汽车应用材料第一章

汽车运用资料第一章汽车资料概论本章导入1.资料是人类消费和生活所必需的物质，人类社会的开展伴随着各种资料的不断开发和利用。资料科学简介2.资料、能源、信息被称为现代技术的三大支柱3.资料是汽车工业的根底。汽车运用资料第一章1.资料开展阅历的几个时代◆石器◆青铜器◆铁器◆钢铁、铝合金◆复合资料、钛镁金属、纳米资料新石器时代的石制农具司母戊鼎通高133厘米,横长110厘米,宽78厘米,重875公斤.根据目前开掘的商代熔铜坩锅,一次约能熔铜12.7公斤.铸造司母戊这样的大鼎,就需求七十多个坩锅.假设一个坩锅配备三至四人,就需求二、三百人同时操作。云版又叫“点〞，是军营中遇有急事敲打报警用的。此块云版用生铁铸成，上下两端勾卷如云，故名。资料科学简介2.资料在的现代科技中的位置21世纪三大科技◆信息技术◆生物技术◆纳米资料超微外观大体构造纳米人工骨一张纳米光盘将可记录1000部电影资料科学是其根底◆能源技术3.资料是汽车工业的根底汽车运用资料包括了制造汽车各种零部件用的汽车工程资料，以及汽车在运用过程中运用的燃料和任务液等汽车运转资料。汽车运用资料第一章一、汽车的主要构成二、汽车运用资料的组成三、汽车运用资料张望四、该课程的性质、义务和学习方法第一节汽车运用资料概述汽车运用资料第一章典型轿车构造图汽车运用资料第一章一.汽车的构造组成〔三大部分〕发动机：内燃机〔动力、原动部分〕底盘：传动系、转向系、制动系、行驶系〔传动、控制部分〕车身:〔任务部分〕汽车运用资料第一章发动机底盘车身汽车构造组成汽车运用资料第一章通常，一辆汽车由约3万个零部件组装而成。汽车上每个汽车零件的消费制造都涉及到资料问题。据统计，汽车上的零部件采用了4千余种不同的资料加工制造。从汽车的设计、选材、加工制造，到汽车的运用、维修和养护无一不涉及到资料。二.汽车运用资料的组成现代汽车要满足:平安、温馨、自重轻、污染排放低、能耗小、价钱低等要求.资料是首要思索方面。汽车运用资料第一章1.汽车工程资料:(包括分类,性能,牌号,热处置工艺及运用)2.汽车运转资料:二.汽车运用资料的组成汽车运用资料第一章1.汽车工程资料的分类●金属资料〔纯金属及合金〕◆黑色金属〔钢铁)◆有色金属(Cu、Al、Ti、Mg…)◆有机高分子资料〔主要成分Ｃ、Ｈ〕——塑料、橡胶、合成纤维等◆无机资料——玻璃、水泥、陶瓷等●非金属资料●复合资料——玻璃纤维加强塑料等以现代轿车用材为例，按照分量来换算，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%，其他资料〔油漆、各种液体等〕占12%~6%。2.汽车资料的运用汽车运用资料第一章车用汽油燃料轻柴油其它代用燃料

发动机油车辆齿轮油光滑油液力传动油液压油光滑脂制动液任务液减振器液发动机冷却液制冷剂轮胎汽车运转资料3.汽车运转资料汽车运用资料第一章三.汽车资料的展望汽车工业开展的方向:汽车轻量化和减少污染汽车资料总的开展趋势是：构造资料中钢铁资料所占比例将逐渐下降，有色金属、陶瓷资料、复合资料、高分子资料等新型资料的用量有所上升。在性能可靠的条件下，将尽能够多地采用铝合金、复合资料等轻型、新型资料取代钢铁资料。汽车运用资料第一章几种新兴资料简介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、铝合金和复合资料——汽车轻量化的资料——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

2.外形记忆合金运用:丰田汽车的散热器护拦活门.日产汽车冷却风扇离合器.3.复合资料●玻璃纤维加强塑料〔玻璃钢〕——比强度高、耐腐蚀.直升飞机的旋翼4.纳米资料●颗粒直径0.l～100纳米〔原子、分子尺度〕●具有杰出的性能和特殊功能，如：纳米级铜不导电；纳米冰柜可抑制细菌生长。5.其它资料●超导资料●贮氢资料●分别膜资料认识汽车工程资料性能特点及控制技术掌握汽车工程资料的类型、性能特点、牌号及运用。了解新型资料运用及开展趋势四.本课程学习目的及要求汽车运用资料第一章

抓好根本学习环节注重实际知识的实践运用总结归纳本课程学习方法汽车运用资料第一章

第二节资料的性能一.资料的力学性能二.资料的物理性能三.资料的化学性能四.资料的工艺性能汽车运用资料第一章第二节资料的性能资料的性能包括运用性能和工艺性能。运用性能：是指零部件在正常运用条件下资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：是指资料在被制成各种零部件的过程中顺应加工的性能。对于金属资料来讲，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置工艺性能。汽车运用资料第一章一.资料的力学性能资料的力学性能：是指资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、疲劳强度及断裂韧度等；

力学性能目的：用来表征资料力学性能的各种临界值或规定值.可经过实验测定.汽车运用资料第一章根据外加载荷的性质，载荷分为：1、静载荷2、冲击载荷3、交变载荷。

金属资料〔受载〕-变形,分：弹性变形：载荷卸除后恢复原状塑性变形：载荷卸除后不能恢复,也叫永久变形。(如图)一.资料的力学性能汽车运用资料第一章拉压实验—拉压图—应力应变图—力学性能〔目的〕1)弹性：资料坚持弹性变形的才干.〔弹性模量，弹性极限〕2)强度：指资料抵抗破坏〔塑性变形或断裂〕的才干。3)塑性：指资料在断裂前产生永久变形而不被破坏的才干。(一)资料的拉压实验汽车运用资料第一章1．拉伸实验根据国家规范<金属资料拉伸实验>〔GB228-2002〕规定，将资料制成规范拉伸试样，在实验机上加载拉伸至断裂，得拉伸图：F--ΔL曲线；再作出应力-应变图，图1-7为低碳钢应力-应变曲线。(一)资料的拉压实验汽车运用资料第一章图1-6低碳钢的F--ΔL曲线(一)资料的拉压实验汽车运用资料第一章图1-7低碳钢的σ-ε曲线(一)资料的拉压实验汽车运用资料第一章塑性资料：断裂前有明显的塑性变形，称为塑性断裂,塑性断裂的断口呈“杯锥〞状。如低碳钢。脆性资料：在断裂前未发生明显的塑性变形，为脆性断裂，断口是平整的。如铸铁、玻璃等。不同类型的资料，其σ-ε曲线有很大差别。反映出其所具有不同的抗拉性能特点。(一)资料的拉压实验汽车运用资料第一章2.资料的弹性目的〔1〕弹性模量E表征了资料抵抗弹性变形的才干，也称之为刚度E=σ/ε=tanα〔MPa〕式中，σ为弹性变形阶段的应力，ε为相应的应变，tanα为拉伸曲线的斜率。(一)资料的拉压实验汽车运用资料第一章

(2)弹性极限σe：

指资料在弹性变形阶段所能接受的最大应力。

σe=Fe/A0〔MPa〕

式中，Fe是试样不产生塑性变形时的最大载荷〔N〕；A0是试样的原始横截面积〔mm2〕。σe表示资料坚持弹性变形的最大应力。

2.资料的弹性目的(一)资料的拉压实验汽车运用资料第一章3.资料的强度目的〔1〕屈服点σs：表示资料产生屈服时对应的应力。屈服点也称为屈服强度。

σs=Fs/Ao〔MPa〕

式中，Fs为试样发生屈服变形时的载荷〔N〕，A0为试样原始横截面积〔mm2〕。〔2〕抗拉强度σb指试样在拉伸过程中所能接受的最大应力值。σb=Fb/Ao〔MPa〕式中，Fb是试样断裂前所接受的最大载荷(N),Ao是试样的原始横截面积(㎜2)。汽车运用资料第一章抗拉强度：σb，它是设计和选材的主要根据之一，是工程技术上的主要强度目的。屈强比：σs/σb，是一个有意义的目的。其比值越大，越能发扬资料的潜力。但是为了运用平安，该比值亦不宜过大，适当的比值普通在0.65～0.75之间。比强度：σb/ρ，它表征了资料强度与密度之间的关系。在思索汽车轻量化的问题时，经常用到这个目的。3.资料的强度目的汽车运用资料第一章4.资料的塑性目的〔1〕伸长率δ：是指试样拉断后，标距伸长量与原始标距的百分比。即式中，l1是试样断裂后的标距〔㎜〕，l0是试样的原始标距〔㎜〕，同一资料的伸长率与试样尺寸有关。汽车运用资料第一章 〔2〕断面收缩率ψ：是指试样拉断后横截面积的缩减量与原始横截面积之比。即ψ=〔A0-A1〕/A0×100%式中,A1是试样断裂处的最小横断面积〔㎜2〕，A0是试样的原始横截面积(㎜2)。4.资料的塑性目的汽车运用资料第一章(二)硬度资料抵抗其他硬物压入其外表的才干。衡量资料软硬程度最常用的硬度实验为布氏硬度〔HB〕(如图〕洛氏硬度(HR).此外，还有维氏硬度(HV)、肖氏硬度〔弹性回跳法〕、显微硬度和锤击式布氏硬度等。汽车运用资料第一章汽车运用资料第一章1．布氏硬度测试原理：用一定大小的载荷F，把直径为D的硬质合金球压入被测试样外表，坚持规定时间后卸除载荷，移去压头，用读数显微镜测出压痕平均直径d。用载荷F除以压痕的外表积所得的商，即为被测资料的布氏硬度值。汽车运用资料第一章1．布氏硬度汽车运用资料第一章

用硬质合金球作为压头所测得的布氏硬度用符号HBW表示，适用于丈量硬度不超越650的资料。1．布氏硬度汽车运用资料第一章

布氏硬度的表示方法规定为：符号HBS和HBW前面的数值为硬度值，符号后面按以下顺序表示实验条件：压头球体直径〔㎜〕、实验载荷〔Kg·f〕、实验载荷坚持时间〔S〕〔10～15S不标注〕。例120HBW10/1000/30实验丈量d—查表—硬度1．布氏硬度汽车运用资料第一章2.洛氏硬度洛氏硬度采用直接丈量压痕深度来确定度值的。实验原理如图1-9Ａ＆1-9Ｂ所示。我国常用的是HRA、HRB、HRC三种，实验条件及运用范围见表1-2。洛氏硬度值的表示方法规定为：硬度符号前面注明硬度值，例如52HRC、70HRA。在硬度和强度之间，存在着一定的换算关系，如表1-3所示。汽车运用资料第一章汽车运用资料第一章汽车运用资料第一章(三)冲击韧度资料抵抗冲击载荷的才干，是指资料在遭到冲击载荷而断裂之前吸收能量并进展塑性变形的才干。对于两种不同的冲击载荷，分别采用了冲击韧度和多冲抗力两个目的来衡量资料的冲击性能。汽车运用资料第一章1.冲击韧度冲击韧度通常是采用一次摆锤冲击实验来测定的。冲击实验的原理如图1-10所示。在忽略机械摩擦和空气阻力等条件下，摆锤冲断试样所耗费的冲击功Ak可以从实验机刻度盘上直接读出。且Ak=G(H-h)〔J〕式中，G为摆锤产生的重力〔N〕。汽车运用资料第一章汽车运用资料第一章将冲击功Ak除以缺口处的截面积，即为资料的冲击韧度ak,那么ak=〔J·cm2〕根据试样缺口方式的不同，U型缺口试样测得的冲击韧度用aku表示，V型缺口测得的冲击韧度用akv表示。

1.冲击韧度汽车运用资料第一章2.多冲抗力多冲抗力普通采用小能量多冲实验进展测定。图1-9所示为落锤式多次冲击弯曲实验表示图，将资料制成规范试样放在实验机上，使之遭到锤头的小能量〔＜1500J)＝多次冲击。(三)冲击韧度汽车运用资料第一章3.资料的低温冲击性能资料韧性形状变为脆性形状的温度TK称为该资料的脆性转变温度。资料冲击韧性与温度有关。(三)冲击韧度汽车运用资料第一章汽车运用资料第一章(四)疲劳强度接受交变应力的零件，在任务应力低于资料的屈服强度的情况下较长时间任务时，会产生裂纹或忽然断裂，这种景象称为疲劳失效或疲劳破坏。疲劳失效缘由分析:由于资料外表或内部存在有划痕、尖角、夹杂等缺陷，这些有缺陷部位的部分应力大于屈服点，会产生部分变形引起微裂纹，成为疲劳源，随着应力循环次数的添加，微裂纹逐渐扩展，使零件承载的横截面大大减少，以致于不能接受载荷而忽然断裂。可以经过疲劳实验，绘制疲劳曲线进展测定。汽车运用资料第一章1.疲劳曲线测定资料的疲劳强度。2.疲劳极限:使试样不发生疲劳断裂的最大循环应力。(四)疲劳强度汽车运用资料第一章汽车运用资料第一章3.断裂韧度:资料抵抗裂纹扩展断裂的才干。实践上零件内往往存在着微裂纹、以及夹杂、气孔等类裂纹的缺陷。当资料受外力作用时，这些裂纹的尖端附近便出现应力集中，构成一个裂纹尖端应力场，能够产生失稳而扩展，导致机件断裂。(四)疲劳强度汽车运用资料第一章二.资料的理化性能指资料的固有属性，如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性和色泽等。1．资料的物理性能汽车运用资料第一章名称定义表示符号单位意义密度单位体积物质的质量

ρkg/m3

材料的密度关系到产品的重量和效能。熔点材料由固态向液态转变的温度。制定冶炼、铸造、锻造和焊接等热加工工艺规范的一个重要的参数。导热性指材料传导热量的能力。λ

瓦特每米开尔文

W/(m·K)

材料的热导率越大，导热性就越好。导电性材料传导电流的能力称为导电性。ρ

Ω.cm1/(Ω.cm)1．资料的物理性能汽车运用资料第一章名称定义表示符号单位意义热膨胀性材料随着温度的变化产生膨胀、收缩的特性。

线膨胀系数αL和体膨胀系数αv

生产中，在热加工和热处理时要考虑材料的热膨胀性的影响，可减少工件的变形和开裂。磁性材料能被磁场吸引或被磁化的性能称为磁性或导磁性。磁导率μ

亨利每米μ/m

δ1．资料的物理性能汽车运用资料第一章2.资料的化学性能化学性能:是指资料抵抗周围介质侵蚀的才干。对于金属资料来说，指耐蚀性和抗氧化性。对于非金属资料，还存在着化学稳定性、抗老化才干和耐热性等问题。二.资料的理化性能汽车运用资料第一章资料在常温下抵抗周围介质〔如大气、燃气、水、酸、碱、盐等〕腐蚀的才干。化学腐蚀电化学腐蚀。腐蚀防护途径：1、采用耐蚀性好的不锈钢、铝合金等，2、采用适当的涂料进展涂覆；3、构造设计〔防行成闭合回路〕，4、阴极维护。1)耐蚀性2.资料的化学性能汽车运用资料第一章2)抗氧化性指资料在高温下抵抗氧化的才干，又称为热稳定性。在钢中参与Cr、Si等元素，可大大提高钢的抗氧化性。2.资料的化学性能汽车运用资料第一章铸造性能：流动性、收缩性、偏析热处置性能：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：外表粗糙度、刀具寿命三.资料的工艺性能是指资料在被制成各种零部件的过程中顺应加工的性能。包括:汽车运用资料第一章1.零件的失效方式2.零件的选材原那么第三节零件资料的选用学习目的:认识零件失效方式，掌握选材的普通原那么和方法，典型零件的选材分析学习内容:汽车运用资料第一章一.零件的失效方式失效的概念:

零件由于某种缘由而丧失原设计所规定的功能。

完全破坏包括严重损坏未达功能要求〔平安任务〕汽车运用资料第一章(一)零件常见的失效方式过量变形失效——弹变、塑变、蠕变断裂失效——过载断裂，疲劳断裂外表损伤失效——磨损，点蚀、胶合一.零件的失效方式汽车运用资料第一章1.轮齿折断：轮齿象一个悬臂梁，受载后齿根部产生的弯曲应力最大。当该应力值超越资料的弯曲疲劳极限时，齿根处产生疲劳裂纹，并不断扩展使轮齿断裂。此外，忽然过载、严重磨损及安装制造误差等也会呵斥轮齿折断。提高轮齿抗折断才干的措施之一：对轮齿进展外表处置以提高齿面硬度。齿轮常见的失效方式:汽车运用资料第一章2.齿面磨损：灰尘、砂粒、金属微粒等落入轮齿间，会使齿面间产生摩擦磨损。严重时会因齿面减薄过多而折断。磨损是开式传动的主要失效方式。主要措施：采用闭式传动；提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；采用清洁的光滑油。齿轮常见的失效方式:汽车运用资料第一章3.齿面点蚀：轮齿任务面某一固定点遭到近似脉动的变应力作用，由于疲劳而产生的麻点状剥蚀损伤的景象。点蚀是闭式传动常见的失效方式。开场齿轮由于磨损很少出现点蚀。点蚀首先出如今节线附近。主要措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大光滑油粘度；采用合理变位。汽车运用资料第一章4.齿面胶合：高速重载传动中，齿面间压力大，瞬时温度高，光滑油模被破坏，齿面间会发生粘接在一同的景象，在轮齿外表沿滑动方向出现条状伤痕，称为胶合。防止胶合的措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大光滑油粘度；限制油温。齿轮常见的失效方式:汽车运用资料第一章5.塑性变形：重载且摩擦力很大时，齿面较软的轮齿外表就会沿摩擦力方向产生塑性变形。措施：提高齿面硬度；增大光滑油粘度。自动齿轮齿面所受摩擦力背叛节线，齿面在节线附近下凹；从动齿轮齿面所受摩擦力指向节线，齿面在节线附近上凸。齿轮常见的失效方式汽车运用资料第一章(二)失效缘由1.设计不合理2.选材不合理3.加工工艺不当4.安装运用不正确一.零件的失效方式汽车运用资料第一章二.选材原那么选材的动机——开发新产品、产品的改良和更新换代。选材原那么——运用性能工艺性能经济性环境与资源原那么汽车运用资料第一章1.资料的运用性能——首要原那么１)零件的任务条件和失效方式零件任务条件常见失效方式性能要求应力

种类载荷

性质受载

形状螺栓拉、剪静载--过量变形，断裂强度，塑性传动轴弯、扭循环

冲击轴颈

摩擦疲劳断裂，过量变形，轴颈磨损综合力学性能传动齿轮压、弯循环

冲击摩擦

振动断齿，磨损，

疲劳断裂，接触疲劳外表高硬度及疲劳极限，心部强度及韧性弹簧扭、弯交变

冲击振动弹性失稳，

疲劳破坏弹性极限，屈强比

，疲劳极限零件失效的缘由——设计、资料、加工、安装和运用。汽车运用资料第一章２)任务环境——温度，介质〔如腐蚀，摩擦〕。３)特殊功能要求——导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。４)性能要求的目的化——如强硬度、塑韧性等的详细数值。手册数据、阅历公式的局限性——力学性能与零件尺寸有关40钢不同尺寸毛坯的力学性能热处置条件毛坯尺寸/mmσb/MPaδ/%AKU/J850淬火580016120307501580500回火5070015561006001340汽车运用资料第一章2、工艺性能——铸、锻、焊、机加工、热处置零件的加工工艺道路普通零件——毛坯→正火或退火→切削加工轴、齿轮等——毛坯→预先热处置〔正火、退火〕→粗加工→最终热处置〔淬火＋回火，时效，渗C等〕→精加工汽车运用资料第一章3、经济性——根本原那么１)产品本钱分析根本资料的本钱〔价钱、利用率〕——占总本钱的30~70%制造〔加工〕本钱——约占零件本钱的30%加工本钱=工具与设备费用+