汽车零件的选材

选材方法与步骤汽车零件的选材

1）周密分析零件的工作特性和使用条件。找出主要损坏形式，提出主要抗力指标，如表1-6所示。2）根据零件的工作条件，提出必要的设计制造技术条件。3）根据所提出的技术条件、要求，结合考虑工艺性、经济性，对材料进行预选择.(可以通过与相类似机器零件的比较和已有的实践经验的判断，或者通过各种材料选用手册来进行选择)。4)预选方案材料进行计算，以确定是否能满足上述工作条件要求。5)二次（或最终）选择。选择方案可以是若干种方案。6)通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验，最终确定合理选材方案。7)最后，在中试生产的基础上，接受生产考验，以检验选材的合理与否。

选材方法与步骤:图1-12零件的一般选材步骤1典型汽车零件的选材

2金属材料在汽车上的应用八、金属材料在汽车上的应用菜单1）汽车齿轮的选材

（1）汽车齿轮的工作条件

（2）汽车齿轮的主要失效形式

1典型汽车零件的选材（3）对汽车齿轮的性能要求

1）高的弯曲疲劳强度；

2）高的接触疲劳强度、耐磨性；

3)较高的强度和冲击韧性；

4)较好的热处理性能，热处理变形小。（4）典型汽车齿轮选材

汽车齿轮用材是合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi，并经渗碳、淬火和低温回火。渗碳、淬火、回火后，还可采用喷丸处理，增大表面应力，有利于提高疲劳强度，并清除氧化皮。（5）合金渗碳齿轮的工艺路线

下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬火及低温回火→喷丸→磨削加工图2-53汽车变速齿轮

2）汽车发动机曲轴

（1）汽车发动机曲轴的工作条件曲轴在工作中受到弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力。而且，应力分布极不均匀；曲轴颈与轴承还发生滑动摩擦。

（2）曲轴的主要失效形式疲劳断裂和轴颈严重磨损两种。（3）对曲轴的性能要求：

1）高的强度；

2）一定的冲击韧度；

3）足够的弯曲、扭转疲劳强度；

4）足够的刚度；轴径表面有高的硬度和耐磨性。（4）典型曲轴的选材

锻钢曲轴一般采用优质中碳钢和中碳合金钢制造，如30、45、35Mn2、40Cr、35CrMo等。铸造曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等制造，如ZG230-450、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。（5）曲轴典型的工艺路线

可根据材质不同分为两类：

1）铸造曲轴的典型工艺路线：

铸造→高温正火→高温回火→切削加工→轴颈气体渗碳

2）锻钢曲轴的典型工艺路线：

下料→模锻→调质→切削加工→轴颈表面淬火3）汽车板簧

（1）汽车板簧失效形式及性能要求

汽车板簧用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击荷载。汽车板簧的主要失效形式为刚度不足引起的过度变形或疲劳断裂。因此，对汽车板簧的性能要求是材料要有较高的屈服强度和疲劳强度。（2）典型板簧选材

汽车板簧一般选用弹性高的合金弹簧钢来制造，如65Mn、65Si2Mn钢等。对于中型或重型汽车，板簧还采用50CrMn、55SiMnVB钢；对于中型载货汽车用的大截面积板簧，则采用55SiMnMoV、55SiMnMoVNb钢制造。（3）工艺路线

热轧钢板冲裁下料→压力成型→淬火→中温回火→喷丸强化

喷丸强化也是表面强化的手段，目的是提高零件的疲劳强度。（一）汽车结构零件用材

1）发动机缸体和缸套材料

缸体常用的材料有灰铸铁和铝合金两种。铝合金的密度小，但刚度差、强度低、价格贵。所以，除了某些发动机为减轻重量而采用铝合金外，一般缸体材料均采用灰铸铁。2金属材料在汽车上的应用汽缸的缸体一般采用普通铸铁或铝合金，而汽缸工作面则用耐磨材料，制成缸套镶入汽缸。

常用缸套材料为耐磨合金铸铁，主要有高磷铸铁、硼铸铁、合金铸铁等。为了提高缸套的耐磨性，可以用镀铬、表面淬火、喷镀金属钼或其他耐磨合金等办法对缸套进行表面处理。2）发动机缸盖

缸盖主要用来封闭汽缸构成燃烧室。目前使用的缸盖材料有两种：一种是灰铸铁或合金铸铁；另一种是铝合金。铸铁发动机缸盖具有高温强度、铸造性能好、价格低等优点，但其导热性差、重量轻，但其高温强度低，使用中容易变形、成本较高。3）活塞组

活塞、活塞销和活塞环等零件组成活塞组。常用的活塞材料是铝硅合金，其性能特点是导热性好、密度小、膨胀系数减小，耐磨性、耐蚀性、硬度、刚度和强度提高。铝硅合金活塞需进行固溶处理及人工时效处理，以提高表面硬度。活塞销材料一般用20、20Cr、20CrMnTi等低碳、低碳合金钢，表面进行渗碳或碳氮共渗处理，以满足材料外表面硬而耐磨、内部韧而耐冲击的要求。活塞环材料目前一般多用珠光体基体的灰铸铁或在灰铸铁基础上添加一定量的铜、铬、钼及钨等合金元素的合金铸铁，也有的采用球墨铸铁或可锻铸铁。为了改善活塞环的工作性能，活塞环宜进行表面处理。目前应用最广泛的是镀铬，可使活塞环的寿命提高２～３倍。其他表面处理的方法还有喷钼、磷化、氧化、涂敷合成树脂等。连杆材料一般采用45钢、40Cr或40MnB等调质钢。合金钢虽具有很高强度，但对应力集中很敏感。气门

进气门一般可用40Cr、35CrSi、

38CrSi、42Mn2V等合金钢制造；而排气门则要求用高铬耐热钢制造，采用4Cr10Si2Mo作为气门材料时工作温度可达550~650℃。半轴

汽车半轴通常选用调质钢制造。中、小型汽车的半轴一般用45钢、40Cr，而重型汽车则用40MnB

、40CrNi或40CrMnMo等淬透性较高的合金钢制造。半轴加工中常采用喷丸处理及滚压凸缘根部圆角等强化方法。螺栓、铆钉等冷镦零件

常用的螺栓材料有10、15（木螺栓，铆钉）、35(普通螺栓)、40Cr和15MnVB(重要螺栓)等。（二）汽车冷冲压零件用材

在汽车零件中，冷冲压零件种类繁多，约占总零件数的50%～60%。汽车冷冲压零件的材料有钢板和钢带，其中主要是钢板，包括热轧钢板和冷轧钢板，如08、20、25和Q345等。热轧钢板主要用来制造一些承受一定荷载的结构件，如保险杠、刹车盘、纵梁等。这些零件不仅要求钢板具有一定刚度、强度，而且还要具有良好的冲压成型性能。冷轧钢板主要用来制造一些形状复杂，受力不大的机器外壳、驾驶室、轿车的车身等覆盖零件。这些零件对钢板的强度要求不高，但却要求具有优良的表面质量和冲压性能，以保证高的成品合格率。近年开发的加工性能良好、强度（屈服强度和抗拉强度）高的薄钢板——高强度钢板，由于其可降低汽车自重、提高燃油经济性而在汽车上获得应用，如已用于制造车身外面板（包括车顶、前脸、后围、发动机罩、车门、行李箱等）、车身内蒙保险杠、横梁、边梁、支架、发动机框架等。九、非金属材料在汽车上的应用非金属材料指工程材料中除金属材料以外的其他一切材料。非金属材料的原料来源广泛，自然资源丰富，成形工艺简单，具有一些特殊性能，应用日益广泛，已成为机械工程材料中不可缺少的重要组成部分。在机械工程中常用的非金属材料主要包括高分子材料、陶瓷材料和复合材料。

菜单1高分子材料高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。高分子化合物是指相对分子质量(分子量)很大的化合物，其分子量一般在5000以上。高分子化合物包括有机高分子化合物和无机高分子化合物两类。有机高分子化合物又分为天然的和合成的。机械工程中使用的高分子材料主要是人工合成的有机高分子聚合物（简称高聚物），例如塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料和胶接剂等。高聚物是通过聚合反应以低分子化合物结合形成的高分子材料。（一）塑料1）塑料的组成塑料是以合成树脂为主要成分，加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成的高分子材料。树脂的种类、性能、数量决定了塑料的性能，因此，塑料基本上都是以树脂的名称命名的，例如聚氯乙烯塑料的树脂就是聚氯乙烯。工业中用的树脂主要是合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。2）塑料的特性(1)质轻、比强度高塑料的密度为0.9～2.2g／cm3，只有钢铁的1／8～1／4。泡沫塑料的密度约0．01g／cm3。塑料的强度比金属低，但比强度高。这对减轻机械产品的重量具有重要意义。(2)化学稳定性好塑料能耐大气、水、碱、有机溶剂等的腐蚀。例如，聚四氟乙烯在沸腾的“王水”中仍很稳定。(3)优异的电绝缘性塑料有良好的电绝缘性，介质损耗小，其电绝缘性可与陶瓷、橡胶等绝缘材料相媲美。(4)减摩、耐磨性好塑料的硬度低于金属，但多数塑料的摩擦系数小，有些塑料(如聚四氟乙烯、尼龙等)具有自润滑性。因此，塑料可用于制作在无润滑条件下工作的某些零件。

(5)消声和吸振性好塑料轴承和齿轮工作时平稳无声，大大减小了噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音材料。(6)成形加工性好塑料有注射、挤压、模压、浇塑等多种成形方法，且工艺简单，生产率高。(7)耐热性差多数塑料只能在100℃左右使用，少数品种可在200℃左右使用；易老化(因光、热、荷载、水、碱、酸、氧等的长期作用，使塑料变硬、变脆、开裂等现象，称老化)；导热性差，约为金属的1／500；热膨胀系数大，约为金属的3至10倍。3）常用塑料类零件各种把手、仪表盘、坐垫、保险杠等。（二）橡胶1）橡胶的组成与性能

橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的高分子材料。橡胶具有弹性大（最高伸长率可达800％～1000％，外力去除后能迅速恢复原状），吸振能力强，耐磨性、隔声性、绝缘性好，可积储能量，有一定的耐蚀性和足够的强度等优点，其主要缺点是易老化。

2）常用橡胶类零件种类名称（代号）σb/MPaδ/%使用温度t/℃回弹性耐磨性耐碱性耐酸性耐油性耐老化用途举例通用橡胶天然橡胶（NR）17～35650～900-70～110好中好差差轮胎、胶带、胶管丁苯橡胶（SBR）15～20500～600-50～140中好中差差好轮胎、胶板、胶布、胶带、胶管顺丁橡胶（BR）18～25450～800-70～120好好好差差好轮胎、v带、耐寒运输带、绝缘件氯丁橡胶（CR）25～27800～1000-35～130中中好中好好电线(缆)包皮，耐燃胶带、胶管，汽车门窗嵌条，油罐衬里丁腈橡胶（NBR）15～30300～800-35～175中中中中好中耐油密封圈、输油管、油槽衬特种橡胶聚氨酯橡胶（UR）20～35300～800-30～80中好差差好耐磨件、实心轮胎、胶辊氟橡胶（FPM）20～22100～500-50～300中中好好好好高级密封件，高耐蚀件，高真空橡胶件硅橡胶4～1050～500-100～300差差好中差好耐高、低温制品和绝缘件（三）复合材料复合材料由两种或两种以上性质不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料，称为复合材料。1）复合材料的分类按基体不同，分为两类：非金属基复合材料和金属基复合材料。按增强相的种类和形状不同，分为三类：颗粒复合材料、层叠复合材料和纤维增强复合材料。按性能，分为结构复合材料、功能复合材料等。

2）复合材料的性能1．比强度和比模量高

例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的8倍，比模量(弹性模量与密度之比)比钢大3倍。2．抗疲劳性能好

例如碳纤维-聚酯树脂复合材料的疲劳强度是其抗拉强度的70％-80％，而大多数金属的疲劳强度是其抗拉强度的30％～50％。3．减振性能好

纤维与基体界面有吸振能力，可减小振动。例如，尺寸形状相同的梁，金属梁9s停止振动，碳纤维复合材料制成的梁2.5s就可停止振动。4．高温性能好

一般铝合金在400～500℃时弹性模量急剧下降，强度也下降。碳或硼纤维增强的铝复合材料，在上述温度时，其弹性模量和强度基本不变。此外，复合材料还有较好的减摩性、耐蚀性、断裂安全性和工艺性等。3）常用汽车复合材料1．纤维增强复合材料(1)玻璃纤维增强复合材料(俗称玻璃钢)按黏结剂不同，分为热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢。①热塑性玻璃钢

以玻璃纤维为增强剂，热塑性树脂为黏结剂。与热塑性塑料相比，当基体材料相同时，强度和疲劳强度提高2～

3倍，冲击韧度提高2～

4倍，抗蠕变能力提高2～

5倍，强度超过某些金属。这种玻璃