汽车材料与金属加工课件第一章.

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1、汽车材料与金属加工汽车材料与金属加工 第一章第一章 汽车材料概述汽车材料概述 第第1 1节节 汽车材料概述汽车材料概述 一、汽车的主要构成 1、发动机：机体组、曲柄连杆机构、配气 机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、起 动系、点火系； 2、底盘：转向系、传动系、行驶系、制动 系； 3、车身：驾驶室、车厢； 4、电气电子设备：电源；起动系、点火 系；发动机电喷、防抱死制动等 汽车材料概论概述 二、汽车材料应用概况（按照重量比较） 钢材占汽车自重的5560； 铸铁占5一12； 有色金属占6一10； 塑料占812； 橡胶占4；玻璃占3； 其他材料(油漆、各种液体等)占612。 结论：目前，汽车是以金属

2、材料为主，塑料、橡胶 、陶瓷等非金属材料占有一定的比例。 汽车材料概论 汽车材料的分类 汽车工程材料 汽车运行材料 汽车美容材料 汽车材料概论 汽车材料的组成 汽车材料概论概述 三、汽车工程材料 1、金属材料 (1)黑色金属材料 黑色金属材料包括钢和铸铁，即钢铁材料， 它占金属材料总量的95%以上，由于钢铁材 料力学性能优良和具有低廉的价格，所以在 工程材料中一直占据不可代替的主导地位。 钢可以分为碳素钢和合金钢。铸铁由于具有 良好的铸造性能、切削加工性能、耐磨性、 减震性，而且价格低廉，因此，广泛应用汽 车制造业。 汽车材料概论概述 （一）汽车工程材料 1、金属材料 (2)有色金属材料 有色

3、金属的特性：材质轻、导电性好。汽 车的部分零部件已经用有色金属取代的钢铁 材料。 汽车材料概论概述 （一）汽车工程材料 2、高分子材料 高分子材料属于有机合成材料，亦称聚合物。 天然高分子材料: 如蚕丝、羊毛、油脂、纤维素等 人工合成高分子材料: 塑料、合成纤维、橡胶、胶粘剂和涂料 塑料:汽车保险杠、汽车内饰件、高档车用安全玻璃 、仪表面板等零部件， 汽车材料概论概述 （一）汽车工程材料 3、陶瓷材料 陶瓷材料属于无机非金属材料，主要为金 属氧化物和非金属氧化物 普通陶瓷、玻璃、特种陶瓷 制造火花塞;各种传感器(爆振传感器、氧传 感器、温度传感器);发动机部件或整机、气 体涡轮热交换器部件;

4、可以达到提高热效率、降低能耗、减轻自重 的目的等 汽车材料概论概述 玻璃: 钢化玻璃;区域钢化玻璃;普通复合玻璃;HPR(具有高 穿透抗力)夹层玻璃。 应用：主要为窗玻璃 4、复合材料： 复合材料是指由两种或两种以上不同材料组合 成的材料。 纤维增强复合材料(FRP)：汽车车顶导流板、挡风窗 框、车身外装板件，采用制造具有质轻、耐冲击、 便于加工异形曲面、美观等优点； 纤维增强金属(FRM) ：发动机的活塞顶、连杆、缸 体等零件，可显著提高零件的耐磨性、热传导性、 耐热性，并减小热膨胀； 防弹玻璃 汽车材料概论 (二)汽车运行材料 汽车材料概论概述 三、汽车材料的组成 (二)汽车运行材料 汽车

5、运行材料：汽车在运行过程中所消耗的材料。 类型：燃料、润滑剂、工作液、轮胎、m等。 1、燃料 燃料通常是指能够将自身贮存的化学能通过化 学反应(燃烧)转变为热能的物质（汽油、轻柴油） 。 汽油：点燃式发动机(汽油机)的主要燃料， 使用性能：蒸发性、抗爆性、化学稳定性、耐腐蚀 性、清洁性等 汽车材料概论概述 轻柴油(可简称柴油)：车用高速柴油机的燃料。 使用性能：低温流动性、燃烧性、蒸发性、粘度、 腐蚀性和清洁性等 代用燃料： 有天然气、液化石油气、电能、氢、太阳能、醇类 、醚类和合成燃料等。 由于天然气、液化石油气、醇类、醚类和合成燃料 的相对分子质量比汽油、柴油小得多，有利于与空 气的混合、

6、燃烧，其尾气排放C0、HC、C02等污染比 汽油、柴油低得多。 汽车材料概论概述 2、车用润滑油 发动机润滑油、车辆齿轮油、汽车润滑脂 汽车发动机润滑油的主要功用： 润滑、冷却、洗涤、密封、防锈和消除冲击负荷的作用 。润滑主要对汽车 曲轴、连杆、活塞、气缸壁、凸轮轴、 气门等运动零件间进行润滑。 车辆齿轮油 用于变速器、后桥齿轮传动机构等传动装置机件摩擦处 的润滑油。 作用：可以降低齿轮及其他部件的磨损、摩擦，分散热量， 防止腐蚀和生锈，对保证齿轮装置正常运转和齿轮的寿命。 润滑脂：润滑脂是指稠化了的润滑油。 与润滑油相比，润滑脂蒸发损失小，高温高速下的润滑 性好，附着能力强，还可起到密封作用

7、。 汽车材料概论概述 3、汽车工作液 制动液、液力传动油、减振器油、冷却液及空调制 冷剂等。 制动液 是汽车液压制动系中传递压力的工作介质，俗 称刹车油，是液压油中的一个特殊品种。 发动机冷却液 是对发动机冷却系统的冷却介质。其中防冻冷 却液不仅具有防止散热器冻裂的功能，而且具有防 腐蚀、防锈、防垢和高沸点(防开锅)的功能，可以 有效地保护散热器，改善散热效果，提高发动机效 率，保障汽车安全行驶。 汽车材料概论概述 3、汽车工作液 制动液、液力传动油、减振器油、冷却液及空 调制冷剂等。 减振器液 是汽车减振器的工作介质。它利用液体流 动通过节流阀时产生的阻力起到减振作用。 制冷剂 是汽车空调器

8、工作介质。它在空调器的系 统中循环达到制冷的目的。 三、汽车材料的组成 (三)汽车美容材料 清洁保护用品、油漆护理用品、汽车整 容和装饰用品。 汽车材料概论概述 汽车材料概论概述 四、汽车应用材料的展望 1、钢铁材料所占比例将逐步下降，有色金属、陶瓷材料、 复合材料、高分子材料等新型材料的用量将有所上升。 2、铝合金、复合材料将获得广泛应用。使汽车向轻量化、 高效、节能、低噪声、高舒适度，高安全性等方向发展。纤 维增强聚合物基复合材料(FRP)、铝合金或纤维增强金属基 复合材料(FRM)取代原有的钢铁结构零件；碳纤维增强树脂 基复合材料(cFRP)制造驱动轴等。 3、新型高强度陶瓷材料制造汽车

9、发动机部件乃至整机； 4、汽车运行材料趋向采用绿色环保材料或燃料。 第二节金属材料的性能第二节金属材料的性能 金属材料 金属 合金 具有金属光泽。 具有较好的延展性，容易加工成型。 易导电、传热，是热和电的良导体。 常见的钢、铸铁、铜、铜合金 、铝、铝合金等都是金属材料。 金属材料的特点 金属材料性能 工艺性能 使用性能 是指金属材料在使用条件下所表现出来的力学性能（指刚度、 强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等）、物理性能（指熔点、导 热性、导电性、热膨胀性、磁性等）和化学性能（指抗氧化性、跟 其他物质发生化学反应的性能等）等。 工艺性能 是指金属材料在制造加工过程中表现出来的各种性能。优良的

10、 使用性能可以满足生产和生活上的各种需要；而优良的工艺性能则 可使金属材料易于采用各种加工方法，制成各种形状、尺寸的零件 和工具。 力学性能 物理性能 化学性能 使用性能 1、密度 密度大于5X103kg/m3的金属属于重金属 密度于小于5X103kg/m3的金属属于轻金属 2、熔点 通常熔点低的金属加工是易于铸造和焊接 3、导电性 导电率越小，金属导电性越好 一、金属的物理性能 4、导热性 热导率越高，金属的导热性越好 常采用铝、铜等材料 5、热膨胀性 线膨胀系数越大，金属的热膨胀性也越大 6、磁性 磁导率越高，金属的磁性越好 二、金属的化学性能 1、耐腐蚀性 为了抵抗各种腐蚀介质的侵害课采

11、用改变 金属材料成分和表面处理的方法 2、抗氧化性 通常采用抗氧化性好的耐热钢制造 静载荷是指外力的大小和方向不变或变化很缓慢的载荷； 冲击载荷是指突然增加的载荷； 疲劳载荷则是指大小和方向随时间作周期性变化的载荷。 根据载荷作用性质不同 静载荷 冲击载荷 疲劳载荷 三、金属的力学性能 工件在不同载荷形式下产生的变形 刚度、强度、塑性刚度、强度、塑性的概念的概念 刚度是指金属材料抵抗弹性变形的能力，金属材料在 一定应力作用下产生的弹性变形越小，则其刚度越大。 强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，强度愈 高的材料，所承受的载荷愈大。 塑性是指金属材料产生塑性变形而不断裂的能力。 强度指材料

12、抵抗塑性变形和断裂的能力 。 1、强度的指标 1、屈服点 符号： s 材料产生屈服现象时的最小应力 s = Fs/S0 Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（mm） 汽车材料概论材料的力学性能 s 2.抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。用符号：b表示 它表示材料抵抗断裂的能力。 b s e 注：s 、 b 是设计与选材的重要依据 另：e 表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力。 一、拉伸实验与拉伸曲线 1.拉伸试样 GB6397-86规定金属拉伸试样有： 圆形、矩形、异型及全截面 常用标准圆截面试样。 长试样：L0=10d0; 短试样：L0

13、=5d0 拉伸试样 汽车材料概论材料的力学性能 拉伸试样的颈缩现象 拉伸试验机 2、拉伸试验 2、塑性指标 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的 能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。 1、断后伸长率 2、断面收缩率 指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。 指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截 面积的百分比。 =(L1-L)/L x 100% L:标距（本实验L=100） L1:拉断时的试件标距。用卡尺直接量出。 =(A0-A1)/A0 x 100% A0:试件原横截面积。 A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。 汽车材料概论材料的力学性能 试样的形状试

14、样的形状 试样标距 试样直径 拉伸前 拉伸后 1.1.1 1.1.1 拉伸试样与拉伸试验拉伸试样与拉伸试验 3、硬度 1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的 能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义 与试验方法有关。 2、硬度的测试方法 （1）布氏硬度 （2）洛氏硬度 （3）维氏硬度 （4）肖氏硬度 1、布氏硬度试验（布氏硬度计） 原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应 的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状 态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的 一种压痕硬度试验方法。 2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受的平均压力表示。 如：120HB

15、S 500HBW （一）布氏硬度（一）布氏硬度 汽车材料概论材料的力学性能 (1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 布氏硬度计 适用范围:v 450HBS; v 650HBW; 4、测量范围 用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等. （一）（一）布氏硬度布氏硬度 3、优缺点 （1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（ 铸铁） （2）可测的硬度值不高 （3）不测试成品与薄件 （4）测量费时，效率低 汽车材料概论材料的力学性能 1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计） 原理: 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作 用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用 测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬 度试验。 2、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直 接读出。如：50HRC （二）洛氏硬度（二）洛氏硬度 汽车材料概论材料的力学性能 (2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness ) h1-h0 洛氏硬度测试示意图 4、测量范围 用于测量淬火钢、硬质合金等材料. （二）（二）洛氏硬度洛氏硬度 3、优缺点 （1）试验简单、方便、迅速 （2）压痕小，可测成品，薄件 （3）数据不够准确，应测三点取平均值 （4）不能测组织不均匀材料，如铸铁。 汽车材料概论材料的力