汽车机械基础课件（35讲）：第2讲 汽车零部件材料的应用

1、课题:汽车应用材料认识汽车机械基础技术应用汽车机械构造总体认识 1发动机2底盘3车身汽车结构组成汽车机械构造总体认识 认识汽车结构零件应用的工程材料；了解金属材料类型、性能特点、牌号及其应用。教学目标汽车机械构造总体认识 教学内容汽车应用材料的组成、分类及应用材料的性能及指标金属材料类型及汽车上应用汽车机械构造总体认识 材料在现代科技中的地位 21世纪三大科技 信息技术 生物技术 纳米材料超微外观 大体结构纳米人工骨一张纳米光盘将可记录1000部电影 材料科学是其基础 能源技术汽车机械构造总体认识 汽车上每个零部件的生产制造都涉及到材料问题。 据统计，汽车上约3万多个零部件采用了4千余种不同的

2、材料加工制造。从汽车的设计、选材、加工制造，到汽车的使用、维修和养护无一不涉及到材料。材料是汽车工业的基础现代汽车要求满足: 安全、舒适、自重轻、污染排放低、能耗小、价格低等要求.材料是首要考虑方面。 汽车机械构造总体认识 1.汽车工程材料: 用于制造零部件的材料。(需了解包括分类、性能、牌号、热处理工艺及应用)2.汽车运行材料 汽车运行过程中所消耗的材料。 （约消耗石油产品的46%）。一、汽车应用材料的组成汽车机械构造总体认识 1.汽车工程材料的分类 金属材料（ 纯金属及合金 ） 黑色金属（ 钢铁 ) 有色金属 (Cu、Al、Ti、Mg ) 非金属材料 有机高分子材料（主要成分、） 塑料、橡

3、胶、合成纤维等 无机材料 玻璃、水泥、陶瓷等 复合材料玻璃纤维增强塑料等汽车机械构造总体认识 金属材料的分类金属钢铁铸铁 钢白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁非合金钢 （碳钢）碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、易切削钢、铸钢合金钢合金结构钢低合金结构钢、渗碳钢、调质钢、滚动轴承钢、弹簧钢、超高强度钢合金工具钢量具刃具钢合金模具钢高速钢冷作模具钢热作模具钢特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢非铁金属 铜、铝、钛、锌、，轴承合金，硬质合金汽车机械构造总体认识 1.成分： 钢中元素及作用基本元素：Fe、C合金元素：为改善钢的性能而有意加入杂质元素：无法去除的有害元素残留元素：为去除杂质

4、元素而加入的元素非合金钢中的常存元素 冷脆性有害矿石中P 热脆性有害矿石中S 溶入F 固溶强化有益炼钢时残留Mn 溶入F 固溶强化有益炼钢时残留Si作用来源碳钢的成分和分类汽车机械构造总体认识 铁碳相图 (Fe-Fe3 C相图)(1) Fe-Fe3 C相图的组元 Fe Fe、-Fe (bcc) 和-Fe (fcc)强度、硬度低，韧性、塑性好。 Fe3 C 熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。(2) Fe-Fe3 C相图的相 Fe3 C （ Cem， Cm，渗碳体） 复杂晶体结构 液相 L 相 （高温铁素体 ） Fe（C）固溶体 相（A ，奥氏体） -Fe（C）固溶体 相 （F，铁素体） -Fe

5、（C）固溶体汽车机械构造总体认识 Fe-C 合金分类工业纯铁 C % 0.0218 %钢 0.0218 % C % 2.11 %亚共析钢 0.77 %共析钢 0.77 % 过共析钢 0.77 %白口铸铁 2.11 % C % 6.69 %亚共晶白口铁 4.3 % 共晶白口铁 4.3 % 过共晶白口铁 4.3 %类型亚共析钢共析钢过共析钢钢号204560T8T10T12碳质量分数0.200.450.600.801.001.20几种常见碳钢.分类 汽车机械构造总体认识 1）按C含量分低C钢w(C) 0.25%中C钢 0.25% w(C) 0.6%高C钢w(C) 0.6%2）按质量分（S、P含量）

6、普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。3）按用途分 碳素结构钢、碳素工具钢。 .分类 汽车机械构造总体认识 钢的牌号及用途碳钢合金钢铸铁汽车机械构造总体认识 用途钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。 热处理：热轧空冷组织：SF多边型角钢螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁汽车机械构造总体认识 普通低合金结构钢牌号 Q 345 C 质量等级345 MPa屈服强度汽车机械构造总体认识 优质碳素结构钢牌号 如 45 钢，含C量为 45 / 10000 = 0.45 % 。 表 优质碳素钢的化学成分和性能钢号化学成分，%s ，MPaCMnSiSP08F10203540455060650.05-0

7、.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.35-0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.030.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0

8、350.0350.0350.0350.035175205245315335355375400420(摘自GB/T699-1999)汽车机械构造总体认识 用途较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。 热处理：渗碳、淬火、回火等。汽车机械构造总体认识 上海桑塔纳发动机曲轴就是采用优质50号中碳素钢锻制而成，先正火后半精加工，最后经中频淬火后再精加工 汽车曲轴汽车机械构造总体认识 渗碳钢渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C: 930，回火：200 ）主 要 化 学 成 分, %预备处理淬火, CMnCr，Ni0.170.240.170.240.500.801.301.600.701.

9、00 880 800水, 油880水, 油0.170.230.170.230.901.200.801.100.901.201.001.30850 油880 870 油钢号20Cr20MnV20CrMn20CrMnTi淬透性低中高18Cr2Ni4WA20Cr2Ni4A0.130.190.170.23W0.81.20.300.601.351.654.04.51.251.653.253.75950 850空 880 780油机械性能bMPasMPa8357855405909301080735835118011808351080aKU2J475547557863汽车机械构造总体认识 热处理组织 表层：

10、回火M +碳化物+ A；心部：低C的回火M（+T + F） 应用 耐磨件 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。 20CrMnTi，汽车齿轮。18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。 渗碳 淬火 低温回火汽车机械构造总体认识 合金渗碳钢的牌号20 Mn2 Ti A等级:高级优质含钛量WTi1.5 %含锰量WMn 2 %含碳量WC 20 %00汽车机械构造总体认识 热处理组织 表层：回火M +碳化物+ A；心部：低C的回火M（+T + F） 应用 耐磨件 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。 20CrMnTi，汽车齿轮。18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。 渗碳 淬火 低温回火汽车机械构造总体认识 以现代轿车

11、用材为例，按照重量来换算，钢材占汽车自重的55%-60%，铸铁占12%-5%，有色金属占6% 10%，塑料占8% 12%，橡胶占4%，玻璃占3%，其他材料（油漆、各种液体等）占12% 6%。2.汽车材料的应用汽车机械构造总体认识 典型合金渗碳钢应用 低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用 于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在4 %左 右。20CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。柴油机凸轮轴活塞销( 20Cr )汽车机械构造总体认识 典型合金渗碳钢应用高淬透

12、性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在 4 % 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大载荷 的耐磨件，如柴油机曲轴。 柴油机曲轴汽车机械构造总体认识 汽车板簧火车螺旋弹簧 65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。大型热卷弹簧汽车机械构造总体认识 例2 金属材料在汽车零部件中的应用：汽车机械构造总体认识 量 具刃 具模 具工具钢应用汽车机械构造总体认识 例3 非金属材料在汽车零部件中的应用：汽车机械构造总体认识 车用汽油 燃料 轻柴油 其它代用燃料 发动机油 车辆齿轮油 润滑油 液力传动油 液压油 润滑脂 制动液 工作液 减振器液 发动机冷却液 制冷剂 轮胎汽

13、车运行材料3.汽车运行材料汽车机械构造总体认识 二.汽车材料的展望汽车工业发展的方向:汽车轻量化和减少污染汽车材料总的发展趋势是： 结构材料中钢铁材料所占比例将逐步下降，有色金属、陶瓷材料、复合材料、高分子材料等新型材料的用量有所上升。在性能可靠的条件下，将尽可能多地采用铝镁合金、复合材料等轻型、新型材料取代钢铁材料。 汽车机械构造总体认识 几种新兴材料简介1.镁合金 magnesium 密度低、比强度和比刚度较高。镁铝钛铁密度1.742.74.57.8 镁、铝合金和复合材料 汽车轻量化的材料 减少油耗镁合金方向盘骨架镁合金汽车轮毂镁合金汽缸盖汽车机械构造总体认识 2.形状记忆合金应用:丰田汽

14、车的散热器护拦活门. 日产汽车冷却风扇离合器.汽车机械构造总体认识 3.复合材料 玻璃纤维增强塑料（玻璃钢） 比强度高、耐腐蚀.汽车机械构造总体认识 三、材料的性能 材料的性能包括使用性能和工艺性能。 使用性能：是指零部件在正常使用条件下材料所表 现出来的性能。 主要包括力学性能、物理性能和化学性能。工艺性能：是指材料在被制成各种零部件的过程中 适应加工的性能。 对于金属材料来讲，工艺性能主要包括了铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能。汽车机械构造总体认识 （一）材料的力学性能 材料的力学性能：是指材料在外加载荷作用 下所表现出来的性能。 包括强度、塑性、硬度、韧度、疲劳

15、强度及断裂韧度等； 力学性能指标：用来表征材料力学性能的各种临界值或规定值.可通过试验测定.汽车机械构造总体认识 （二）材料的理化性能 指材料的固有属性，如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性和色泽等。 1材料的物理性能汽车机械构造总体认识 2.材料的化学性能 化学性能:是指材料抵抗周围介质侵蚀的能力。 对于金属材料来说，指耐蚀性和抗氧化性。 对于非金属材料，还存在着化学稳定性、抗老化能力和耐热性等问题。 （二）材料的理化性能汽车机械构造总体认识 铸造性能：流动性、收缩性、偏析热处理性能：淬透性锻造性能：塑性、变形抗力焊接性能：焊接性、碳当量切削性能：表面粗糙度、刀具寿命 （三）材料的工艺性能 是指材料在被制成各