模块二 汽车工程材料基础知识

PAGE3·PAGE6·模块二汽车工程材料基础知识1、金属材料的力学性能指的是什么？主要有那些指标来衡量？答：在外力作用下，材料所表现出来的一系列特性和抵抗破坏的能力称力学性能。材料的力学性能指标分为强度、塑性、硬度，冲击韧性和疲劳强度等。2．什么是弹性变形？什么是塑性变形？答：随着载荷的存在而产生、随着载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。载荷卸掉后形变不能恢复的变形称为塑性变形。3．什么是强度？什么是塑性？衡量这两种性能的指标有哪些？各用什么符号表示？答：金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。根据载荷的不同，可分为抗拉强度，抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等几种。材料经受较大塑性变形而不破坏的能力称为塑性，用断后伸长率和断面收缩率来表示。4．什么是硬度？HBW、HRA、HRB、HRC各代表什么方法测出的硬度？答：硬度是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，也可以说是指金属材料抵抗比它更硬物体压入其表面的能力。HBW布氏硬度；HRA、HRB、HRC都是洛氏硬度，只是压头以及总载荷不同：压头分别是金刚石圆锥、1/16钢球、金刚石圆；总载荷分别为60kgf、100kgf、150kgf。5．什么是冲击韧性？用什么符号表示？答：材料抵抗冲击载荷作用的能力称为冲击韧性。用冲击韧度k（J/m2）表示。6．什么是疲劳现象？为什么金属的疲劳破坏具有很大的危险性？答：当零件在交变载荷作用下，在应力远低于该材料的强度极限，甚至低于屈服极限时也会发生断裂，这种现象称为金属的疲劳，由此引起的断裂称为疲劳断裂。由于断裂通常发生在零件的使用过程中，且都不会出现明显的塑性变形，断裂时突然发生的，所以具有很大的危险性。据统计，损坏的机械零件中，有80～90%是由于金属的疲劳造成的。7．汽车钢板弹簧在长期工作后突然断裂属于哪类问题？与材料的哪些性能有关？答：属于疲劳断裂。主要与材料的疲劳强度有关。8．什么是金属材料的工艺性能？它包括哪些具体的性能？答：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难易程度。对于金属材料来讲，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。9．随着钢中含碳量的增加，钢的力学性能有何变化？为什么？图5.13碳钢的力学性能与碳含量的关系答：随着铁碳合金的碳含量增大，其室温组织按F→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Ld′→Ld′→Ld′+Fe3CⅡ→Fe3C的顺序变化。而P和Ld′都是F和Fe3C的机械混合物。所以，可以认为铁碳合金组织是随着碳含量增大从F→F+Fe3C→Fe3C变化，并且两者相对量的变化规律亦呈直线关系。图5.13碳钢的力学性能与碳含量的关系铁素体强度、硬度低，但塑性、韧性好，起基体相作用；渗碳体则很硬脆，是强化相。因此，随着碳含量的增加，铁碳合金的硬度越来越高，而塑性、韧性越来越低。图5.13为实验测得的碳含量wC与力学性能之间的关系曲线，可见韧性曲线k值下降的幅度比塑性指标和要快，这说明韧性指标对渗碳体量的增加更敏感。硬度的变化基本上是随碳含量的增加呈直线上升。而强度是一个对组织形态很敏感的力学性能，在亚共析区，因为只有铁素体和渗碳体两种组织的相对量变化，强度基本上是随碳含量增加而直线上升；当碳含量超过0.77%而进入过共析区时，其组织为珠光体和渗碳体，由于有游离渗碳体的存在，使强度的增加趋缓；另外，二次渗碳体是在原先奥氏体的晶界处析出的，当wC超过0.9%后，随着碳含量增加，渗碳体含量增多，逐渐形成网状，大大削弱了晶粒间的结合力，使强度急剧降低。因此在wC为0.9%处出现强度最大值，随后强度则不断下降。10.按用途分，碳钢可分为哪几类？各自的牌号如何表示？主要应用如何？答：按用途分：①碳素结构钢：主要用做各种工程构件、桥梁、建筑构件和机器零部件等，一般为中低碳钢。碳素结构钢根据杂质含量高低又分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点“屈”字的拼音字首Q、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号四个部分按顺序组成。优质碳素结构钢含碳量0.05%～0.9%，有害杂质含量很少，通常经过热处理后可提高力学性能。由于其性能比普通碳素结构钢好，所以应用广泛，常制造各种较重要的机械零件，如汽车中底盘中的大部分零件。优质碳素结构钢的牌号用平均含碳量的万分之几（两位数字）表示。如钢号45，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。②碳素工具钢：主要用于制作各种刃具、量具、模具，一般为高碳钢。碳素工具钢的牌号用“T”加数字表示。“T”为“碳”字的汉语拼音字首，数字表示平均含碳量的千分数。11．指出Q235、45、T12的类型、含义、用途。Q235：普通碳素结构钢，屈服强度为235Mpa。碳含量较低，而硫、磷等有害杂质的含量较高，故强度不高，但塑性、韧性较好，焊接性能好，价格低廉，可用于制造焊、铆、螺栓连接的一般工程构件和不重要的一般机械零件，如货车车架、发动机支架、后视镜支杆等。45：碳质量分数wC为0.45%的优质碳素结构钢，有害杂质含量很少，通常经过热处理后可提高力学性能。常用于制造各种较重要的机械零件，比如汽车底盘中的大部分零件。T12：碳质量分数wC为1.2%的优质碳素工具钢。常用于制造刃具、量具、模具等。12．说明下列材料的牌号、含义。Q235、25、65Mn、T10、20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、QT400-15、HT250、ZG200-400、H68Q235：普通碳素结构钢，屈服强度为235Mpa。碳含量较低，而硫、磷等有害杂质的含量较高，故强度不高，但塑性、韧性较好，焊接性能好，价格低廉，可用于制造焊、铆、螺栓连接的一般工程构件和不重要的一般机械零件，如货车车架、发动机支架、后视镜支杆等。25：碳质量分数wC为0.25%的优质碳素结构钢，有害杂质含量很少，通常经过热处理后可提高力学性能。常用于制造各种较重要的机械零件。65Mn：优质碳素钢，高的抗拉强度、屈强比（s/b）、疲劳强度，用于制造汽车弹簧、板簧和螺旋弹簧等弹性元件及耐磨件。T10：碳质量分数wC为1.0%的优质碳素工具钢。有一定的韧性和较高硬度，常用于制造丝锥、冷冲模等。20CrMnTi：合金渗碳钢；经渗碳热处理后其表层硬度和耐磨性高，而心部具有高的韧性；一般用于制作汽车上各种变速齿轮等零件。40Cr：合金调质钢；具有较好的综合力学性能；一般用于制作重要的齿轮、轴等零件。60Si2Mn：合金弹簧钢；具有高的屈服强度和高的屈强比，足够的韧性、塑性和弹性极限。一般用于制作弹簧零件。QT400-15：表示最低抗拉强度为400MPa，最小伸长率为15％的球墨铸铁，可制造一些受力复杂而强度、韧性及耐磨性要求高的零件。HT250：表示是最小抗拉强度为250MPa的灰铸铁，常用于制造形状复杂但力学性能要求不高的箱体、叉架、壳体类零件，如缸盖、缸体、变速拨叉、变速器壳等ZG200-400：表示屈服点为200MPA，抗拉强度为400MPA的高强度铸造碳钢。H68：表示平均质量分数为68%的普通黄铜。黄铜在轿车上用作转向节衬套、钢板弹簧衬套、抽套等耐磨件，也可用作散热器冷凝器、冷却管，还可用作装饰件、供水排水管、油管接头、制动三通接头、垫片和垫圈。13.有色金属与黑色金属相比较，具有哪些优良的性能，汽车上常用的有色金属有哪几种？答：有色金属与黑色金属相比较，产量低、价格高。但非铁合金具有某些特殊的优越性能，如密度小、比强度高、耐腐蚀性好等，成为现代工业中不可缺少的材料，在汽车中的应用也日益广泛。14、什么是热处理？热处理的主要对象是什么？常用的热处理方法有哪些？答：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。热处理的主要对象是钢。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。15、淬火钢为什么必须回火？答：淬火处理所获得的淬火马氏体组织很硬、很脆，并存在很大的内应力而易于突然变形和开裂，因此除等温淬火外，一切淬火钢都必须进行回火后才能使用。淬火后必须立即回火，其间隔时间最长也不宜超过一小时。回火的目的是消除或减少淬火应力，降低脆性，防止零件变形开裂；稳定组织，从而稳定零件尺寸；调整力学性能，满足零件的性能要求。16、表面热处理的目的是什么？常用的表面热处理方式有哪些？答：通过对金属材料进行表面热处理，使零件表面具有高的硬度和耐磨性，而心部则保持其本身的塑性和韧性。常用的表面热处理方法包括表面淬火和表面化学热处理，前者只改变表面组织而不改变表面成分；后者同时改变表面组织和成分。17、工程上常用的非金属材料包括哪几类？各具有什么特性？在汽车上各有哪些应用？汽车上常用的非金属材料有：有机高分子材料、陶瓷材料和复合材料。高分子材料质轻、耐蚀、减振、价廉等。塑料在汽车上的应用范围涉及汽车的内饰件、外装件、功能件，如保险杠、散热器格栅、仪表板、燃油箱等。橡胶是在汽车上应用广泛，约占汽车总质量的3%~6%，橡胶制品分布于汽车发动机及其附件、传动、转向、悬架、制动、电气仪表及车身等系统内，广泛用做密封、减振、胶管、传动带与轮胎。陶瓷的共同特征是：耐热性优良；除绝缘性、半导体性之外，还具有磁性、介电性等多种功能；不易变形，断裂时属于脆性破坏；韧性低。特种陶瓷中的氧化铝陶瓷高温强度高、硬度高、耐磨性好，具有良好的绝缘性和化学稳定性。但抗热振性能差，不能承受温度的突变。在汽车工业中的典型用途为火花塞绝缘体，汽车排气净化器、发动机缸盖底板、缸套、活塞顶等也用到了陶瓷材料。玻璃在汽车上主要用于车窗、挡风玻璃等，轿车上玻璃的使用量约占轿车总质量的3%。复合材料是指两种或两种以