,31,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。,.,32,有色金属材料,除黑色金属材料之外的其他金属统称为有色金属在汽车制造生产中常用的主要是铝、铜及其合金,.,33,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。,.,34,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,.,35,铝合金,形变铝合金分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金等防锈铝合金主要指Al-Mn系、Al-Mg系合金特点是具有很高的抗蚀性,故常称为防锈铝合金。此外,还具有良好的塑性和一定的焊接性能,但强度较低,不能进行热处理,只有经过冷加工变形才能使其强化防锈铝合金的牌号用“LF”加顺序号表示。“LF”是“铝防”两字汉语拼音的第1个字母。例LF5,LF11表示顺序号为5或11的防锈铝合金。同理。LY12是顺序号为12的硬铝合金;LC6是顺序为6的超硬铝合金；LD10是顺序号为10的锻造铝合金,.,36,铝合金,硬铝合金主要指Al-Cu-Mn系、Al-Cu-Mg系合金通过淬火时效处理而获得相当高的强度,在淬火时效状态下有较好的切削加工性,但耐蚀性较差。超硬铝合金属于Al-Cu-Mg-Zn系合金,另外还加入少量的铬、锰强度在铝合金中最高,故称超硬铝超硬铝主要用作要求重量轻而受力较大的结构件。,.,37,铝合金,铸造铝合金用来制造铸件的铝合金,俗称铸铝铸铝分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金,即Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系等。铝硅合金铝硅合金广泛用于制造内燃机的活塞、气缸体、气缸盖、风扇叶片,电机、仪表外壳及形状复杂的结构件。铝铜合金铝铜合金具有较高的耐热强度,可制作高温(300)条件下工作的零件。但抗蚀性较差。,.,38,铝合金,铸造铝合金铝镁合金铝镁合金的特点是密度小(小于2.55g/cd)、耐蚀性好、强度高,但铸造性能差,易产生热裂和缩松多用于承受冲击、振动载荷和腐蚀条件下工作的零件铝锌合金强度较高,但耐蚀性较差。若加入适量的锰、镁,可适当提高耐蚀性。另外工艺性能很好可用于在铸态下直接使用的零件,如汽车的化油器、仪表、各种薄壳等,.,39,铸造铝合金的牌号,用“ZL”加三位数字表示“ZL”为“铸铝”两字汉语拼音的第1个字母第1位数字表示合金的类别号。其中1表示铝硅,2表示铝铜,3表示铝镁,4表示铝锌第2第3位数字均表示合金的顺序号优质铸造铝合金在顺序号后附加字母“A”表示,.,40,铜及铜合金,工业和汽车上使用品种主要有工业纯铜、黄铜、青铜等工业纯铜又称紫铜、电解铜它具有良好的导电性、导热性、塑性和耐腐蚀性,可进行冷、热压力加工,但强度和硬度低。纯铜的牌号用“T”加顺序号表示，顺序号有1、2、3、4四个号,顺序号越大,杂质含量越多,纯度越低。纯铜主要用于制造电线、电刷、铜管等,.,41,铜及铜合金,黄铜黄铜是铜与锌的合金,即为铜锌合金。黄铜又分为普通黄铜和特殊黄铜。普通黄铜只含铜、锌元素的合金机械性能比纯铜好。其牌号用“H”加两位数字表示,“H”是“黄”汉语拼音的第1个字母；两位数字表示含铜量例如H68是平均含铜量为68%、含锌量为32%的普通黄铜。若H前面加“Z”,表示为铸造黄铜特殊黄铜在普通黄铜中分别添加锡、镍、铅、锰、硅、铝等合金元素生成的合金黄铜加入合金元素后能进一步提高强度、耐磨性等机械性能。特殊黄铜的牌号用“H”加主元素符号及数字表示例如HPb59-1是平均含铜量为59%、含铅量为1%的铅黄铜;HSn9O-1是平均含铜量为90%、含锡量为1%的锡黄铜,.,42,铜及铜合金,青铜除黄铜和白铜(铜镍合金)以外的铜合金统称为青铜青铜又分为锡青铜(普通青铜)和无锡青铜(特殊青铜),.,43,铜及铜合金,锡青铜是以锡为主要添加元素的铜基合金具有良好的机械性能。锡青铜的牌号用“QSn”加几组数字表示例如QSn6.5-1是平均含锡量为6.5%、其他元素平均含量为1%的锡青铜。Sn前面加ZCu字母表示为铸造材料,如ZCuSn5PbZn5是表示平均含锡量为5%、平均含铅量为5%、平均含锌量为5%的铸造锡青铜。无锡青铜是添加硅、铅、铍、锰、铝、镍等元素的铜基合金,并以添加的元素命名,如硅青铜、铅青铜、铍青铜无锡青铜也有较好的机械性能和理化性能。汽车上的应用连杆衬套、摇臂衬套、冷却系中的节温器、轴瓦、曲轴止推垫圈等。,.,44,非金属材料,塑料橡胶,.,45,塑料,概述是以石油、天然气、煤为基础原料的各种单体,通过聚合、树脂粘合、树脂添加、缩合等复杂的化学反应而生成的高分子材料性能:属轻质材料(是钢的1/8)、比强度高、化学稳定性好、耐腐蚀、绝缘性好、耐磨性好、消声吸震性好、易加工成型。在汽车上的应用主要有:内装件：仪表板及衬垫、杂物箱、转向盘、操纵杆、内饰板、座椅扶手、车门内衬、各种填充材料等。外装件:密封条、保险杠面板、挡泥板、裙边、饰条、软管、减震垫片、把手等。其他：空滤器壳、风扇叶片、各种传感器电器壳体、部分齿轮等。随着高级工程塑料在性能方面的不断提高,在汽车的发动机仓盖、车顶、行李架等部位正在开发和应用。分类热塑性和热固性塑料,.,46,塑料,热塑性塑料加热后软化,具有可塑性、可加工性,冷却后变硬;若再加热后又软化,冷却后又变硬。这一过程可反复进行.而对其结构性能却无影响。如聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(又叫尼龙)等。它们成型工艺简单,生产效率高,具有一定的机械性能,但耐热性和刚性较低。热塑性塑料在汽车上应用最多。常用的有:ABS(丙烯睛一丁二烯一苯乙烯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)等。,.,47,塑料,热固性塑料加热后起化学反应,固化成型后质地变硬;再加热不能使之再软化。如酚醛树脂、环氧树脂等等。它们耐热性高,受压不易变形,价格比较便宜,但成型工艺复杂,生产效率较低。,.,48,塑料,工程塑料是指具有较高强度和其他特殊性能的塑料有机械性能好、耐热性、耐久性优良、寿命长、可靠性高的特点在很多方面可以代替金属材料，主要品种有EP(环氧树脂)、PA(聚酰胺)、POM(聚甲醛)等。它们具有足够的温度强度特性及尺寸稳定性。随着汽车工业的发展,将日益广泛地应用在汽车上。,.,49,橡胶,橡胶是汽车用的一种重要材料,一辆汽车上的橡胶件约占全车整备质量的6%10%如轮胎、软管、密封件、防振件、传动件、衬垫类等,主要性能特点高弹性在较小的外力作用下,能产生很大的弹性变形(伸长、压缩、弯曲等),去掉外力后,可在非常短的时间内恢复到近似原来的状态。吸振能力橡胶可吸收一部分机械能,并将其转变为热能。橡胶还有一定的耐蚀性、耐磨性、绝缘性,.,50,橡胶,橡胶是以生胶为基础,加入适量的配合剂(硫化剂、活性剂、软化剂、填充剂、防老剂等)而组成的高分子材料,根据生胶的来源不同,可分为天然橡胶和合成橡胶两类。,.,51,橡胶,天然橡胶天然橡胶是从橡胶树上采集的胶乳,经过一系列处理,制成生胶天然橡胶的综合性能好,有较好的弹性,良好的热可塑性和绝缘性、耐撕裂,低的导热性。主要缺点是易老化、不耐高温,随时间的增加,会出现变色、发粘或变硬、变脆龟裂。合成橡胶合成橡胶又称人造橡胶,用石油、天然气、煤和农副产品为原料,通过有机合成方法制成单体,经聚合制得类似天然橡胶的高分子材料。合成橡胶的种类很多,性能特点也各不相同。合成橡胶的物理、机械性能较好,可制作轮胎和其他一般的橡胶制品。其中丁苯橡胶耐磨、耐老化较好,抗撕裂性也较高,抗滑性特别是抗湿滑性好,但耐热、耐寒性差,弹性差。主要用于轿车轮胎。特种合成橡胶具有特殊性能,用来制作要求耐油、耐热、耐寒、耐化学腐蚀的制品。,.,52,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。,.,53,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。防锈钢板分为热浸镀式、电镀式、涂漆式等,分别有不同的性能特点和用途。表面镀层有Fe-Zn、Ni-Zn合金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。,.,54,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。,.,55,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。轻金属材料作为替代钢铁材料的轻量化材料主要有铝、镁、钛等轻金属,铝合金的应用最为广泛。是今后汽车材料中重要的发展方向。镁是金属中最轻的,密度是铝的2/3,但生产成本较高。目前常用的压铸镁合金主要用来制造格栅、变速手柄、变速器壳等。钛合金的主要特点是高温强度高、耐腐蚀性好,密度是铁的1/2,缺点也是生产成本太高,目前还不能大量使用,只用于制造高档轿车的少数零部件。,.,56,汽车新材料,新型金属材料具有特殊物理性能,或称为具有某种特异功能的新型金属材料它对发展汽车的新结构、提高汽车的技术性能将发挥重要的作用,虽然目前实际应用的并不是很多,但是却展现了良好的前景。,.,57,新型金属材料,非晶态合金将溶化的金属(铁合金、镍合金等)急骤冷却生成一种无结晶构造的固态金属即为非晶态合金优良的强韧性,在具有较高的强度的同时,也具有较高的塑性;具有较高的耐蚀性用来制造轮胎帘线、汽车外部弹簧和金属薄膜。它的另一个优点是具有较高的透磁率和较低的铁损,可以用来制造电感元件