汽车机械基础培训课件 2

汽车机械基础模块二汽车工程材料基础知识知识点一金属材料的性能知识点三钢的热处理知识点二汽车常用金属材料知识点四汽车常用非金属材料模块二汽车工程材料基础知识能力目标了解汽车常用工程材料的工艺性能；熟悉金属材料的力学性能指标、含义及测量方法；能够识读碳素钢、合金钢的牌号，熟悉其在汽车上的应用；了解有色金属及非金属材料的类型、牌号与性能；熟悉常用热处理方法及其对金属材料性能的影响。模块二汽车工程材料基础知识

案列导入

工程材料主要是指用于机械、车辆、船舶、建筑、化工、能源、仪器仪表、航空航天等工程领域中的材料。它包括用于制造工程构件、机械零件以及工具的材料和具有特殊性能的材料。汽车工程材料是指用于制造汽车零部件的材料，汽车常用工程材料如图所示。

金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两方面。使用性能是指在正常使用条件下，零部件材料所表现出来的性质和适应能力，如物理性能、化学性能和力学性能等。工艺性能是指材料在各种加工过程中所表现出来的适应能力和加工难易程度。工艺性能主要包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能。金属材料的力学性能是最为基本和重要的，它是产品设计、材料选择、工艺评定及材料检验的主要依据。知识点一金属材料的性能金属材料的力学性能

一、

金属材料受载荷作用而发生的几何形状和尺寸的变化称为变形，变形有弹性变形和塑性变形两种；根据作用的载荷方向不同，变形又分拉压、弯曲、剪切、扭转等形式。知识点一金属材料的性能构建基本变形形式知识点一金属材料的性能

材料在外力作用下所表现出来的一系列特性和抵抗破坏的能力称为力学性能。金属材料的力学性能又称机械性能。力学性能对金属材料的使用性能和工艺性能有着非常重要的影响。金属材料的主要力学性能有强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。知识点一金属材料的性能1.强度低碳钢拉伸应力-应变曲线知识点一金属材料的性能

1）弹性阶段（Ob段）

在该段内，如果解除拉力F，则试样所产生的变形也随之消失，这种变形称为弹性变形，因此ob段称为弹性阶段。弹性阶段内的Oa为一直线，在该段内，应力与应变成正比，材料服从胡克定律，即：σ=Eε式中E为与材料有关的比例常数，称为弹性模量。直线Oa的最高点所对应的应力，称为比例极限，用σp来表示。知识点一金属材料的性能2）屈服阶段段（bc段）当应力超过弹性极限后继续加载，应变会急剧地增加，而应力在很小的范围内波动，σ—ε曲线形成小锯齿形线段。这种应力基本保持不变，而应变显著增加的现象，称为屈服或流动。在屈服阶段内的最高应力和最低应力分别称为上屈服极限和下屈服极限。上屈服极限的数值与试样形状、加载速度等因素有关，一般不稳定。而下屈服极限则有比较稳定的数值，能够反应材料的性能，通常就把下屈服极限称为屈服极限或称屈服强度，用σs表示。σs是衡量材料强度的重要指标。知识点一金金属属材料的性性能3）强化阶段段（cd段）过了屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增加拉力。这种现象称为材料的强化。强化阶段的最高点d所对应的应力σb是材料所能承受的最大应力，称为强度极限或抗拉强度，它表示材料抵抗断裂所能承受的最大应力。σb也是衡量材料强度的重要指标。知识点一金金属属材料的性性能4）颈缩阶段段（de段）过d点后，即应力达到强度极限后，在试样的某一局部范围内，横向尺寸突然急剧缩小，形成颈缩现象，如图所示。在σ-ε曲线图上，用原始横截面面积A算出的应力σ随着横截面面积的迅速减小而下降到e点，试样被拉断。颈缩现象知识点一金金属属材料的性性能2.塑性材料经受较大塑性变形而不破坏的能力称为塑性。材料的塑性用伸长率或断面收缩率来表示。设试样拉断后的标距长度为l1，原始长度为l，则伸长率定义为：

设试样的原始横截面面积为A，拉断后颈缩处的最小截面面积变为A1，断面收缩率定义为：

知识点一金金属属材料的性性能3.硬度1）布氏硬度度布氏硬度试验原理根据GB/T231.1—2009规定：布氏硬度试验是用一定直径的钢球或硬质合金球，以相应的试验力F压入试样表面，保持一定时间后，卸除试验力，用测量表面压痕直径d来计算硬度的一种压痕硬度试验，其试验原理如图所示。知识点一金金属属材料的性性能2）洛氏硬度度洛氏硬度的测定是在洛氏硬度试验机上进行的，其试验原理如图所示。洛氏硬度测试原理图知识点一金金属属材料的性性能3）过渡配合合可能具有间隙或过盈的配合为过渡配合。此时，孔的公差带与轴的公差带相互交叠，其极限值为最大间隙和最大过盈，如图所示。过渡配合主要用于孔、轴的定位连接。过渡配合知识点一金金属属材料的性性能维氏硬度试验基本上和布氏硬度试验相同，但压头改用相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石，以选定的试验力49.03~980.7N压入试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力，用测量压痕对角线的长度来计算硬度。维氏硬度值用HV来表示，如700HV30/20表示用30kgf载荷保持20s测定的维氏硬度值为700（载荷保持时间10~15s不标注）。3）维氏硬度度知识点一金金属属材料的性性能4.冲击韧性冲击载荷是一种突然作用的载荷，通常以高速作用在零件上，比静载荷作用的破坏性大得多。许多机械零件和工具在工作中往往要受到冲击载荷的作用，如发动机活塞销、冲模和锻模等。材料抵抗冲击载荷的能力称为材料的冲击韧性，冲击韧性常用一次摆锤冲击试验来测定，冲击试验原理如图所示。冲击试验原理知识点一金金属属材料的性性能5.疲劳强度在静载荷作用下，零件所受的外力小于抗拉强度时，材料是不会断裂的。零件在交变载荷作用下，应力远低于该材料的强度极限，甚至低于屈服极限时就会发生断裂，这种现象称为金属的疲劳，由此引起的断裂称为疲劳断裂。疲劳曲线示意图知识点一金金属属材料的性性能铸造是将熔化了的金属液浇入已经制好的铸型型腔，经冷却凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件毛坯的一种热加工工艺方法。铸造性能是指金属融化成液态后，在铸造成型时所具有的一种特性，它常用金属的液态流动性、冷却时的收缩率和凝固后的偏析等指标衡量。铸造生产所采用的材料是铸造性能较好的铸铁、有色金属及铸钢。汽车发动机上的气缸盖、气缸体、活塞、变速器箱体、转向器壳体等均是由金属材料铸造而成的。1.铸造性能金属材料的的工艺性能能二、知识点一金金属属材料的性性能锻造是在锻压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。锻造性能是指金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度。其优劣取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性好的金属变形时不易开裂；变形抗力小的金属锻压时省力，而且工（模）具不易磨损。例如，碳钢在加热状态下锻造性能较好，铸铁则不能锻造。2.锻造性能知识点一金金属属材料的性性能3.焊接性能焊接是通过加热和（或）加压，使两块分离的金属达到原子结合且不可拆卸连接的一种加工方法，包括熔焊、压焊、钎焊等，其特点是可以小拼大，采用双金属结构、简化结构等。焊接性能是指金属材料在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。焊接性能好的金属能获得没有裂纹、气孔等缺陷的焊缝，并且焊接接头具有比较好的机械性能。知识点一金金属属材料的性性能4.切削加工性能切削加工性能是指对材料进行切削加工的难易程度和切削加工后材料的表面质量，其难易程度与金属的强度、硬度、塑性和导热性有关。金属的切削性能包括几个方面：允许的切削速度，经切削后能达到的表面粗糙度，切削时的动力消耗及对刀具的磨损程度等。切削加工性能好的金属对刀具磨损量小、切削用量大、加工表面精度高。知识点一金金属属材料的性性能5.热处理性能热处理是采用适当的方式对金属工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。热处理的方法有普通热处理（淬火、回火、退火、正火），表面热处理（只改变金属表层的性能），表面化学热处理（既改变表层化学成分，也改变表层性能）等。热处理性能是指金属材料经热处理后所能获得不同力学性能的可能性，一般可以通过热处理来提高金属材料的力学性能。非铁合金一般不易进行热处理，通常碳钢、合金钢可以用热处理来改变其内部结构组织，达到改善材料的力学性能的目的。知识点一金金属属材料的性性能金属材料与陶瓷材料，以及高分子材料为现代工业三大固体工程材料。工业上，通常把金属材料分为两大类：铁碳合金和非铁合金。铁碳合金是指以铁和碳为主要元素组成的合金，也称为黑色金属，钢铁材料都是铁碳合金；非铁合金是指除钢铁材料以外的其他所有金属材料，如铝、铜、镁及其合金，也称为有色金属。知识点二汽汽车车常用金属属材料根据含碳量和组织成分的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和白口铸铁三类。含碳量小于0.02%的铁碳合金称为工业纯铁含碳量在0.02%~2.11%的铁碳合金称为钢。含碳量在2.11%~6.69%的铁碳合金称为白口铸铁。知识点二汽汽车车常用金属属材料知识点二汽汽车车常用金属属材料钢和铸钢一、1.碳素钢碳素钢又称碳钢，是含碳量小于2.11%（实际在1.35%以下）的铁碳合金，并含有冶炼中难以除净的少量杂质，如硅、锰、硫、磷等。碳钢具有较好的机械性能，良好的工艺性能，价格低廉、品种多样，能够满足各种场合机械加工用钢的使用要求，碳钢约占钢总产量的90%以上。知识点二汽汽车车常用金属属材料分类方法名称特点按钢的含碳量低碳钢含碳量ωc<0.25%中碳钢含碳量ωc=0.25~0.6%高碳钢含碳量ωc>0.6%按钢的质量普通碳素钢ωS≤0.05%，ωP≤0.045%，用于各类工程上优质碳素钢ωS≤0.035%，ωP≤0.035%，热处理后使用高级碳素钢ωS≤0.025%，ωP≤0.025%，用来制造工具和要求特别高的零件按钢的用途碳素结构钢主要用来制造各种工程构件（如机架、桥梁等）。一般为中、低碳钢。碳素工具钢主要用来制造各种刃具，模具和量具等。一般为高碳钢。1）碳素钢的的分类知识点二汽汽车车常用金属属材料2）常用碳素素钢的性能能、品牌和和用途碳素结构钢钢：碳含量较低低，而硫、、磷等含量量较高，故故强度不高高，但塑性性、韧性较较好，焊接接性能好，，价格低廉廉。碳素结结构钢的规规定牌号有有：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五类；优质碳素结结构钢：含碳量0.05%～0.9%，有害杂质质含量很少少。应用广广泛，常制制造各种较较重要的机机械零件，，比如汽车车中的大部部分零件；；碳素工具钢钢：这类钢常用用于制造刃刃具、量具具、模具等等。知识点二汽汽车车常用金属属材料2.合金钢为改善碳钢的组织和性能，在碳钢基础上有目的地加入一种或几种合金元素所形成的铁基合金，称为低合金钢或合金钢。通常加入的合金元素有：硅Si、锰Mn、铬Cr、镍Ni、钼Mo、钨W、钒V、钛Ti等。1）低合金结构钢2）合金结构钢3）合金工具钢4）滚动轴承钢5）特殊性能钢知识点二汽汽车车常用金属属材料3.铸铁1）铸铁的类类型类型特点白口铸铁碳主要以渗碳体形式存在，其断口呈银白色。其性能既硬又脆，很难进行切削加工，主要用作炼钢原料，很少直接用来制造机械零件。麻口铸铁碳大部分以渗碳体形式存在，少部分以石墨形式存在。其断口呈灰白色相间成麻点，应用价值不大。灰铸铁碳主要以片状石墨形式存在，其断口呈灰色。是应用最广泛的一类铸铁。可锻铸铁碳主要以团絮状石墨形式存在，从而具有较高的韧性和塑性。球墨铸铁碳主要以球状石墨形式存在，因而具有更高的机械性能，并且可采用热处理强化，使其机械性能进一步提高。知识点二汽汽车车常用金属属材料2）常用的铸铸铁品牌和和类型（1）碳素结构钢（2）优质碳素结构钢（3）碳素工具钢知识点二汽汽车车常用金属属材料有色金属及及其合金二、有色金属与铁碳合金相比，产量低、价格高。但有色金属具有某些特殊的优越性能，如密度小、比强度高、耐腐蚀性好、导电性好等，成为现代工业中不可缺少的材料，在现代汽车上的用量逐年增加。近年来在轿车制造行业采用铝、镁、钛等轻金属替代钢铁材料减轻自重是轿车轻量化的一个重要手段。知识点二汽汽车车常用金属属材料1.铝及铝合金1）工业纯铝铝在工业生产产中，铝及及其合金的的应用量仅仅次于钢铁铁，居有色色金属的首首位，广泛泛用于食品品、电力和和飞机制造造业，是航航空工业的的主要原材材料。纯铝是银白白色的金属属，密度小小，导电性性和导热性性仅次于铜铜、银、金金，且价格格较低，资资源丰富。。具有良好好的加工性性能和焊接接性能，具具有良好的的抗大气腐腐蚀能力。。知识点二汽汽车车常用金属属材料通常在铝中中加入一定定量的其他他元素以制制成具有较较高强度的的铝合金。。根据其成分分和生产工工艺特点，，可将铝合合金分为变形铝合金金（或称压力力加工铝合合金）和铸造铝合金金两类。2）铝合金知识点二汽汽车车常用金属属材料知识点二汽汽车车常用金属属材料2.铜及铜合金

1）纯铜

2）黄铜知识点二汽汽车车常用金属属材料3.滑动轴承合金发动机的主轴承、曲柄销轴承、活塞销轴承以及摇臂轴承等都是滑动轴承，用来制造滑动轴承中轴瓦或内衬的合金称为滑动轴承合金。滑动轴承起支承作用，而且在运转中轴与轴瓦之间有强烈的摩擦。常用的滑动轴承合金主要有锡基轴承合金（如ZSnSb12Pb10Cu4、ZSnSb8Cu4）、铅基轴承合金（如ZPbSb15Sn10、ZPbSb10Sn6）、铜基轴承合金（如ZCuPb30、ZCuSn10P1）等。锡基和铅基轴承合金又称为巴氏合金，是应用广泛的轴承合金。金属材料的热处理是指金属材料在固态下，采用适当的方式对其进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织结构，从而获得所需性能的一种工艺方法。钢的热处理方法有退火、正火、淬火、回火及各种表面热处理等。通过适当的热处理可以充分发挥材料的潜力，显著提高材料的力学性能，延长零件的使用寿命，还可以消除铸、锻、焊等加工所引起的内应力和各种缺陷，为后续的工序做好准备。知识点三钢钢的的热处理钢的退火与与正火一、1.退火退火是将工件加热到一定温度并保温，然后再随炉缓慢冷却的一种热处理工艺。（1）完全退火。钢加热到Ac3以上30℃～50℃，保温一定时间，随炉冷却到600℃以下，出炉后空冷。（2）球化退火。将钢加热到Ac1以上30℃～50℃，经充分保温后缓冷到600℃出炉空冷。（3）去应力退火。将钢加热到Ac1以下某一温度（一般为600℃），保温后随炉冷却的一种热处理工艺，又称低温退火。知识点三钢钢的的热处理2.正火

（1）作为重要零件的预备热处理。

（2）作为普通结构钢零件的最终热处理。正火是将钢加热到Ac3或Accm以上50℃～70℃，保温一定时间，出炉后在静止的空气中冷却的热处理工艺。知识点三钢钢的的热处理淬火是将钢加热到Ac3或Accm以上30℃～50℃，保温后在淬火介质中进行快速冷却的一种热处理工艺。其目的是获得马氏体组织，使钢具有高硬度和高耐磨性。淬火是强化钢材的重要方法。钢的淬火与与回火二、1.淬火知识点三钢钢的的热处理将淬火钢重新加热到Ac1以下某一温度，保温后以一定的速度冷却至室温的工艺称为回火，回火通常是热处理的最后一道工序。2.回火知识点三钢钢的的热处理

（1）低温回火（2）中温回火（3）高温回火

知识点三钢钢的的热处理钢的表面热热处理二、1.表面淬火表面淬火是是将钢件的的表面层淬淬透到一定定的深度，，而心部仍仍保持未淬淬火状态的的一种局部部淬火方法法。表面淬淬火是通过过快速加热热使钢件表表面层很快快达到淬火火温度，在在热量来不不及传到工工件心部就就立即冷却却，实现局局部淬火。。表面淬火的的目的在于于获得高硬硬度、高耐耐磨性的表表层，而心心部仍然保保持原有的的良好韧性性，常用于于机床主轴轴、齿轮、、发动机的的曲轴等。。表面淬火所所采用的快快速加热方方法有多种种，如电感感应、火焰焰、电接触触、激光等等。目前应应用最广的的是电感应应加热法。。知识点三钢钢的的热处理表面化学热处理是将零件置于一定化学介质中加热到一定温度，使介质中的一种或几种元素渗入零件表面的一种热处理工艺。其目的是通过改变零件表层化学成分和组织来改善表面的力学性能和理化性能。2.表面化学热处理知识点三钢钢的的热处理

（1）渗碳（2）渗氮（3）碳氮共渗知识点三钢钢的的热处理有机高分子子材料一、高分子材料料是相对分分子量在5000以上的有机机化合物的的总称，也也叫高聚物物或聚合物物。缺点是强度度、刚度不不够大，易易老化，一一般不适于于做结构件件。按热性能及及成型特点点分为热固固性和热塑塑性；按用用途分为塑塑料、合成成橡胶、胶胶粘剂等。。知识点四汽汽车车常用非金金属材料塑料是以有机合成树脂为主要原料，并加入某些添加剂，在一定的温度和压力下塑造各种形状制品的高分子材料。它具有质量轻、耐磨、吸振、耐腐蚀、绝缘、可以着色、易于加工成形等优点，因而得到了广泛应用。1.塑料知识点四汽汽车车常用非金金属材料1）塑料的组组成大多数塑料是以合成树脂为基础，再加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成。合成树脂是主要组成物，它决定塑料性能，含量一般为30%～100%。大多数塑料都是以树脂名称来命名的。填充剂的作用是调整塑料的物理化学性能，提高材料强度，扩大使用范围以及减少合成树脂的用量，降低塑料成本。知识点四汽汽车车常用非金金属材料2）塑料的分类按树脂的热性能可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。按使用范围可分为通用塑料和工程塑料两大类。知识点四汽汽车车常用非金金属材料3）塑料的在在汽车上的的应用塑料在汽车上的应用越来越多，范围涉及汽车的内饰件、外装件、功能件，如保险杠、散热器护栅、仪表板、燃油箱等。目前，塑料在汽车上的用量约占全车重量的9%左右。塑料在汽车上的应用见表2-4。知识点四汽汽车车常用非金金属材料2.橡胶橡胶是以生橡胶（简称生胶）为主要原料，加入各种适量的配合剂制成的。橡胶是具有高弹性的高分子材料，具有弹性模量低、弹性极限高、耐疲劳、易硫化黏合等性能。有些胶种还具有耐油、耐化学介质、气密性好及耐高温等性能。橡胶是常用的弹性、密封、减振、防振和传动材料。知识点四汽汽车车常用非金金属材料1）橡胶的分分类可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。天然橡胶是以天然橡胶树上流出的胶乳，经过处理后制成的。合成橡胶是以石油、天然气、煤等为原料，加入适量的配合剂通过化学合成的方法制成的与天然橡胶性能相似的高分子材料。知识点四汽汽车车常用非金金属材料2）橡胶的主主要特性极高的弹性，良好的热可塑性、黏着性、绝缘性和良好的耐腐蚀性、密封性和耐寒性等。但是橡胶的导热性能差，抗拉强度低，尤其容易老化。橡胶的老化是指随着时间的增加，橡胶出现变色、发黏、变硬、变脆及龟裂等现象。为防止橡胶老化，延长橡胶制品的寿命，在橡胶制品的使用中应避免与酸、碱、油及有机溶剂接触，尽量减少受热、日晒和雨淋等。知识点四汽汽车车常用非金金属材料3）橡胶的在在汽车上的的应用种类代号主要特性应用举例天然橡胶NR强度高，耐磨性、抗撕裂性、耐寒性、气密性和加工性能良好，但耐高温性、耐油性较差，易老化轮胎、胶带、胶管和通用橡胶制品等丁苯橡胶SBR耐磨性优良，耐老化性、耐热性优于天然橡胶，机械性能和天然橡胶相近，但加工性能和粘着性较天然橡胶差轮胎、胶带、胶管、摩擦片和通用橡胶制品等氯丁橡胶CR机械性能良好，耐老化性、耐腐蚀性、耐热性、耐油性较好，但密度大，绝缘性、耐寒性较差，加工时易粘连广泛用于制造轮胎胎侧、耐热运输带、耐油耐蚀胶管、汽车拖拉机配件、门窗密封条丁基橡胶JIR气密性好，吸振能力强，化学稳定性，耐老化性，耐气候性，耐酸性、耐碱性良好，但耐油性，加工性能差轮胎内胎、胶管、电线护套和减振元件等丁腈橡胶NBR优良的耐油性，耐热性、耐磨性、耐老化性，气密性较好，但加工性能差广泛用于耐油橡胶制品如油封、轴封、垫圈等，还可以制造耐油胶卷、输送带等知识点四汽汽车车常用非金金属材料陶瓷材料二、所有无机非非金属材料料的简称；；主要指陶瓷瓷、玻璃，，还包括搪搪瓷、石膏膏、水泥、、石英等；；共同特征是是：耐热性性优良；除除绝缘性、、半导体性性之外，还还具有磁性性、介电性性等多种功功能；不易易变形，断断裂时属于于脆性破坏坏；韧性低低。知识点四汽汽车车常用非金金