第十章汽车机械基础

汽车机械根底机电工程系<汽车机械根底课程组>1.定义:除黑色金属(钢、铁)以外的一切金属。2.性能特点:具有独特的性能。3.分类重金属(密度＞3.5);Cu、Ni等。轻金属(密度＜3.5);Al、Mg等。贵重金属;Au、Ag、Pt等。稀有金属;W、Ti、Ra、Nb等。半金属;Si、Te、B等。第10章有色金属与非金属资料力学性能：高的比强度〔强度/密度〕；物理性能：导电性、导热性、无磁性、外形记忆特性化学性能：耐腐蚀

有色金属性能及特点第一节有色金属及其合金一、铝性能特点:密度小;导电及导热性能好;抗大气腐蚀性好;塑性高;强度低；硬度低;无磁性;无打击火花;加工工艺性好等。纯铝的分类高纯铝L01～04工业高纯铝L0、L00工业纯铝L1～5一)形变铝合金1.防锈铝合金(LF):Al–Mn经过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性(比纯铝好)。例如:LF21。Al–Mg经过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性(比纯铝轻)。例如:LF2、LF6等。性能：抗蚀性高，塑性好，不能热处置强化，可冷变形强化。运用：油箱、油管〔罐〕、铆钉〔3A21〕等。飞机翼梁(腹板为硬铝合金)2.硬铝合金(LY):Al–Cu–Mg经过时效强化提铝合金强度,但耐蚀性不高。LY1、LY11、LY12。一)形变铝合金一)形变铝合金飞机主起落架3.超硬铝合金(LC):Al–Zn–Mg–Cu经过时效强化和构成的强化相,使铝合金到达最高的硬度和强度。但耐蚀性较差。LC4、LC9。4.锻铝合金(LD):Al–Mg–Si–Cu具有良好的热塑性,经过固溶处置和人工时效来提高铝合金的力学性能。LD5、LD6、LD10。压气机叶片一)形变铝合金1.铸造铝–硅合金(ZL101-ZL111):活塞(裙部为铝硅合金)性能：铸造性能好，强度低。用途：外形复杂、受力不大的零件，如仪表外壳等。二)铸造铝合金2.铸造铝–铜合金(ZL201～ZL203):有较高的强度、塑性及耐热性,但铸造性能和耐蚀性较差。汽缸头二)铸造铝合金3.铸造铝–镁合金(ZL301、ZL302):有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸造性能和耐热性较差。鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)二)铸造铝合金4.铸造铝–锌合金(ZL401、ZL402):具有良好的铸造性,经蜕变处置和时效处置后,强度高,但耐蚀性差。大型空压机活塞(ZL401)二)铸造铝合金二、铜及铜合金一.铜的性能特点:密度大;导电及导热性能好;抗大气腐蚀性好;塑性高;强度低;无磁性;无打击火花;加工工艺性好等。二.纯铜的分类工业纯铜T1-T4无氧铜TU22.常用的黄铜法兰阀闸阀冷凝器管二)特殊黄铜1.定义:在黄铜中参与Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn等元素所构成的合金。海军黄铜---HSn62-1易切削黄铜---HPb59-1二.青铜(bronze)普通青铜(锡青铜)(tinbronze)特殊青铜(无锡青铜)(tin–freebronze)二)特殊青铜(无锡青铜〕1.硅青铜:QSi3–12.铝青铜:QAl73.铍青铜:QBe2;具有非常好的力学性能。用于制造重要、精细、高温、高速下任务的零件。二.青铜(bronze)滑动轴承合金一.定义:工件体轴轴瓦二.性能要求:1.在任务温度下,应具有足够的抗压强度、疲劳强度和高的耐磨性。2.具有足够的塑性与韧性。3.具有较小的摩擦系数。4.具有良好的磨合性。5.具有良好的抗蚀性。6.具有良好的导热性。7.具有较小的膨胀系数。8.具有良好的抗咬合性。各类型轴瓦滑动轴承合金三.组织要求:1.在高速中、低载荷情况下,用软基体上分布硬质点组织的资料。光滑油空间轴硬质点软基体轴瓦2.在高速重载荷情况下,用硬基体上分布软质点组织的资料。光滑油空间轴软质点硬基体轴瓦三.组织要求:巴氏合金轴瓦内燃机轴瓦常用非金属资料非金属资料指工程资料中除金属资料以外的其他一切资料。非金属资料的原料来源广泛，自然资源丰富，成形工艺简单，具有一些特殊性能，运用日益广泛，已成为机械工程资料中不可短少的重要组成部分。在机械工程中常用的非金属资料主要包括高分子资料、陶瓷资料和复合资料高分子资料高分子资料是以高分子化合物为主要组分的资料。高分子化合物是指相对分子质量(分子量)很大的化合物，其分子量普通在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。机械工程中运用的高分子资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。高聚物是经过聚合反响以低分子化合物结合构成的高分子资料聚合反响1.加聚反响由一种或多种单体相互加成而衔接成聚合物的反响.例如乙烯加聚成聚乙烯；单体为两种或两种以上的那么为共加聚，例如ABS工程塑料就是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体共聚合成的。2.缩聚反响是由一种或多种单体相互作用而衔接成高聚物的反响,这种反响同时析出新的低分子副产物。酚醛树脂(电木)、聚酰胺(尼龙)、环氧树脂等都是缩聚反响产物。塑料1．塑料的组成塑料是以合成树脂为主要成分，参与一些用来改善运用性能和工艺性能的添加剂而制成的高分子资料。树脂的种类、性能、数量决议了塑料的性能，因此，塑料根本上都是以树脂的称号命名的，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，只需钢铁的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分量具有重要意义。(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)优良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、橡胶等绝缘资料相媲美。(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)具有自光滑性。因此，塑料可用于制造在无光滑条件下任务的某些零件。

(5)消声和吸振性好塑料轴承和齿轮任务时平稳无声，大大减小了噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音资料。(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，消费率高。(7)耐热性差多数塑料只能在100℃左右运用，少数种类可在200℃左右运用；易老化(因光、热、载荷、水、碱、酸、氧等的长期作用，使塑料变硬、变脆、开裂等景象，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。2.塑料的特性3．常用塑料(1)热塑性塑料①聚乙烯(PE)按消费工艺不同，分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚乙烯。高压聚乙烯化学稳定性高，柔软性、绝缘性、透明性、耐冲击性好，宜吹塑成薄膜、软管、瓶等。低压聚乙烯质地巩固，耐磨性、耐蚀性、绝缘性好，适宜制造化工用管道、槽，电线、电缆包皮，承载小的齿轮、轴承等；又因其无毒，可制造茶杯、奶瓶、食品袋等。

(1)热塑性塑料②聚氯乙烯(PVC)分为硬质和软质两种。硬质聚氯乙烯强度较高，绝缘性和耐蚀性好，耐热性差，在－15～60℃温度范围运用，用于化工耐蚀的构造资料，如输油管、容器、离心泵、阀门管件等，用途很广。软质聚氯乙烯强度低于硬质聚氯乙烯，伸长率大，绝缘性较好，在－15～60℃的温度范围运用。用于电线、电缆的绝缘包皮，农用薄膜，工业包装等。因其有毒，不能包装食品。3．常用塑料③聚丙烯(PP)密度小，是常用塑料中最轻的一种。强度、硬度、刚性、耐热性均高于低压聚乙烯，可在120℃以下长期任务。绝缘性好，且不受湿度影响，无毒无味，但低温脆性大，不耐磨，易老化，用于普通机械零件，如齿轮、耐蚀件〔如泵叶轮、化工管道、容器〕；绝缘件；电视机、收音机、电扇、电机罩等壳体；生活器具，医疗器械，食品和药品包装等。④聚酰胺(PA)俗称尼龙或锦纶。强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、吸振性、自光滑性、成形性好，摩擦系数小，无毒无味，可在100℃以下运用。蠕变值大，导热性差，吸水性高，成形收缩率大。常用的有尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010等。用于制造耐磨、耐蚀的某些承载和传动零件，如轴承、机床导轨、齿轮、螺母及一些小型零件。也可用于制造高压耐油密封圈，或喷涂在金属外表作防腐、耐磨涂层，运用较广。3．常用塑料3．常用塑料⑤聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)俗称有机玻璃透光性、着色性、绝缘性、耐蚀性好，在自然条件下老化开展缓慢，可在－60～100℃运用。不耐磨，脆性大，易溶于有机溶剂中，硬度不高，外表易擦伤。用于航空、仪器、仪表、汽车中的透明件和装饰件，如飞机窗、灯罩、电视和雷达屏幕，油标、油杯、设备标牌等。⑥ABS塑料是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)的三元共聚物。综合力学性能好，尺寸稳定性、绝缘性、耐水和耐油性、耐磨性好，长期运用易起层。用于制造齿轮，叶轮，轴承，把手，管道，贮槽内衬，仪表盘，轿车车身，汽车挡泥板，机、电视机、电机、仪表的壳体，运用较广。⑦聚甲醛(POM)耐磨性、尺寸稳定性、着色性、减摩性，绝缘性好，可在零下40℃～100℃长期运用。加热易分解，成形收缩率大。用于制造减摩、耐磨件及传动件，如轴承、滚轮、齿轮、绝缘件，化工容器，仪表外壳，表盘等，可替代尼龙和有色金属。3．常用塑料3．常用塑料⑧聚四氟乙烯(F-4)也称塑料王有极强的耐蚀性，可抗王水腐蚀，绝缘性、自光滑性好，不吸水，摩擦系数小，可在－195～250℃运用，但价钱较高。用于耐蚀、减摩、耐磨件，密封件，绝缘件，如高频电缆、电容线圈架，化工用反响器、管道等。⑨聚碳酸脂(PC)强度高，韧性、尺寸稳定性、透明性好，可在－60～120℃长期运用。耐疲劳性不如尼龙和聚甲醛。用于制造齿轮、蜗轮、凸轮，电气仪表零件，大型灯罩，防护玻璃，飞机挡风罩，高级绝缘资料，用途很广。

⑩聚砜(PSF)强度、硬度、成形温度高，抗蠕变、尺寸稳定性、绝缘性好，可在－100～150℃长期运用。不耐有机溶剂和紫外线。用于制造耐热件，绝缘件，减摩、耐磨件，高强度件，如凸轮，精细齿轮、真空泵叶片、仪表壳体和罩，汽车护板，电子器件等。3．常用塑料3．常用塑料(2)热固性塑料①酚醛塑料(PF)俗称电木强度、硬度、绝缘性、耐蚀性、尺寸稳定性好，任务温度＞100℃，脆性大，耐光性差，只能模压成形，价钱低。用于制造仪表外壳，灯头、灯座、插座，电器绝缘板，耐酸泵，刹车片，电器开关，水光滑轴承等。②氨基塑料俗称电玉颜色艳丽，半透明如玉，绝缘性好，长期运用温度＜80℃，耐水性差。用于制造装饰件、绝缘件，如开关、插头、旋钮、把手、灯座、钟表外壳等。③环氧塑料(EP)俗称万能胶强度、韧性、绝缘性、化学稳定性好，能防水、防潮、防霉，可在—80～155℃长期运用，成形工艺简便，成形后收缩率小，粘结力强。用于制造塑料模具、仪表和电器零件、电子元件及线圈及用于涂覆、包封和修复机件。3．常用塑料橡胶是一种有机高分子资料。橡胶种类有：天然橡胶〔NR〕和合成橡胶两大类，其中汽车上常运用的合成橡胶种类有：苯乙烯丁二烯橡胶〔SBR)、丁腈橡胶〔NBR)、氯丁橡胶〔CR〕、聚氨脂橡胶〔CR〕、乙丙橡胶等。橡胶耐热性：即在高温下长期运用，其性能坚持根本不变的特性称耐热性。耐候性：能在各种气候条件下〔日晒、雨淋、霜、雾等〕其性能坚持不变的特性称耐候性，氯丁橡胶、硅橡胶等具有良好的耐候性。耐油性：橡胶在各种油渍中任务时不会引起橡胶性能的恶化或破坏称耐油性。氯丁橡胶等具有良好的耐油性。橡胶的主要特性缓冲、吸振性能：橡胶具有一定的弹性，所以能起缓冲的作用。橡胶经过本身吸收能量，所以可以起吸能减振的作用。电气绝缘性：橡胶均具有隔气、绝缘的作用。耐磨和耐弯折性：橡胶均具有一定的耐磨性和较强的耐弯折性。橡胶的主要特性橡胶的运用橡胶在汽车上的运用广泛。车身橡胶制品多用于减振和密封，如制造油封、形密封圈、隔膜、密封条、防尘套、橡胶垫片、弹簧等。陶瓷资料1．陶瓷的分类按原料不同，陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷；按用途不同分为日用陶瓷和工业陶瓷。普通陶瓷又称传统陶瓷，其原料是天然的硅酸盐产物，如粘土、长石、石英等。这类陶瓷又称硅酸盐陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷等。特种陶瓷又称近代陶瓷，其原料是人工合成的金属氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特种陶瓷具有一些独特的性能，可满足工程构造的特殊需求。常用工业陶瓷1．普通陶瓷质地巩固、不氧化、不导电、耐腐蚀、本钱低，加工成形性好。强度低，运用温度为1200℃。广泛用于电气、化工、建筑和纺织行业。例如：受力不大，在酸、碱中任务的容器、反响塔、管道；绝缘件；要求光洁、耐磨、低速、受力小的导纱零件。

2．氧化铝陶瓷主要成分是A12O3。强度比普通陶瓷高2-6倍，硬度高(仅低于金刚石)；耐高温〔陶瓷可在1600℃时长期运用，空气中运用温度最高为1980℃〕，高温蠕变小；耐酸、碱和化学药品腐蚀，绝缘性好。脆性大，不能接受冲击。用于制造高温容器(如坩埚)，内燃机火花塞；切削高硬度、大工件、精细件的刀具；耐磨件(如拉丝模)；化工、石油用泵的密封环；高温轴承；纺织机用高速导纱零件等。常用工业陶瓷常用工业陶瓷3．氮化硅陶瓷这类陶瓷化学稳定性好，除氢氟酸外，可耐无机酸(盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、王水)和碱液腐蚀；抗熔融非铁金属侵蚀，硬度高，摩擦系数小，耐磨性好；绝缘性；热膨胀系数小，抗高温蠕变性高于其他陶瓷；最高运用温度低于氧化铝陶瓷。用于制造高温轴承，热电偶套管，泵和阀的密封件，切削高硬度资料的刀具。例如，农用泵因泥砂多，要求密封件耐磨，原来用铸造锡青铜作密封件与9Crl8对磨，寿命低，现用氮化硅陶瓷与9Crl8对磨，运用8400h，磨损仍很小。常用工业陶瓷4．碳化硅陶瓷这类陶瓷高温强度大，抗弯强度在1400℃仍坚持500～600MPa，热传导才干强，有良好的热稳定性、耐磨性、耐蚀性和抗蠕变性。用于制造任务温度高于1500℃的构造件，如火箭尾喷管的喷嘴，浇注金属的浇口杯，热电偶套管、炉管，汽轮机叶片，高温轴承，泵的密封圈。5．氮化硼陶瓷这类陶瓷有良好的高温绝缘性(2000℃时仍绝缘)、耐热性、热稳定性、化学稳定性、光滑性，能抗多数熔融金属侵蚀，硬度低，可进展切削加工。用于制造热电偶套管，坩埚，导体散热绝缘件，高温容器、管道、轴承，玻璃制品的成形模具。复合资料复合资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资料，称为复合资料。复合资料的分类按基体不同，分为两类：非金属基复合资料和金属基复合资料。按加强相的种类和外形不同，分为三类：颗粒复合资料、层叠复合资料和纤维加强复合资料。按性能，分为构造复合资料、功能复合资料等。复合资料的性能1．比强度和比模量高例如碳纤维和环氧树脂组成的复合资料，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-聚酯树脂复合资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才干，可减小振动。例如，尺寸外形一样的梁，金属梁9s停顿振动，碳纤维复合资料制成的梁2.5s就可停顿振动。4．高温性能好普通铝合金在400～500℃时弹性模量急剧下降，强度也下降。碳或硼纤维加强的铝复合资料，在上述温度时，其弹性模量和强度根本不变。此外，复合资料还有较好的减摩性、耐蚀性、断裂平安性和工艺性等。复合资料的性能常用复合资料1．纤维加强复合资料(1)玻璃纤维加强复合资料(俗称玻璃钢)按粘结剂不同，分为热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢。①