《常用汽车材料》课件

常用汽车材料常用汽车材料1、概述2、金属的力学性能3、汽车常用的碳素钢、铸钢及其热处理4、汽车常用的合金钢5、汽车用铸铁6、汽车用非铁金属7、汽车常用材料的选用

1、概述1、概述汽车是一个复杂的机械系统。通常，一辆汽车由约3万个零部件组装而成。汽车零件按用途来分类:通用零件：

在各种机器中经常使用的零件。如：螺栓、螺母。专用零件：

仅在特定类型机器中使用的零件，如：活塞，曲轴。菜单汽车上每个零部件的生产制造都涉及到材料问题。据统计，汽车上的零部件采用了4千余种不同的材料加工制造。从汽车的设计、选材、加工制造，到汽车的使用、维修和养护无一不涉及到材料。现代汽车要满足:平安、舒适、自重轻、污染排放低、能耗小、价格低等要求.材料是首要考虑方面。1.汽车工程材料的分类●金属材料〔纯金属及合金〕◆黑色金属〔钢铁)◆有色金属(Cu、Al、Ti、Mg…)●非金属材料◆有机高分子材料〔主要成分是Ｃ、Ｈ〕——塑料、橡胶、合成纤维等。◆无机材料——玻璃、水泥、陶瓷等●复合材料——玻璃纤维增强塑料等2、金属的力学性能1、刚度定义：工程上，指构件或零件在受力时抵抗弹性变形的能力。计算：等于材料弹性模量E与零构件截面积A的乘积。弹性模量E：材料在弹性变形范围内，应力与应变成正比，其比值为弹性模量E=σ/ε〔MPa〕。它表示的是材料抵抗弹性变形的能力，反映了材料发生弹性变形的难易程度。1．强度定义：在外力作用下，材料抵抗变形或断裂的能力。物理意义：材料在每个变形阶段的应力极限值。〔1〕弹性极限σe材料在外力作用下发生纯弹性变形的最大应力值为弹性极限σe，即A点对应的应力值，表征材料发生微量塑性变形的抗力。〔2〕屈服强度σs试样发生屈服现象时的应力值，屈服点S的应力值称为屈服强度σS，表征材料开始发生明显的塑性变形。没有明显的屈服现象发生的材料，用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力值作为该材料的屈服强度，用σ0.2表示，称为条件屈服强度。意义同σS。〔3〕抗拉强度σb材料在拉伸载荷作用下所能承受的最大应力值σb称为抗拉强度或强度极限，表征材料的断裂抗力。强度是零件设计和选材的主要依据。2．塑性定义：材料在外力作用下，产生塑性变形而不破断的能力称为塑性。指标：工程上常用延伸率δ和断面收缩率ψ作为材料的塑性指标。材料的δ和ψ值越大，塑性越好。1．布氏硬度

测试原理：用一定大小的荷载F，把直径为D的硬质合金球压入被测试样外表，保持规定时间后卸除荷载，移去压头，用读数显微镜测出压痕平均直径d。用荷载F除以压痕的外表积所得的商，即为被测材料的布氏硬度值。

用硬质合金球作为压头所测得的布氏硬度用符号HBW表示，适用于测量硬度不超过650的材料。2.洛氏硬度

洛氏硬度采用直接测量压痕深度来确定度值的。试验原理如图1-9Ａ＆1-9Ｂ所示。我国常用的是HRA、HRB、HRC三种，试验条件及应用范围见表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。

布氏硬度测量三、冲击韧性定义：指在冲击载荷作用下，材料抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力，是材料强度和塑性的综合表现。应用：〔1〕评价材料冶金质量和锻造及热处理的缺陷〔因其对材料中的缺陷比较敏感〕，与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计。〔2〕低温冲击试验，测量材料的韧脆转变温度TK。T〉TK为韧性断裂，不希望材料在TK温度以下工作。四、疲劳强度—交变载荷交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期变化的载荷。疲劳断裂：零件在交变载荷下经过长时间工作而发生低应力断裂的现象成为疲劳断裂。疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、最后断裂。疲劳抗力指标：疲劳极限，又称疲劳强度，用σ－1表示。材料经过无限次应力循环不发生断裂的最大应力，即疲劳曲线上水平局部对应的应力值。疲劳断裂的原因：一般认为是，由于材料外表与内部的缺陷〔夹杂、划痕、尖角等〕，造成局部应力集中，形成微裂纹。随应力循环次数的增加，微裂纹逐渐扩展，使零件的有效承载面积逐渐减小，以致于最后承受不起所加载荷而突然断裂。提高材料疲劳抗力的措施：通过合理选材，改善材料的结构形状，防止应力集中，减小材料和零件的缺陷；提高零件外表光洁度；对外表进行强化，喷丸处理等，可以提高材料的疲劳抗力。3、汽车常用的碳素钢、铸钢及其热处理钢、铁一类的金属被称为黑色金属。钢铁材料的根本成分是铁和碳,所以又称为铁碳合金。含碳量小于2.11%的铁碳合金是钢,含碳量大于2.11%的铁碳合金是铁。碳钢的分类

钢是碳含量小于2。11%的铁碳合金。钢具有必要的力学性能，可以扎制成各种型材。铁是碳含量大于2。11%的铁碳合金。铁没有韧性，不能锻造。但是铁的铸造性能良好，可以用来铸造各种结构复杂的零件，也就是我们平时说的铸件。我们所接触最多的铁以及铁的合金，根据材料性能和组织分为碳素结构钢、合金钢、等几大类，各个大类又分为各个小类:一、碳素结构钢的分类碳素钢简称碳钢，它的分类有很多种：按含碳量来分的方法：

≤0.02%的铁碳合金纯铁；0.02%—0.25%低碳钢；0.25%—0.6%中碳钢；0.6%—2.11%高碳钢；大于2.11%的是铸铁。按钢的杂质多少来分：普通钢S≤0.05%P≤0.045%；优质钢S≤0.035%P≤0.035%；高级优质钢S≤0.025%P≤0.025%；特级质量钢S≤0.015%P≤0.025%。C、S、P、Mn、Si是碳钢中五大元素。按钢的用途来分：碳素结构钢Q195Q215碳素工具钢T08T10T13钢弹簧钢65Mn渗碳钢20Gr轴承钢GGr9GGr15优质碳素结构钢用途

法兰盘优质碳素结构钢

螺旋弹簧对钢的力学性能和物理性能影响最大的是碳的质量分布,随着含碳量的增加,钢的强度、硬度直线上升;而韧性和塑性不断下降。除此之外,在冶炼过程中参加的或原料中带入的其他元素也对钢的性能产生重要的影响,如锰和硅元素可以提高钢的强度和硬度,硫和磷元素会使钢材变脆。碳素钢除含碳量小于2.11%之外,还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质元素的钢,我们称之为碳素钢,简称碳钢。碳素钢具有一定的力学性能、良好的工艺性能、价格低廉,是汽车生产和其他工业产品中用量最大的金属材料。分类按钢中碳的含量多少可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢;按钢的质量可分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢;按钢的用途分为碳素结构钢、碳素工具钢和铸钢。碳素钢碳素结构钢主要用于制作各种机器零件和工程构件,以低碳钢和中碳钢为多。汽车上受力不大、要求一定的强度、硬度、韧性和良好的加工性能的零部件大量的使用碳素结构钢。碳素工具钢主要用于制作各种工、量、刃具和模具,多属于高碳钢。铸钢主要用于制作形状复杂,难于用锻压等方法成形的零件,如汽车上的桥壳等。碳素工具钢

丝锥碳素工具钢受力情况：承受较大的磨檫力性能要求：要求高的硬度，耐磨性材料选择：含碳量较高的碳素钢制造锉刀碳素结构钢在汽车中的应用普通碳素结构钢牌号：屈服点字母+屈服点数值+炼钢品质等级+脱氧程度常用碳素钢的牌号及含义举例如下Q235-AF碳素结构钢。其中Q235代表屈服强度值,A代表质量等级(A含硫磷最多、D含硫磷最少),F代表沸腾钢(冶炼时钢脱氧不完全)45Mn优质碳素结构钢。其中45代表钢的平均含碳量为0.45%,Mn的含量为0.7%～1%ZG310-570铸。其中310代表屈服强度值,570代表抗拉强度值普通碳素结构钢用途

厂房

普通碳素结构钢

钢轨

普通碳素结构钢铆钉优质碳素结构钢成分及性能特点成分特点:优质碳素结构钢含硫、磷量及其他杂质较低，钢的力学性能比较好，用于制造要求较高的零件。性能特点：低碳钢强度，硬度较低，塑性，韧性及焊接性良好；中碳钢较高的强度，硬度，其塑性和韧性随含碳量的增加而逐步降低高碳钢较高的强度，硬度和弹性，但焊接性不好优质碳素结构钢常用牌号和用途牌号：08F204560Mn牌号解释：08F表示平均含碳量0.08%的优质碳素结构钢,沸腾钢。20表示平均含碳量0.20%的优质碳素结构钢.65Mn表示平均含碳量0.65%的高锰优质碳素结构钢.优质碳素结构钢

曲轴优质碳素结构钢

螺旋弹簧铸钢成分特点:以碳为主要合金元素并含有少量其他元素性能特点：较高的强度、塑性和韧性，本钱较低常用牌号和用途牌号：ZG200-400ZG200-400ZG270-500ZG310-570牌号解释：ZG200-400表示屈服强度不小于200MPa,抗拉强度不小于400MPa的铸造碳钢.铸造碳钢机座铸造碳钢

连杆铸造碳钢

齿轮钢的热处理钢件的热处理是利用加热、保温和冷却的操作方法,来改变钢的组织结构,使钢件获得所需性能的加工工艺。钢的热处理根据加热和冷却的方法不同,大体有以下几类钢的热处理钢的热处理钢的热处理外表热处理4、汽车常用合金钢合金钢是指为了改善钢的某些性能,冶炼时在碳素钢的根底上有目的地参加一种或多种合金元素所形成的钢种常用的合金元素有:锰(Mn)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、磞(B)、铝(Al)、稀土(Re)等合金元素对钢的性能影响很大,如在碳素钢中参加铬,能提高钢的强度、硬度和耐蚀性,参加镍既可以提高钢的强度,又不降低其韧性,参加硅能提高钢的强度、硬度、疲劳强度和耐腐蚀性。几种合金元素同时配合使用,对钢的性能影响比单一合金元素更为显著合金钢只有经过热处理后,才能到达改善机械性能的目的合金钢的牌号〔1〕合金钢的含碳量、合金元素的种类、合金元素的含量均应在牌号中表达出来。〔2〕两位数字〔表示平均含碳量的万分之几〕+合金元素符号+该元素百分含量数字+……〔3〕当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量；例：合金弹簧钢60Si2Mn含碳量-0.6%；硅含量-2%；锰含量Mn<1%。合金钢牌号的一般命名原那么1、合金钢分类〔1〕按合金元素的含量分1〕低合金钢合金元素总含量小于等于5%；2〕中合金钢合金元素总含量在5%~10%之间；3〕高合金钢合金元素总含量大于等于10%；〔2〕按合金元素的种类分有铬钢、锰钢、铬镍钢、硅锰钼钒钢等。合金钢的分类与牌号合金钢合金钢的种类很多,按用途大致可分为以下几类:

合金结构钢合金工具钢特殊性能钢合金结构钢低合金结构钢在低碳钢的根底上参加少量〔３%～５%〕合金元素而得到的钢这类钢比相同含碳量的碳素钢的强度要高10%～30%,并具有较好的塑性、韧性和焊接性能。又因为它的冶炼较简单,生产本钱与碳钢相近广泛用于制作各种机器零件和工程构件如汽车上的车架纵梁、横梁、发动机吊耳等用低合金结构钢取代碳素结构钢,可节约钢材,减轻重量,且使用可靠。常用的钢种有12MnV、16Mn等合金结构钢合金渗碳钢合金渗碳钢制造的零件,经热处理后,不仅有较高的外表硬度和耐磨性,而且能大幅度提高零件心部的强度和韧性,从而提高抵抗冲击载荷的能力汽车上承受高速、重载、强冲击和剧烈摩擦的零件如活塞销、齿轮、轴类件和重要的螺栓等都是用合金渗碳钢加工经热处理制作的。合金结构钢〔1〕含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+……〔2〕当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi。〔3〕当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。合金工具钢*高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C)。**含铬量小于1%时，在含铬量(以千分之一为单位)前加数字“0〞，如Cr06。铣刀合金钢其他合金钢和特殊性能钢常用的钢种有合金弹簧钢、滚动轴承钢合金工具钢耐候钢(良好的抗大气腐蚀能力)、不锈钢耐磨钢耐热钢〔1〕G+Cr+铬含量(不标含碳量)〔2〕“G〞表示“滚动轴承钢〞。〔3〕铬含量以千分之一为单位。如“GCr15〞的平均含铬量为1.5%。〔4〕渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金结构钢相同，仅在牌号头部加字母“G〞，如“G20CrNiMo〞。轴承钢二、合金渗碳钢⑴外表具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧。

⑵良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。1、性能要求渗碳炉渗碳件—传动齿轮(1)调质处理后具有高强度与很好塑性及韧性的配合，即具有良好的综合力学性能。⑵良好的淬透性。三、合金调质钢2、成分特点1、性能特点调质件（螺杆）⑴中高碳：碳素弹簧钢为0.6~0.9%C合金弹簧钢为0.5~0.7%C2、成分特点汽车弹簧弹簧丝⑵合金元素作用：①提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr②

提高

s/

b：Mn，Si③细化晶粒：V四、合金弹簧钢五、滚珠轴承钢1、性能特点用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。⑴高而均匀的硬度和耐磨性。⑵高的

b和接触疲劳强度。⑶足够的韧性、淬透性和耐蚀性。圆柱滚子轴承自动调心轴承合金工具钢一、合金刃具钢二、合金模具钢三、量具用钢模具刃具量具高速钢〔俗称风钢〕成分特点⑴高碳:0.70~1.5%C

⑵合金元素作用①

提高淬透性：Cr②

提高热硬性、W、Mo、③提高耐磨性，细化晶粒:

V高速钢冷轧钢带高速钢形材一、合金刃具钢二、合金模具钢〔一〕冷模具钢用以制造冷热模具的钢种。用来制造在室温下使金属塑性变形的模具，如落料模、冷镦模、剪切模等。〔属高碳钢＞0.9%〕(1)高硬度和耐磨性。(2)足够的强度、韧性和疲劳抗力。(3)良好的工艺性能〔淬透性、切削加工性等〕(4)热处理变形小1、性能要求汽车冲压模具用来制造对金属进行热变形加工的模具，如热锻模、压铸模等。〔含碳量0.3%~0.6%,含C量太高，导热性下降)〔二〕热模具钢⑴高温下良好的综合力学性能。⑵抗热疲劳性能。⑶高的淬透性和良好的导热性。1、性能要求曲轴模具热模锻曲轴毛坯二、合金模具钢汽车四缸压铸模三、量具用钢〔P103〕制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。卡尺塞规千分尺量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。⑴高硬度和耐磨性。⑵高的尺寸稳定性。⑶足够的韧性。渐开线花键环规、塞规矩形花键环规、塞规光面量规1、性能要求三、量具用钢⑶滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量具。⑷不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。量块電子卡尺2、量具用钢5、汽车用铸铁铸铁白口铸铁白口铸铁断口呈白色,性能硬而脆,很难进行切削加工,主要用来炼钢灰口铸铁灰口铸铁断口呈灰色,由于生产工艺较简单,本钱低,熔点低、收缩率小、具有良好的铸造性能,在汽车零件上应用较多灰口铸铁的牌号用“HT〞及数字组成。其中数字表示最低的抗拉强度。例如HT100,是最低抗拉强度为100N/mm2的灰口铸铁铸铁可锻铸铁俗称马铁它具有较高的强度和韧性可用于制作承受冲击和振动的零件,不能进行锻造铸铁球墨铸铁俗称球铁球墨铸铁兼有铸铁和钢的理化性能、机械性能和工艺性能,也像钢一样可进行热处理。通过合金化和各种热处理后,可用来代替铸钢和锻钢制造一些受力复杂、性能要求较高的零件,如代替45号钢和35CrMo钢制造大马力柴油机的曲轴、凸轮轴、齿轮和连杆等球墨铸铁的牌号由"QT"及两组数字组成。其中第1组数字表示最低抗拉强度,第2组数字表示最低延伸率。例如QT400-18,表示最低抗拉强度为400N/mm2、最低延伸率为18%的球墨铸铁铸铁合金铸铁:具体包括：在灰口铸铁或球墨铸铁中参加一定量的合金元素,获得特殊性能的铸铁称为合金铸铁。6、汽车用非铁金属除黑色金属材料之外的其他金属统称为有色金属在汽车制造生产中常用的主要是铝、铜及其合金铝及铝合金纯铝纯铝的熔点为660℃,密度为的1/3，是一种轻金属材料,其电导性、热导性仅次于银、铜,抗氧化、抗大气腐蚀性能好,常温下在大气中外表能生成一层致密的氧化铝膜,阻止铝外表进一步氧化。纯铝的强度硬度很低,但塑性很高,一般不能作为结构件使用。铝及铝合金铝合金形变铝合金分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金等防锈铝合金主要指Al-Mn系、Al-Mg系合金特点是具有很高的抗蚀性,故常称为防锈铝合金。此外,还具有良好的塑性和一定的焊接性能,但强度较低,不能进行热处理,只有经过冷加工变形才能使其强化防锈铝合金的牌号用“LF〞加顺序号表示。“LF〞是“铝防〞两字汉语拼音的第1个字母。例LF5,LF11表示顺序号为5或11的防锈铝合金。同理。LY12是顺序号为12的硬铝合金;LC6是顺序为6的超硬铝合金；LD10是顺序号为10的锻造铝合金铜及铜合金工业和汽车上使用品种主要有工业纯铜、黄铜、青铜等工业纯铜又称紫铜、电解铜它具有良好的导电性、导热性、塑性和耐腐蚀性,可进行冷、热压力加工,但强度和硬度低。纯铜的牌号用“T〞加顺序号表示，顺序号有1、2、3、4四个号,顺序号越大,杂质含量越多,纯度越低。纯铜主要用于制造电线、电刷、铜管等铜及铜合金黄铜黄铜是铜与锌的合金,即为铜锌合金。黄铜又分为普通黄铜和特殊黄铜。普通黄铜只含铜、锌元素的合金机械性能比纯铜好。其牌号用“H〞加两位数字表示,“H〞是“黄〞汉语拼音的第1个字母；两位数字表示含铜量例如H68是平均含铜量为68%、含锌量为32%的普通黄铜。假设H前面加“Z〞,表示为铸造黄铜特殊黄铜在普通黄铜中分别添加锡、镍、铅、锰、硅、铝等合金元素生成的合金黄铜参加合金元素后能进一步提高强度、耐磨性等机械性能。特殊黄铜的牌号用“H〞加主元素符号及数字表示例如HPb59-1是平均含铜量为59%、含铅量为1%的铅黄铜;HSn9O-1是平均含铜量为90%、含锡量为1%的锡黄铜铜及铜合金青铜除黄铜和白铜(铜镍合金)以外的铜合金统称为青铜青铜又分为锡青铜(普通青铜)和无锡青铜(特殊青铜)铜及铜合金锡青铜是以锡为主要添加元素的铜基合金具有良好的机械性能。锡青铜的牌号用“QSn〞加几组数字表示‘例如QSn6.5-1是平均含锡量为6.5%、其他元素平均含量为1%的锡青铜。Sn前面加ZCu字母表示为铸造材料,如ZCuSn5PbZn5是表示平均含锡量为5%、平均含铅量为5%、平均含锌量为5%的铸造锡青铜。无锡青铜是添加硅、铅、铍、锰、铝、镍等元素的铜基合金,并以添加的元素命名,如硅青铜、铅青铜、铍青铜……无锡青铜也有较好的机械性能和理化性能。汽车上的应用连杆衬套、摇臂衬套、冷却系中的节温器、轴瓦、曲轴止推垫圈等。非金属材料塑料橡胶7、汽车常用材料的选用7、汽车常用材料的选用2、汽车轴类零件负荷特点：转轴—弯曲与扭转的复合作用，如减速器的轴。心轴—只承受弯矩，如铁路车辆的轮轴。传动轴—扭转应力作用，如汽车的驱动轴。•主要失效形式：疲劳断裂；轴颈或花键处过度磨损；过量变形等。•轻载、低速的一般轴〔心轴、拉杆等〕：Q235～Q275，不热处理。•中等载荷，一般精度轴〔曲轴等〕：35～50钢，热处理。•重载、高精度或恶劣条件轴〔汽车、拖拉机轴等〕，合金钢：40Cr、40MnB、30CrMnSi、35CrMo、40CrNiMo；20Cr、20CrMnTi〔渗碳〕；38CrMoAl〔氮化〕；9Mn2V、GCr15等，采用相应的热处理。7、汽车常用材料的选用3、汽车弹簧材料为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。备选材料钢号有：20Cr、40CrNiMn、60Si2Mn、65Mn等。汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧合金弹簧钢汽车悬架弹簧汽车板簧汽车板簧

〔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缺乏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。

汽车板簧在汽车行驶过程中承受各种应力的作用，其中以反复弯曲应力为主，绝大多数是疲劳破坏。所以要求弹簧钢应有高的弹性极限以及弹性减退抗力好，较高的屈强比，为防止在交变应力下发生疲劳和断裂，弹簧应具有高的疲劳强度和耐蚀等性能。

〔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，那么采用55SiMnMoV、55SiMnMoVNb钢制造。4、气缸体、缸套和缸盖气缸体：气缸体工作时承受较大的机械符合和复杂的热负荷，材料应具有足够的强度、刚度、良好的浇铸性和切削