学习单元2-汽车工程材料课件

汽车机械基础学习单元二汽车工程材料添加你的文本添加你的文本添加你的文本添加你的文本学习任务一学习任务二汽车金属材料的力学性能汽车典型零件选材及热处理添加你的文本添加你的文本学习任务三有色金属与非金属材料在汽车上的应用学习任务一汽车金属材料的力学性能任务描述：低碳钢拉伸试验可以非常形象地描述材料的力学性能，通过绘制低碳钢应力—应变曲线图，使学生熟悉拉伸试验的过程与方法，掌握低碳钢应力—应变曲线图的绘制方法，掌握金属材料的力学性能。学习目标STARTTENENDAB学习金属材料的力学性能学会绘制低碳钢应力—应变曲线图计划与实施一、引导学生分组并结合已经学习的相关知识点，让学生回答以下问题1、什么是拉伸试验？2、什么是应力？什么是应变？3、低碳钢应力-应变曲线图上的横纵坐标分别表示什么？二、学生准备绘制低碳钢应力-应变曲线图的工具，包括绘图纸、铅笔，直尺等。三、拉伸试验。可以采用视频、动画、真实试验演示等方式。四、学生根据拉伸试验中的数据，绘制出低碳钢应力-应变曲线图。填空题1.金属材料的性能一般分为

和

。2.金属材料的使用性能包括

、

、

。3.在生产上最常用的硬度有

、

、

。4.塑性指标用

和

来表示。5.金属材料的工艺性能是指在各种加工条件下表现出来的适应能力，包括

、

、

和

等。6.在测量疲劳强度的试验中，有色金属须经受

次交变载荷作用而不产生断裂。7.塑性是金属材料在静载荷作用下产生

而

的能力。塑性指标用

和

来表示。δ、ψ值越大，表示塑性越

。评价与反馈判断题1.强度极限σb表示材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。（）2.δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。（）3.塑性好的材料制成的零件在使用时也较安全。（）4.布氏硬度用于测定工件的表面硬度。（）5.在测量钢的疲劳强度的试验中，钢须经受无数次交变载荷作用而不产生断裂。（）6.铸造性能主要决定于金属材料熔化后金属液体的流动性、冷却时的收缩率等。（）7.在一般情况下，材料塑性好，锻压性也好。（）评价与反馈判断题8.低碳钢的锻压性比高碳钢的锻压性好。（）9.硬度越低的金属材料越易于切削加工。（）10.强度是衡量金属材料软硬的一个指标。（）11.金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，叫作韧性。（）12.硬度是金属材料在静载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力。（）13.弹性变形能随着载荷的去除而消失。（）14.金属材料的伸长率、断面收缩率数值越大，表明其塑性越好。（）15.金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。（）评价与反馈选择题1.金属材料在静载荷作用下抵抗破坏的能力称为（）。

A.塑性B.硬度C.强度D.刚度2.硬度是衡量金属材料软硬的一个指标，它常用的测试方法有两种，其中（）

应用最广。

A.HBB.HRCC.HV

3.金属材料在静载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力称为（）。

A.塑性B.硬度C.强度D.刚度

4.金属材料抵抗其他更硬的物体压入其表面的能力称为（）。

A.塑性B.硬度C.强度D.刚度

5.在测量疲劳强度的试验中，有色金属须经受（）次交变载荷作用而不产生

断裂，钢须经受（）次交变载荷作用而不产生断裂。

A.无数B.106C.107D.108

6.金属材料的力学性能包括（）。

A.热膨胀性B.强度C.塑性D.硬度评价与反馈选择题7.塑性的主要判断标准是（）。

A.强度B.延伸率C.硬度D.断面收缩率

8.金属材料的抗拉强度是（）值。

A.金属开始出现塑性变形时的应力B.金属出现塑性变形时的应力

C.金属材料在拉断前所能承受的最大应力D.金属材料保持在弹性变形内的最大应力

9.为了保证飞机的安全，当飞机达到设计允许的使用时间（如10000h）后，必须

强行退役。这是考虑到材料的（）。

A.强度B.塑性C.硬度D.韧性E.疲劳强度

10.材料的（）越好，则可锻性越好。

A.强度B.塑性C.硬度

11.现需测定某灰铸铁的硬度，一般应选用（）来测试。

A.布氏硬度计B.洛氏硬度计C.维氏硬度计

12.做疲劳试验时，试样承受的载荷为（）。

A.静载荷B.冲击载荷C.交变载荷评价与反馈1金属材料的机械性能金属材料的机械性能各种机械零件或者工具，在使用时都将承受不同的外力，如拉力、压力、弯曲、扭转、冲击或摩擦等的作用。为了保证零件能长期正常地使用，金属材料必须具备抵抗外力而不破坏或变形的性能，这种性能称为机械性能，即金属材料在外力作用下所反映出来的力学性能。不同的金属材料表现出来的机械性能是不一样的。衡量金属材料机械性能的主要指标有强度、塑性、硬度、疲劳强度和韧性等。1，强度金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为强度。强度抗拉强度抗压强度抗弯强度抗扭强度1，强度将一截面为圆形的低碳钢拉伸试样装夹在拉伸试验机的夹具上，缓慢加载，随着外力（负荷）的不断增加，试样会产生拉伸变形，长度不断增加，直至试样断裂，如下图所示。拉伸前拉伸后拉断后低碳钢拉伸实验1，强度弹性变形（0e）屈服（es）明显塑性变形（sd）强化（db）颈缩（bk）弹性极限σe

屈服点σs

抗拉强度σb

2，塑性塑性是指金属在外力作用下产生永久变形而不断裂的能力。其大小用材料在断裂前的最大变形量来衡量。反映材料塑性的力学性能指标有伸长率δ和断面收缩率ψ。

伸长率δ：指试样被拉断后，试样标距的伸长量与原始标距的百分比。断面收缩率ψ：指试样被拉断后，其断面截面积的最大收缩量与试样原始横截面面积的百分比。3，硬度布氏硬度金属材料抵抗集中负荷作用的性能称为硬度。在实际生产中所采用的硬度测试方法有以下两种。

优点：数据准确、稳定、数据重复性强；缺点：压痕较大，易损伤零件表面，不能做太薄、太硬的试样硬度测试，也不适合做成品检验。3，硬度洛氏硬度金属材料抵抗集中负荷作用的性能称为硬度。在实际生产中所采用的硬度测试方法有以下两种。

优点：数据准确、稳定、数据重复性强；缺点：压痕较大，易损伤零件表面，不能做太薄、太硬的试样硬度测试，也不适合做成品检验。疲劳强度：金属材料在重复或交变负荷的作用下，循环一定周次后，断裂时所能承受的最大应力。4，疲劳强度由图可知，当σ低于某一值时，曲线与横坐标平行，表示材料可经无数次循环应力作用而不断裂，这一应力称为疲劳强度，并用σ-1表示光滑试样对称弯曲疲劳强度。金属材料在重复或交变负荷的作用下，循环一定周次后，断裂时所能承受的最大应力称为疲劳强度。材料的疲劳强度是通过各种条件下的疲劳试验确定的。对称应力循环下的疲劳极限通常是在旋转弯曲疲劳试验机上用光滑试样测定。材料的疲劳极限是材料机械性能中的一个重要性能。凡承受交变负荷的机器零件在设计时需用疲劳极限进行强度计算。在断裂的零件中，绝大多数是交变负荷下工作的，如往复机的曲轴，各种机器的主轴、齿轮、弹簧等。它们的主要破坏形式是疲劳断裂，而且疲劳断裂中大多数是突然发生的，通常所承受的应力也小于材料的屈服强度。因此，疲劳断裂具有很大的危险性。4，疲劳强度材料的疲劳极限是材料机械性能中最敏感的性能之一。受各种内因和外因的影响。例如工作时的负荷性质、环境温度和介质；零件的几何尺寸、表面加工的质量及处理；材料的化学成分、内部组织及缺陷等，都显著地影响疲劳极限。为了提高机械零件的疲劳强度，除了根据强度要求正确选材外，合理地设计零件的结构形状，避免应力集中，提高零件的表面质量，避免各种损伤，以及采用表面淬火、化学热处理、喷丸处理等表面强化方法，都能不同程度地提高抗疲劳断裂的能力。4，疲劳强度有些机器零件在工作时，如齿轮换挡、设备起动、刹车等，往往受到冲击负荷的作用。5，冲击韧性一些机器，如锻锤、冲床、凿岩机等，它们本身就是利用冲击能量来工作的。金属抵抗冲击负荷的能力称为冲击韧性。试验表明，载荷速度增加，材料的塑性、韧性下降，脆性增加，很容易发生突然性断裂。因此，使用的材料不能用静载荷下的性能来衡量，而必须用抵抗冲击载荷的能力，即冲击韧性αk来衡量。αk是通过摆锤式一次冲击试验来测量的，其试验原理如图所示。5，冲击韧性2金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能是反映金属材料在各种加工过程中，适应加工工艺要求的能力。它是物理性能、化学性能和机械性能的综合表现。金属材料的工艺性能铸造性可锻性可焊性切削加工性热处理性3金属材料的物理性能与化学性能金属材料的物理性能，有密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性等。1，物理性能金属材料的导电性和导磁性，对一些电机、电器产品是很重要的性能。金属材料的导热性影响加热和冷却的速度。金属材料的热膨胀性会带来零件的变形、开裂及改变配合状态，从而影响机器设备的精度和使用寿命。金属材料的熔点影响到材料的使用和制造工艺。在室温下金属材料抵抗周围介质（如大气、水汽等）侵蚀的能力称为耐蚀性。一般机器零件为了不被腐蚀，常用热镀或电镀金属、发蓝处理、涂油漆、烧搪瓷、加润滑油等方法来进行保护。在易腐蚀环境工作的重要零件，有时需采用不锈钢制造。金属材料抵抗酸碱侵蚀的能力称为耐酸性。在化工机械中受到酸碱盐等化学介质侵蚀的零件，则需采用耐酸钢制造。金属材料在高温下保持足够的强度，并能抵抗氧或水蒸气侵蚀的能力称为耐热性。在锅炉、汽轮机及化工、石油等设备上的一些零件，为了满足这一性能，需采用耐热不锈钢制造。2，化学性能学习任务二汽车典型零件选材及热处理任务描述：汽车的每个零部件都要满足相应的要求，例如，汽车发动机轴颈处要求有高的硬度和耐磨性；汽车齿轮要求齿面具有足够的硬度且齿心具有较好的韧性。通过观看汽车发动机零部件实物及认识其主要零件所使用的材料，能为汽车典型零件选择材料及热处理方法。学习目标STARTTENENDAB学习碳钢、铸铁、合金钢的牌号和特点学习钢的热处理方法及应用C学会选择合适的热处理方法进行汽车零件维修计划与实施一、阅读下列汽车曲轴的相关知识，并观察汽车发动机曲轴实物。汽车发动机的曲轴与连杆、轴承连接，其形状复杂、受力复杂、应力集中严重，轴颈处在很高的比压下发生滑动摩擦。根据曲轴的工作情况，要求曲轴具有较高的强度、一定的冲击韧性、足够的疲劳强度和足够的刚度并具有较高的硬度和耐磨性。计划与实施二、根据上述说明，结合汽车常用金属材料及热处理的相关知识，回答下面的问题。1.汽车发动机曲轴最常用的材料可以选择（）。A.45钢和40CrB.HT150C.50CrMnD.铝合金2.根据曲轴的外观形状可以判断其制造工艺是（）。A.焊接B.锻造C.车削D.铸造3.根据曲轴的使用要求及制造工艺，它应该采用下面（）热处理工艺。A.退火B.回火C.表面淬火D.渗碳4.什么是调质热处理？填空题一、填空题1.Q235AF是

钢，A表示

。2.钢和铁都是主要由铁和碳两种元素组成的合金。理论上是将含碳量在

以下的称为钢，

以上的称为铁。3.碳素钢按钢的碳含量可分为

、

、

三类。4.碳素钢按质量分

、

、

三类。5.碳素钢按用途分为

和

。评价与反馈填空题5.碳素钢按用途分为

和

。6.T12A钢按用途分属于

钢，按碳含量分属于

钢，按质量分属于

钢。7.碳素钢中除铁与碳外，还常有

、

等杂质元素，其中

、

是有益元素，

、

是有害元素。8.45钢按用途分属于

钢，按含碳量分属于

钢，按质量分属于

钢。评价与反馈选择题1.08F牌号中，08表示其平均含碳量为（）。A.0.08%B.0.8%C.8%2.在下列三种钢中，（）钢的弹性最好；（）钢的硬度最好；（）钢的塑性最好。A.T10B.20钢C.65Mn3.齿轮可用下列（）材料制造。A.08FB.45钢C.T124.T13A钢适合生产（）。A.凿子B.手工锯条C.锉刀评价与反馈判断题1.T10钢的含碳量为10%。（）2.高碳钢的质量优于中碳钢，中碳钢的质量优于低碳钢。（）3.碳素工具钢的含碳量一般大于0.7%。（）4.铸钢可用于铸造形状复杂而力学性能要求较高的零件。（）5.轴类零件适合用中碳钢制造，在调质状态下使用。（）评价与反馈1碳素钢、合金钢及铸铁碳的质量分数小于2.11％，并含有硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）等杂质的铁碳合金。1，碳素钢资源丰富容易冶炼价格便宜较好的力学性能优良的工艺性能碳素钢的分类按含碳量按钢的质量按用途低碳钢:Wc=0.25％中碳钢:0.25％＜Wc≤0.25高碳钢:Wc＞0.6％普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢特级优质碳素钢碳素结构钢碳素工具钢常见碳素钢牌号性能及用途类型牌号性能及用途普通碳素结构钢Q195、Q235、Q255、Q275强度不够高，但塑性、韧性好，焊接性能优良，冶炼简单，成本低，一般不进行热处理优质碳素结构钢取平均碳质量分数的万分数（A高级优质钢、F沸腾钢、Mn含锰质量分数高），如08F、10A、65Mn质量较高，可用于制造较重要的机械零件，一般需要经过热处理。碳素工具钢“碳”或“T”后附数字，如T12A钢在热处理后的硬度和耐磨性越好，但韧性越差。碳素工具钢用于制造各种量具、刃具、模具等。合金钢为了改善钢的性能，炼钢时有目的地加入一些合金元素所形成的钢称为合金钢。常用的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Ti和稀土元素等。合金钢通过热处理能获得优良的力学性能及一些特殊的物理、化学性能。含碳量低的钢加入铬能提高强度和硬度。合金钢根据性能和用途的不同，可分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢三大类。按照其合金元素的含量可以分为低合金钢（合金元素总的质量分数＜5%）；中合金钢（合金元素总的质量分数为5%～10%）；高合金钢（合金元素总的质量分数＞10%）。汽车上常用的合金钢合金结构钢合金钢的牌号以“两位数字＋合金元素符号＋数字”表示。前面的两位数字表示平均含碳质量分数的万分数，合金元素符号后面的数字表示该元素平均含量的百分数，若平均含量＜1.5%时，一般不标明含量；当平均含量在1.5%～2.5%、2.5%～3.5%等时，则相应地用2、3等表示。

例如：60Si2Mn

碳的平均质量分数为0.6%平均含硅的质量分数为2%平均含锰的质量分数＜1.5%的硅锰钢汽车上常用的合金钢合金弹簧钢含碳；质量分数中等偏高，一般为0.46%～0.7%。主要用于制造各种弹簧和弹性元件。合金调质钢：含碳的质量分数为0.25%～0.5%。合金调质钢具有高的强度和良好的塑性、韧性。合金渗碳钢：含碳质量分数为0.1%～0.25%，主要是指经过渗碳、淬火、低温回火后使用的钢。低合金高强度结构钢：碳的质量分数小于3%，也称为“普低钢”。滚动轴承钢：用来制造滚动轴承中内外圈、滚动体的专用钢。合金结构钢的分类汽车上常用的合金钢合金工具钢：合金工具钢的编号方法与合金结构钢相似。平均含碳的质量分数超过1%时，一般不标出含碳量数字；平均含碳的质量分数小于1%时，可以用一位数字表示，以千分数计。例如，9SiCr表示平均含碳质量分数为0.9%，含硅、铬质量分数均小于1.5%的铬钢；

例如：9

Si

Cr碳的平均质量分数为0.9%平均含硅、铬的质量分数＜1.5%特殊性能合金钢：指具有特殊的物理、化学性能的一种高合金钢.特殊性能钢主要包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢和磁性钢等。铸铁铸铁是指碳的质量分数大于2.11%，并含有较多硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。铸铁分类碳存在形式性能用途白口铸铁渗碳体硬而脆、切削加工难冷硬铸件、炼钢原料、可锻铸铁的毛呸灰铸铁片状良好的切削性能、耐磨、减震、低的缺口敏感性、价格低形状复杂但力学性能要求不高的箱体、壳体等球墨铸铁球状良好的减震型、耐磨性、低的缺口敏感性形状复杂、性能要求高的零件、如内燃机的曲轴、齿轮可锻铸铁团絮状有一定塑性变形能力，但成本较高形状复杂、力量很大的薄壁零件。蠕墨铸铁蠕虫状有一定韧性、较高的耐磨性，同时具有灰铸铁的良好性能形状复杂但力学性能要求不高的零件2钢的热处理钢的热处理钢的热处理是将钢在固态下，采用适当的方式进行加热、保温和冷却，使其内部组织发生改变，但只改变材料的组织和性能，而不改变其形状和尺寸，是提高金属使用性能和改善工艺性能的重要加工工艺方法。热处理是汽车零部件在制造过程中的重要工序，对发挥金属材料的潜力、改善零件的使用性能、提高产品质量、延长使用寿命具有极其重要的意义。因此，在机械制造中，绝大多数零件都要进行热处理。在汽车制造业中，80%左右的汽车零件需进行热处理，所有的刀具、模具、量具、滚动轴承等均需要进行热处理。因此，热处理在机械制造中占据十分重要的地位。钢的热处理钢的热处理普通热处理表面热处理退火淬火正火回火表面淬火化学热处理学习任务三有色金属与非金属材料在汽车上的应用任务描述：为了满足汽车上某些零件的要求，为了使汽车轻量化，除了黑色金属之外，汽车上还采用了有色金属与非金属材料。通过观看汽车发动机零部件实物及认识其主要零件所使用的材料，使学生能够辨识主要汽车零部件采用的有色金属与非金属材料，并理解掌握其主要的选材原则。学习目标STARTTENENDAB学习铝、铜及其合金在车上的应用学习非金属材料的主要特点以及它们在汽车上的应用计划与实施一、观察汽车整车及零部件散件，结合有色金属材料与非金属材料的相关知识，找出有色金属铝、铜及其合金，塑料、橡胶、玻璃等非金属材料在汽车上的应用，举例说明，完成下列表格。零件名称所使用材料材料种类计划与实施二、根据上述学习结果回答以下问题。1.汽车发动机的活塞是用（）制造的。A.铝B.铝合金C.铜D.塑料2.汽车的铭牌是由（）制造的。A.纯铝B.纯铜C.塑料D.橡胶3.汽车发动机冷却系统的散热器可采用（）制作。黄铜B.青铜C.锌D.铝计划与实施4.汽车的转向盘是采用（）制作的。A.聚乙烯B.聚氯乙烯C.有机玻璃D.酚醛塑料5.汽车的内胎是由（）制造的。A.丁基橡胶B.天然橡胶C.硅橡胶D.聚氨酯6.汽车上火花塞陶瓷体是使用（）制造的。A.氧化铝陶瓷B.碳化硅陶瓷C.氧化硅陶瓷D.氮化硼陶瓷填空题1.黄铜分为

和

。2.纯铜是

色，外观为

色，俗称

。3.在工业上最常用的铜合金是

和

。4.青铜是指铜与

或

以外的元素组成的合金，按化学成分不同，分为

和

两类。5.铜合金按主加元素不同分为

、

和

三大类，其中黄铜的主加元素为

。评价与反馈填空题6.纯铝分为

和

。7.铝合金按其成分和工艺特点可分为

和

。8.变形铝合金按其主要性能和用途分为

、

、

和

。9.纯铝的

良好，

仅次于银和铜。10.铸造铝合金具有较好的

，根据化学成分铸造铝合金可分为

系、

系、和

系、系。11.非金属材料包括

、

和

。评价与反馈判断题1.轴承合金有很高的硬度，因此耐磨性好。（）2.锰黄铜具有良好的耐腐蚀性。（）3.青铜具有良好的铸造性。（）4.特殊黄铜是不含锌元素的。（）5.轴承合金用于生产滚珠轴承。（）6.生产仪表外壳、发动机缸体常用锻铝锻造生产。（）7.铝的强度、硬度较低，工业上常通过合金化来提高其强度，用作结构材料。（）评价与反馈选择题1.高分子材料主要有（）。

A.陶瓷、塑料、无机玻璃B.塑料、橡胶、合成纤维C.陶瓷、合成纤维、无机玻璃D.塑料、橡胶、无机玻璃、陶瓷、合成纤维2.塑料的主要组成材料是（）。A.合成橡胶B.合成树脂C.合成纤维D.A＋B＋C3.塑料是以（）为主要成分，再加入一些用来改善其使用性能和工艺性能的添加剂，在一定温度、压力下加工塑制而成的材料。合成树脂B.合成橡胶C.合成纤维D.合成乙烯4.PVC即（）。聚乙烯B.聚苯乙烯C.聚四氟乙烯D.聚氯乙烯评价与反馈选择题5.玻璃钢可用于生产（）。A.叶片泵B.阀体C.螺旋桨D.A＋B＋C6.属于工程陶瓷材料的是（）。A.塑料B.陶瓷C.纤维D.橡胶7.关于复合材料，正确的叙述是（）。A.是两种或两种以上物质组成的单相材料B.由增强材料和基体材料组成C.增强材料强度高、韧性好、脆性小D.基体材料强度低、韧性差、脆性大8.下列不属于复合材料的是（）。A.玻璃钢B.碳纤维复合材料C.玻璃陶瓷D.桦木层压板评价与反馈简答题1.简述纯铜的性能。2.简述轴承合金的性能特点。3.简述纯铝的特性。4.简述铸造铝合金的性能及用途。评价与反馈1有色金属材料1，有色金属材料工业生产中通常把钢铁称为黑色金属，而黑色金属以外的金属材料统称为有色金属。有色金属产量低、价格高，但具有许多特殊的物理、化学和力学性能，能够满足汽车上某些零件的特殊要求，故成为汽车工业中不可缺少的金属材料。有色金属材料种类繁多，在工业中应用比较广泛的是铝、铜及其合金。铝是目前工业中用量最大的有色金属。铝的密度小（约2.7g/cm3，大约是钢或铁密度的三分之一），熔点为660℃，导电、导热性良好（仅次于金、银和铜），强度低（σb＝80～100MPa），硬度（25～30HBW），塑性好（δ＝35%～40%）。由于铝表面能生成一层极致密的氧化铝膜，能阻止铝的继续氧化，所以铝在空气中有良好的抗腐蚀能力。因为铝具有上述特点，所以工业纯铝主要用于导电、导热或者耐腐