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1、汽车机械基础第一章 汽车常用工程材料,1,一、金属材料的主要性能,二、汽车常用金属材料,三、汽车材料的热处理,四、汽车非金属材料,本 章 内 容,2,第二讲 汽车常用材料,碳素钢合金钢铸铁有色金属及合金非金属材料复合材料,3,铸铁 碳的质量分数大于2.11、小于6.67的铁碳合金为铸铁。,钢铁材料 以铁、碳为基础的铁碳合金。,碳素钢 碳的质量分数(含碳量)小于2.11的铁碳合金称为碳素钢。,一、碳钢,4,(1)按碳的质量分数分低碳钢W(C) 0.25%中碳钢 0.25% W(C) 0.6%高碳钢W(C) 0.6%(2)按钢的质量分（S、P含量） 普通碳素钢 Ws 0.055%，Wp 0.045
2、% 优质碳素钢 Ws、 Wp 0.040% 高级优质碳素钢 Ws 0.030% ，Wp 0.035%,1.碳钢的分类,5,(3)按钢的用途分碳素结构钢 ：用于制造各种机械零件、工程构件。一般为低、中碳钢。碳素工具钢 ：用于制造各种工具。一般为高碳钢。(4)按冶炼方法分 镇静钢：是钢液在浇注前用锰铁、硅铁、铝进行充分脱氧，注入模子后，钢液不发生碳氧反应而处于镇静状态，故称镇静钢（Z）。 沸腾钢：是在冶炼后期将钢液用少量锰铁轻度脱氧，钢液氧含量较高，注入锭模后发生碳氧反应，析出大量的CO气体，引起钢液沸腾，故称为沸腾钢（F）。,1.碳钢的分类,6,1.碳钢的分类,杂质元素对钢性能的影响 有益元素
3、Si 有很强的固溶强化作用,能脱氧。 Mn 脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。有害元素: P 有很强的固溶强化作用,低温韧性差 ( 冷脆 )。 S 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 ( 热裂 )。,7,2.碳钢的牌号及用途,碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢,8,（1）普通碳素结构钢 有害杂质硫、磷和非金属夹杂物较多，同等情况下塑性、韧性较低；但冶炼容易、工艺性好且价格便宜，能满足一般工程构件和普通零件的性能要求，因此应用广泛。一般用于受力不大、制造要求不高的机械零件（如螺钉、螺母）和厂房、桥梁、船舶等建造结构件。 普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音第一个字母“Q”、屈服点数值、质量等
4、级符号和脱氧方法符号四个部分按顺序组成。如：Q235AF表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。,9,用途,钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,10,（2）优质碳素结构钢 有害杂质硫、磷和非金属夹杂物较少，品质较高，塑性、韧性比（普通）碳素钢好。主要用于制造较重要的机械零件。 优质结构钢的牌号用两位数字表示，两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数。如45钢表示平均含碳量为0.45的优质碳素结构钢。若含锰量较高，数字后面应加“Mn”，以示区别。如：60Mn。,11,用途,较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。,热处理：渗碳、淬火、回火等。,12,上海桑塔
5、纳发动机曲轴就是采用优质50号中碳素钢锻制而成，先正火后半精加工，最后经中频淬火后再精加工,汽车曲轴,13,常用钢号及其应用,08 、 10钢:强度低,塑性好,具有良好的冲压、拉深及焊接性能,用于制造冷冲压件,如汽车和拖拉机油箱、仪表板、汽缸盖衬垫、连杆轴瓦的钢背、曲轴止推片等.,15 、20钢:渗碳,表硬内韧,作凸轮、小齿轮、摩擦片、活塞销、摇臂等,3055钢:调质,综合机械性能好,制齿轮、连杆、轴类等,6070钢,淬火,中回,制造弹性元件,如汽车气门弹簧.,14,（3）碳素工具钢的牌号、性能及用途 碳素工具钢的牌号由汉字“碳”的汉语拼音第一个字母“T”加上阿拉伯数字组成，其数字表示钢中平均
6、含碳量的千分数。如：T8钢表示平均含碳量为0.8的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则应在牌号后面标以字母A，如T12A钢表示平均含碳量为1.2的高级优质碳素工具钢。 碳素工具钢的含碳量在0.70以上，硬度高，耐磨性好，碳素工具钢都是优质钢或高级优质钢。碳素工具钢主要用于制造刀具、模具和量具。,15,用途,冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。,热处理：淬火 + 低温回火,16,合金钢 在碳钢的基础上加入有益的其他元素形成的钢，称为合金钢。,常用的合金元素有：铬(Cr)、镍(Ni)、硅(si）、铝(Al)、硼(B)、钨(w)、钼(Mo)、钛(Ti)及稀土元素Re等。,二、合金钢,合金结构钢合金工具
7、钢特殊性能钢,类型：,碳钢：价格低，但是，力学性能低，淬透性低，回火抗力差，耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。,17,合金结构钢的牌号由两位数字元素符号（或汉字）数字三个部分组成。前两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数；元素符号（或汉字）表示钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示合金元素的含量。合金元素含量小于1.5时不标。 如：40Cr钢表示平均含碳量为0.40，主要合金元素为Cr，其含量在1.5以下的合金结构钢；60Si2Mn钢表示平均含碳量为0.60，主要合金元素为Si、Mn，其平均含量分别为2、1.5的合金结构钢。,18,1低合金结构钢,成分 w(C)0.2% ，主加元素Mn，附加V、T
8、i、Nb。性能 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。,(摘自GB/T1591-1994),19,高压容器,桥梁,船舶,车辆,应用,20,2合金调质钢,成分 w(C)=0.250.50%，合金元素消除回火脆性。 Mn、Cr、Ni、B、 Si用来提高淬透性，Mo、W可抑制第二类回火脆性，Ti、V细化晶粒。性能 综合机械性能高,21,22,热处理,应用: 轴类、连杆、齿轮 40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。 35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。 40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。,调质，可附加表面淬火或化学热处理。,23,应用:,汽车曲轴,圆锥齿轮,24,3合金渗碳钢
9、,成分 w(C)=0.10.25%, 韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性, 细化晶粒。 Cr、Ni、Mo、W、Mn、Si和B提高淬透性， Ti细化晶粒性能 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。,25,3合金渗碳钢,26,热处理,应用 耐磨件 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。 20CrMnTi，汽车齿轮。18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。,渗碳 淬火 低温回火,27,4合金弹簧钢,成分 w(C)=0.450.70 %， Si, Mn为主要元素，提高屈强比。性能 屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。,28,4合金弹簧钢,（摘自GB/T12221985）,29,应用 65Mn、
10、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。,30,31,合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入合金元素制成的。合金工具钢具有更高硬度、耐磨性，更好的淬透性、热硬性和回火稳定性等。因而可以制造刃具、模具、量具和其它工具。,合金工具钢, 合金刃具钢：主要用来制造金属切削刀具。 合金模具钢：主要用来制造各种金属成形用的模具。 合金量具钢：量具用来测量工件尺寸的工具（如游标卡尺、量规。,32,量 具,刃 具,33,合金工具钢的牌号由数字元素符号（或汉字）数字三个部分组成。前面的数字表示该钢的平均含碳量的千分数（当含碳量1时，则不予标出）；元素符号（或汉字）表示钢中含有的主要合金元素，后面的数字
11、表示合金元素的含量。合金元素含量小于1.5时不标。如：9SiCr钢表示平均含碳量为0.9，主要合金元素为Si、Cr，其含量均在1.5以下的合金工具钢；Cr12MoV钢表示平均含碳量1，主要合金元素为Cr，其平均含量分别为12合金元素Mo、V，其平均含量均1.5的合金工具钢。,34,1不锈钢2耐热钢3耐磨钢,三 特殊性能钢,35,耐 热 钢 的 用 途,36,耐磨钢用途,用途：履带、铁道岔道、挖掘机、拖拉机、坦克的履带板等 代表牌号Mn13,37,含碳量大于2.11%、并含有较多硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金称为铸铁。,根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为：灰铸铁中的石墨呈片状；可锻铸铁中的石
12、墨呈团絮状；球墨铸铁中的石墨呈球状，蠕墨铸铁中的石墨呈蠕虫状。,四 铸铁,38,有色金属是指钢铁以外的其他金属。有色金属种类很多，又具有某些独特的性能，是工业上不可缺少的金属材料，有色金属应用较广的是铝、铜及其合金和轴承合金。1铝及铝合金2铜及铜合金3轴承合金,钢铁材料也称为黑色金属。,四、有色金属及其合金,39,铝及铝合金,显著特点是：密度小、塑性高但强度、硬度低.可以经冷变形或通过合金化使其强化；可以进行冷、热压力加工。铝导电、导热性良好，仅次于银和铜。常用铝代替铜制作导线和零件，也可以制作电子、电气设备散热片。工业纯铝的牌号有1070A、1060、1050A、1035等。,1工业纯铝,4
13、0,2铝合金,在纯铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等金属元素形成铝合金。可显著提高力学性能，且仍保持密度小、比强度高、耐腐蚀、导热性好的优点，可以用来制作机器零件。根据铝合金的成分及生产工艺特点，可将其分为变形铝合金和铸造铝合金。,41,铝合金,(1）变形铝合金防锈铝合金硬铝合金超硬铝合金锻铝合金（2）铸造铝合金 Al-Si系合金Al-Cu系合金Al-Mg系合金Al-Zn 系合金,42,铝合金应用,汽缸头,活塞(裙部为铝硅合金),大部分轿车还是部分零部件采用铝合金，如车圈、发动机上盖等。,43,铜及铜合金的性能特点,优异的物理、化学性能 导电、导热性、抗蚀、抗磁能力高 良好的加工性能 塑性
14、好；铸造性好某些特殊机械性能 优良的减摩性和耐磨性，高的弹性极限和疲劳极限,44,纯铜强度低，虽然冷加工变形可提高其强度，但塑性显著降低，不能制作受力的结构件。为了满足制作结构件的要求，在铜中加入合金元素，通过固溶强化，时效强化及过剩相强化等途径提高合金的强度，获得高强度的铜合金。常用的合金元素：Zn、Al、Sn、Mn、Ni、Be、Ti、Cr、Zr等。铜合金按其化学成分可分为黄铜、青铜、白铜三大类。,45,轴承合金,滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料工作条件 冲击、交变载荷， 轴颈压力、摩擦。性能要求:强硬度、塑韧性好，与轴的磨合能力、减摩性好。导热、抗蚀性好。,轴瓦,常用的轴承合金有锡基、铅基、铜基和铝基轴承合金等。,46,
