云天课件-高职《汽车机械基础》项目二汽车常用金属材料

1、汽车机械基础授课：胡志恒项目二 汽车常用工程材料P.23 汽车上应用最多的是金属材料，金属材料的选用主要依据就是其使用性能和工艺性能。 任务一 金属材料的主要性能任务描述力学性能是最重要的使用性能，不仅是一般机械零部件在设计、制造时选择材料的主要依据，而且也是验收、鉴定材料性能的重要参数之一。任务一 金属材料的主要性能知识准备金属材料性能使用性能工艺性能 铸、锻、焊、切削加工.物理、化学性能力学性能 （1）使用性能 金属材料在使用中所表现出来的性能。 包括 物理、化学性能和力学性能。 （2）工艺性能 金属材料在加工制造过程中所表现出来的性能。 包括 铸造性、锻造性、焊接性、热处理加工性、切削加

2、工性等等。 金属材料性能 金属材料在给定外界条件下的抵抗能力。 任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 力学性能 是指材料在不同环境下，承受各种外加载荷时所表现出的力学特征。 主要包括 强度、塑性、硬度和韧性和抗疲劳性等。 金属材料的变形 材料在载荷作用下产生的尺寸和形状的变化. 变形分为: 弹性变形和塑性变形(永久变形)载荷类型 图2-1-1 圆形拉伸试样图 1. 强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形或断裂的能力. 任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 拉伸试验: 强度指标获得的方法. 试样、试验机 试验结果：拉伸曲线2-1-2低碳钢的拉伸曲线图 载荷F

3、和伸长量之间的关系曲线，称为拉伸曲线，如图2-1-2所示。 曲线的几个变形阶段：弹性变形阶段 屈服阶段强化阶段明显塑性变形阶段缩颈阶段试样发生断裂 1. 强度 拉伸曲线任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 1）弹性极限 材料不产生永久变形时所承受的最大应力，以e 表示，即: 2）屈服极限 表示在外力作用下，材料刚开始产生塑性变形时的最小应力值，以 s 表示，即: 1. 强度 强度指标：由拉伸曲线试验数据确定任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 3）抗拉强度 材料在断裂前所承受的最大拉应力，以b 表示，即 塑性是金属在外力作用下，断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。

4、1）断后伸长率 试样拉断后标距长度的伸长量与其原始标距之比值的百分率，用符号表示。 即: 2. 塑性 塑性指标：也由拉伸曲线试验数据确定任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 2）断面收缩率 试件拉断后断口处（缩紧处）横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号 表示。即: 硬度是衡量软硬程度的指标，表示抵抗局部变形和破坏的能力，是重要的力学性能指标之一。 试验方法：汽车制造和维修常用压入法测定硬度。 3. 硬度任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 硬度指标分类：洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度，其中应用最广泛的是洛氏硬度 HRC 和布氏硬度 HB。 汽车上许多零件

5、要受冲击载荷，如在汽车起步、制动或改变速度时，钢板弹簧、钢板吊耳均要受到冲击。 冲击试验 a) 试样安放 b)装置示意图 图2-1-5 冲击实验装置示意图 4.韧度任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 疲劳现象：是指零件在交变应力作用下，过早发生破坏的现象。 5. 疲劳强度任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 交变应力，是指应力的大小、方向或大小和方向都呈周期性变化的应力。 危害性：疲劳破坏事先没有明显的征兆，具有很大的突发性和危险性，往往会造成严重事故，如汽车的轴颈、缸盖、齿轮、弹簧等零件的损坏失效大部分属于疲劳破坏。 疲劳强度是指材料经受无数次应力循环而不被破坏

6、的最大应力值。 任何材料发生脆断，都是材料中微小裂纹扩展的结果。 1) 设计方面，尽量使零件避免尖角、缺口和截面突变，以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。 2) 材料方面，减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当而引起的缺陷，如疏松、气孔和表面氧化等。 3) 机械加工方面，要降低零件表面的表面粗糙度值，表面刀痕、碰伤和划痕都是疲劳裂纹源。 4) 零件表面强度方面，可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面涂层等，在零件表面造成压应力，以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹的可能性。 5. 疲劳强度任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 提高材料的疲劳强度的措施： 1. 冲压性能 冲压加

7、工，用压力机和模具使材料发生塑性变形，获得所零件形状尺寸的方法。任务一 金属材料的主要性能 二、金属材料的工艺性能 工艺性能 金属材料在加工制造过程中所表现出来的性能。 冲压性好的材料： 黄铜、防锈铝合金、中低碳钢（冷轧薄钢板、热锻）等。 包括 铸造性、冲压（锻造）性、焊接性、热处理加工性、切削加工性等等。 不能冲压的材料：铸铜、铸铝、铸铁、高碳钢等。 2. 焊接性能 任务一 金属材料的主要性能 二、金属材料的工艺性能 焊接性好的材料： 低碳钢板、中碳钢。 不易焊接的材料：铝合金、铸铁、高碳钢等。 焊接加工，用焊机设备对材料进行高温熔合连接加工的方法。 3. 铸造性能 铸造性好的材料： 铸铁、

8、青铜、铸铝合金。 不易铸造的材料：铸钢等。 铸造加工，将加热熔化的金属浇入砂型或模具中，凝固后得到所需复杂零件毛坯的方法。 切削加工，在机床上用刀具对零件毛坯进行切削加工，获得所零件形状尺寸的方法。包括车、钳、刨、铣、磨等等。任务一 金属材料的主要性能 二、金属材料的工艺性能 切削加工性好的材料： 铝合金、铜合金、铸铁、低中碳钢等。 不易切削的材料：不锈钢、钛合金。 4. 切削加工性能 钢铁材料是现代汽车工业中应用最为广泛的材料，占汽车用材总量的65%70%，同时为了减重节能，实现汽车轻量化，铝、镁等有色金属合金也得到了广泛的应用。 钢铁材料通常都是用铁碳合金。以铁和碳为主要组成元素的合金，统

9、称为铁碳合金。 含碳量在0.0218%2.11%范围内的铁碳合金叫碳素钢，简称碳钢；含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁；含碳量低于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。任务二 汽车常用金属材料P.29 1. 杂质元素对钢性能的影响碳钢是工业上用量最多的金属材料，碳钢中除了含有铁元素和碳元素之外，还含有少量的杂质元素，如Si、Mn、S、P等元素，他们对钢的性能都有一定的影响。 任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢P.29 2. 碳钢的分类 1）按碳含量分类： 低碳钢 含碳量wc0.25 中碳钢 含碳量wc0.250.6 高碳钢 含碳量wc0.6 2）按质量分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类

10、）： 普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质碳素钢 任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢P.29 1）按碳含量分类： 2）按质量分类 3）按冶炼时的脱氧程度 沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。 4）按用途或使用特性 结构钢 主要用于制造工程结构、桥梁、建筑结构和机器零件等，一般为低、中碳钢。 工具钢 主要用于制造各种刃具、模具和量具。一般为高碳钢。 2. 碳钢的分类 3. 常用碳钢的牌号、性能及主要用途1）碳素结构钢 牌号：例如 Q 235 A F，表示屈服强度为235MPa的A级质量的碳素结构钢，属于沸腾钢。此类钢通常不处理，用于受力不大的非重要场合。任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢P.30 牌号：用两位

11、平均含碳量的万分数表示。如：45号钢表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。 08F 、10、15、20、25、30、35、40、45、45Mn、50、55、60、65Mn、70 低碳钢 中碳钢 高碳钢 热处理：此类钢通常要通过热处理来提高力学性能。 用途：用于汽车上比较重要的零件。如轴、齿轮、弹簧等。 任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢P.30 3. 常用碳钢的牌号、性能及主要用途 2）优质碳素结构钢 2）优质碳素结构钢任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢P.30 3. 常用碳钢的牌号、性能及主要用途 碳素工具钢的含碳量在0.7%1.4%。其牌号以“T”后面加数字表示钢中平均含碳量的千分数

12、，若是高级优质碳素工具钢，则在数字后面加“A”，如T10A等任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢P.30 3. 常用碳钢的牌号、性能及主要用途 3）碳素工具钢 2.合金结构钢 合金结构钢用于制造重要工程构件和机器零件，是合金钢中用途最广、用量最大的一种钢。按用途的不同，合金结构钢可以分为以下四种1.合金钢的分类 合金钢的种类繁多、分 类方法有多种 ，常见 的分类方法有以下两种： 1）按其合金元素总含量的多少分类： 低合金钢：中合金钢 ：高合金钢 2) 按用途分类： 合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢 合金渗碳钢 、 合金调质钢、 合金弹簧钢、 滚动轴承钢任务二 汽车常用金属材料 二、合金钢P.3

13、0 喷油泵柱塞2.合金结构钢任务二 汽车常用金属材料 二、合金钢P.30 1）合金刃具钢 合金刃具钢主要是制造切削金属用的刀具材料。2.合金工具钢 2） 合金模具钢 合金模具钢主要用于制造各种金属成型用的工、模具，一般分为冷变形模具钢和热变形模具钢。 3）合金量具钢任务二 汽车常用金属材料 二、合金钢P.30 1. 白口铸铁（少用） 2. 灰铸铁 灰铸铁断口呈暗灰色，是使用最广泛的一种铸铁，因为其铸造性能、切削加工性、耐磨性能和减振性等都优于其他铸铁，且生产方便，成品率高，成本低。图 2-2-7 发动机汽缸体任务二 汽车常用金属材料 三、铸铁P.35 牌号 如：HT200 HT350 3球墨铸

14、铁 球墨铸铁是力学性能最好的一种铸铁，与钢接近，如疲劳强度与中碳钢接近，屈服强度比钢还高。此外，球墨铸铁还可以通过热处理。常用于制造柴油机曲轴、凸轮轴、齿轮、连杆（见图2-2-8）。 牌号 如：QT40018 QT9002任务二 汽车常用金属材料 三、铸铁P.36 4可锻铸铁 5. 蠕墨铸铁 为了实现汽车轻量化，各汽车制造厂家都扩大了铝、镁合金和塑料的应用。铝及铝合金的密度小，属轻金属。若采用铝合金制造汽车的缸体和车身，整个汽车的自重可减轻40%，这样，汽车的速度和载重增大了，而蚝油量却能相应的减小。任务二 汽车常用金属材料 四、铝及铝合金P.37 铜合金具有良好的导电性、导热性、耐磨性和耐腐

15、蚀性，在汽车上有广泛的用途。任务二 汽车常用金属材料 五、铜及铜合金P.39任务三 汽车材料的热处理 一、普通热处理P.37 钢的热处理：加热、保温、冷却 普通热处理方法：正火、退火、淬火、回火。 回火：钢淬火后要及时回火。 低温回火 中温回火 高温回火 有些零件如齿轮、销轴等，使用时希望它的心部保持一定的韧性，又要求表面层具有耐磨性、抗蚀性、抗疲劳性。这些性能可通过表面热处理来得到。1表面淬火 方法：钢的表面淬火是通过快速加热，将钢件表面层迅速加热到淬火温度，不等热量传到工件内层就予以快速冷却下来的热处理工艺。 1) 火焰加热表面淬火 2) 感应加热表面淬火 任务三 汽车材料的热处理 二、表

16、面热处理P.372表面化学热处理 渗碳、氮化 表2-4-1 汽车常用塑料的种类、特性及用途 用塑料代替金属，既可获得汽车轻量化的效果，还可改善汽车某些性能，如耐磨、防腐、避振、减少噪声等。任务四 汽车非金属材料 一、塑料P.37常用塑料（代号）变形温度塑 料 的 性 能 特 点聚乙烯（PE）4082 低密度聚乙烯质地柔软；高密度聚乙烯有较高的使用温度、硬度、强度和耐化学性能聚氯乙烯（PVC）5575优良的耐蚀性和电绝缘性聚苯乙烯（PS）- 强度不高，质硬而脆、耐热性差、易燃；优良的电性能和透明性，耐化学腐蚀性好聚丙烯（PP）50110塑料中密度最小，耐热性好，有优良的电绝缘性，无毒ABS塑料（

17、ABS）70107 坚韧、质硬、刚性好，具有较好的综合性能，称为“塑料合金”聚酰胺（PA）80182能承受载荷的热塑性塑料常用工程塑料 1. 天然橡胶 2. 合成橡胶表2-4-1 汽车常用塑料的种类、特性及用途任务四 汽车非金属材料 二、橡胶P.37 一台汽车上的橡胶件少则100多个，多则400多个，如汽车轮胎、减振元件、油封、油管等名 称代 号主要原料性 能 特 点丁腈橡胶NBR丁二烯丙烯烃优异的耐油性，良好的耐磨性、耐老化、气密性、耐热性等；耐寒性、电绝缘性较差乙丙橡胶ERMEPDM乙烯丙烯耐老化性能、耐热性、耐蚀性优异，很好的弹性；加工性能差丙烯酸酯橡胶ACMANM丙烯酸酯很高的稳定性，

18、优异的耐热、耐老化性、耐油性；耐旱、耐水性差，弹性和耐磨性不够好氯醇橡胶环氧氯丙烷具有优良的耐臭氧性，耐热、耐老化性，耐寒性，耐油性，密度较大聚氨酯橡胶AUEU聚酯、聚醚二异氰酸酯强度高，耐磨耗性好，优异的弹性，耐老化性，气密性、耐油性、耐溶剂性；耐水性差硅橡胶硅氧烷优越的耐高低温性，能在-100300保持弹性，以及耐臭氧老化、耐热氧化、耐气候老化、绝缘、稳定性好；强度、耐磨性教低，价格昂贵氟橡胶含氟单体耐热、氧老化性能极好，耐高温、耐化学腐蚀、耐油性能优异；耐寒性、加工性能差，价格昂贵 三、汽车玻璃 钢化玻璃、区域钢化玻璃、夹层玻璃 四、陶瓷材料 陶瓷在汽车上的应用包括两个方面：一方面用于功

19、能材料，如氧传感器、水温传感器等；另一方面用于结构性的部件，如火花塞、隔热板、活塞等。 任务四 汽车非金属材料 P.37 五、复合材料 复合材料的特性、复合材料的类别、汽车复合材料 六、粘结剂 粘结剂(亦称粘合剂)，它用于材料的粘结或填补零件的裂纹、孔洞及其他缺陷。粘结剂具有较高的粘结强度和良好的耐水、耐油、密封性、耐蚀性和绝缘性等性能。在汽车维修中得到广泛的应用。 七、石棉制品 八、纸板制品汽车机械基础授课：胡志恒项目二 汽车常用工程材料P.23 汽车上应用最多的是金属材料，金属材料的选用主要依据就是其使用性能和工艺性能。 任务一 金属材料的主要性能任务描述力学性能是最重要的使用性能，不仅是

20、一般机械零部件在设计、制造时选择材料的主要依据，而且也是验收、鉴定材料性能的重要参数之一。任务一 金属材料的主要性能金属材料性能使用性能工艺性能 铸、锻、焊、切削加工.物理、化学性能力学性能 （1）使用性能 金属材料在使用中所表现出来的性能。 包括 物理、化学性能和力学性能。 （2）工艺性能 金属材料在加工制造过程中所表现出来的性能。 包括 铸造性、锻造性、焊接性、热处理加工性、切削加工性等等。 金属材料性能 金属材料在给定外界条件下的抵抗能力。 力学性能 是指材料在不同环境下，承受各种外加载荷时所表现出的力学特征。主要包括 强度、塑性、硬度和韧性和抗疲劳性等。 金属材料的变形 材料在载荷作用

21、下产生的尺寸和形状的变化. 变形分为: 弹性变形和塑性变形(永久变形)载荷类型：静载、冲击、交变载荷 1. 强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形或断裂的能力. 任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 拉伸试验: 强度指标获得的方法. 试样、试验机 试验结果：拉伸曲线 载荷F和伸长量之间的关系曲线，称为拉伸曲线，如图2-1-2所示。 曲线的几个变形阶段： 拉伸曲线 2）屈服极限 强度指标：由拉伸曲线试验数据确定 3）抗拉强度 材料在断裂前所承受的最大拉应力，以b 表示，即 3）抗拉强度 塑性是金属在外力作用下，断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。 1）断后伸长率 2. 塑

22、性 塑性指标：也由拉伸曲线试验数据确定任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 2）断面收缩率 硬度是衡量软硬程度的指标，表示抵抗局部变形和破坏的能力，是重要的力学性能指标之一。 试验方法：汽车制造和维修常用压入法测定硬度。 3. 硬度 硬度指标分类：洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度，其中应用最广泛的是洛氏硬度 HRC 和布氏硬度 HB。 汽车上许多零件要受冲击载荷，如在汽车起步、制动或改变速度时，钢板弹簧、钢板吊耳均要受到冲击。 4.韧度任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 疲劳现象：是指零件在交变应力作用下，过早发生破坏的现象。 5. 疲劳强度 疲劳强度是指材料经受无数

23、次应力循环而不被破坏的最大应力值。 任何材料发生脆断，都是材料中微小裂纹扩展的结果。 1. 冲压性能 冲压加工，用压力机和模具使材料发生塑性变形，获得所零件形状尺寸的方法。冲压性好的材料：黄铜、防锈铝合金、中低碳钢（冷轧薄钢板、热锻）等。任务一 金属材料的主要性能 二、金属材料的工艺性能 工艺性能 金属材料在加工制造过程中所表现出来的性能。 包括 铸造性、冲压（锻造）性、焊接性、热处理加工性、切削加工性等等。 2. 焊接性能 焊接加工，用焊机设备对材料进行高温熔合连接加工的方法。焊接性好的材料：低碳钢板、中碳钢。 3. 铸造性能 铸造加工，将加热熔化的金属浇入砂型或模具中，凝固后得到所需复杂零

24、件毛坯的方法。铸造性好的材料：铸铁、青铜、铸铝合金。 切削加工，在机床上用刀具对零件毛坯进行切削加工，获得所零件形状尺寸的方法。包括车、钳、刨、铣、磨等等。任务一 金属材料的主要性能 二、金属材料的工艺性能 切削加工性好的材料： 铝合金、铜合金、铸铁、低中碳钢、等。 不易切削的材料：不锈钢、钛合金。 4. 切削加工性能 1. 杂质元素对钢性能的影响 Si、Mn、S、P任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢P.29 2. 碳钢的分类 1）按碳含量分类： 低碳钢 含碳量wc0.25 中碳钢 含碳量wc0.250.6 高碳钢 含碳量wc0.6 2）按质量分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类）： 普通碳

25、素钢 优质碳素钢 高级优质碳素钢 3）按冶炼时的脱氧程度 沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。 4）按用途或使用特性 结构钢 主要用于制造工程结构、桥梁、建筑结构和机器零件等，一般为低、中碳钢。 工具钢 主要用于制造各种刃具、模具和量具。一般为高碳钢。 3. 常用碳钢的牌号、性能及主要用途1）碳素结构钢 牌号：例如 Q 235 A F，表示屈服强度为235MPa的A级质量的碳素结构钢，属于沸腾钢。此类钢通常不处理，用于受力不大的非重要场合。任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢P.30 牌号：用两位平均含碳量的万分数表示。如：45号钢表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。 08F 、10、15、20、

26、25、30、35、40、45、45Mn、50、55、60、65Mn、70 低碳钢 中碳钢 高碳钢 热处理：此类钢通常要通过热处理来提高力学性能。 用途：用于汽车上比较重要的零件。如轴、齿轮、弹簧等。 2）优质碳素结构钢 碳素工具钢的含碳量在0.7%1.4%。其牌号以“T”后面加数字表示钢中平均含碳量的千分数，若是高级优质碳素工具钢，则在数字后面加“A”，如T10A等 3）碳素工具钢 2.合金结构钢 合金结构钢用于制造重要工程构件和机器零件，是合金钢中用途最广、用量最大的一种钢。按用途的不同，合金结构钢可以分为以下四种1.合金钢的分类 合金钢的种类繁多、分 类方法有多种 ，常见 的分类方法有以下

27、两种： 1）按其合金元素总含量的多少分类： 低合金钢：中合金钢 ：高合金钢 2) 按用途分类： 合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢 合金渗碳钢 、 合金调质钢、 合金弹簧钢、 滚动轴承钢任务二 汽车常用金属材料 二、合金钢P.30 1）合金刃具钢 合金刃具钢主要是制造切削金属用的刀具材料。2.合金工具钢 2） 合金模具钢 合金模具钢主要用于制造各种金属成型用的工、模具，一般分为冷变形模具钢和热变形模具钢。 3）合金量具钢任务二 汽车常用金属材料 二、合金钢P.30 1. 白口铸铁（少用） 2. 灰铸铁 灰铸铁断口呈暗灰色，是使用最广泛的一种铸铁，因为其铸造性能、切削加工性、耐磨性能和减振性等都

28、优于其他铸铁，且生产方便，成品率高，成本低。图 2-2-7 发动机汽缸体任务二 汽车常用金属材料 三、铸铁P.35 牌号 如：HT200 HT350 3球墨铸铁 球墨铸铁是力学性能最好的一种铸铁，与钢接近。球墨铸铁还可以通过热处理。常用于制造柴油机曲轴、凸轮轴、齿轮、连杆（见图2-2-8）。 牌号 如：QT40018 QT9002 4可锻铸铁 5. 蠕墨铸铁 为了实现汽车轻量化，各汽车制造厂家都扩大了铝、镁合金和塑料的应用。铝及铝合金的密度小，属轻金属。若采用铝合金制造汽车的缸体和车身，整个汽车的自重可减轻40%，这样，汽车的速度和载重增大了，而蚝油量却能相应的减小。任务二 汽车常用金属材料

29、四、铝及铝合金P.37 铜合金具有良好的导电性、导热性、耐磨性和耐腐蚀性，在汽车上有广泛的用途。任务二 汽车常用金属材料 五、铜及铜合金P.39任务三 汽车材料的热处理 一、普通热处理P.37 钢的热处理：加热、保温、冷却 普通热处理方法：正火、退火、淬火、回火。 回火：钢淬火后要及时回火。 低温回火 中温回火 高温回火 有些零件如齿轮、销轴等，使用时希望它的心部保持一定的韧性，又要求表面层具有耐磨性、抗蚀性、抗疲劳性。这些性能可通过表面热处理来得到。1表面淬火 方法：钢的表面淬火是通过快速加热，将钢件表面层迅速加热到淬火温度，不等热量传到工件内层就予以快速冷却下来的热处理工艺。 1) 火焰加热表面淬火 2) 感应加热表面淬火 任务三 汽车材料的热处理 二、表面热处理P.372表面化学热处理 渗碳、氮化 表2-4-1 汽车常用塑料的种类、特性及用途 用塑料代替金属，既可获得汽车轻量化的效果，还可改善汽车某些性能，如耐磨、防腐、避振、减少噪声等。任务四 汽车非金属材料 一、塑料P.37常