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1、汽车机械基础 第一章 汽车常用工程材料,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,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,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,(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 0.0
2、45% 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,(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,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 )。,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,(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。,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,(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。,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。,上海桑塔纳发动机曲轴就是采用优
5、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,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.,(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含碳量的千分数。如:T8钢表示平均
6、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。,用途,冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。,热处理:淬火 + 低温回火,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 合金工具钢 特殊性能钢,类型:,碳钢:价格低,但
7、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。,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。,1低合金结构钢,成分 w(C)0.2% ,主加元素Mn,附加V、Ti、Nb。 性能 强度、韧性高,焊接、冷成形性能好
8、。,(摘自GB/T1591-1994),高压容器,桥梁,船舶,车辆,应用,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,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。,应用:,汽车曲轴,圆锥齿轮,3合金渗碳钢,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
9、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。,3合金渗碳钢,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,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。,4合金弹簧钢,(摘自GB/T12221985),应用 65Mn、60Si2Mn:汽车,拖拉机,机车的板簧和螺旋弹簧。,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。
10、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。,量 具,刃 具,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.
11、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。,1不锈钢 2耐热钢 3耐磨钢,三 特殊性能钢,耐 热 钢 的 用 途,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,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,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
12、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,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,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
13、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。,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,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。,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,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。,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。,