《学习单元一 认识汽车材料 《汽车材料》课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学习单元一 认识汽车材料 《汽车材料》课件（67页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学习单元一 认识汽车材料,1,学习任务一 认识组成汽车的常用材料,学习目标 通过本任务的学习，掌握汽车上常用的材料及种类。其具体表现如下： 1.材料性能与作用的重要性； 2.汽车材料的分类和名称； 3.常见材料的主要应用和功能，汽车用材料的发展趋势。,2,材料科学是社会进步的物质基础与先导，材料的不断发展与进步一直是人类社会前进的重要基础之一，它是人类赖以生存和发展、征服自然的物质基础。 的。,材料的性质与功能、工艺的关系,3,材料对汽车零件功能实现的作用,汽车是多种科技发展的产物， 它涵盖了材料工业、 机械工业、 电子工业、 仪表工业等。 一辆汽车由成千上万个零件组成， 用于汽车的材料品种和
2、规格多达4千多种，不同的零件都承担了一定的功能实现，这些零件都是用不同的原材料和加工方法制造而成,4,汽车是多种科技发展的产物， 它涵盖了材料工业、 机械工业、 电子工业、 仪表工业等。 一辆汽车由成千上万个零件组成， 用于汽车的材料品种和规格多达4千多种，不同的零件都承担了一定的功能实现，这些零件都是用不同的原材料和加工方法制造而成的。,材料的性质与功能、工艺的关系,5,汽车工业使用大量的种类的材料用于汽车的生产和制造，包括钢、铝合金、塑钢、玻璃、橡胶、石油、铜、铸铁等等，这些材料几十年来在不断的发展与进步，变得更加成熟、更加容易制造、也更加安全，它们是随着汽车制造技术的进步而不断变化。,材
3、料的多样性,6,随着科学技术的飞速发展，现代汽车制造材料的构成发生较大的变化，高密度材料的比例下降，低密度材料大幅度增加，汽车材料向轻量化、节省资源、高性能和高功能方向发展。目前受资源和环境因素的瓶颈制约，轻量、节能的零部件一直是国际汽车工业的研究方向，因此，轻量化和高强度结构的材料，必然成为汽车零部件的最佳选择。,汽车轻量化需求,7,汽车不同结构和部分都分担了一部分车重，可以看出其中动力和传动系统、车身结构的重量占到整个车重的41%，这些部分将是汽车轻量化过程主要控制点。,汽车轻量化需求,8,汽车轻量化有助于减少CO2排放如图所示，近年来世界各国都在致力于减少排放，保护环境，汽车燃油经济性的
4、提高可以显著降尾气污染的排放。,世界碳排放趋势,9,汽车轻量化有助于提高燃油经济性如图所示，为福特公司蒙迪欧发动机在不断更新和进步过程中，不断降低车重的同时降低百公里油耗，燃油经济性由-40%提高至接近30%，每年以0.6L/100KM的速度降低。（其中MK1、MK2、MK3、MK3MCA、MK4为蒙迪欧不同时期的美国车型代号）。,蒙迪欧发动机不断提高的燃油经济性,10,每年都在降低的百公里燃油消耗,11,生产实践和科学研究表明，玻璃钢复合材料是较为科学、理想的新型汽车零部件材料。先进的产业化汽车玻璃钢材料关键成形技术及其产业化应用，将是以后研究的重要方向，“以塑代钢”是实现汽车轻量化发展的有
5、效途径，而环氧树脂基复合材料则在塑料行业中扮演着非常重要的角色。,工程材料的分类,12,学习任务二 认识汽车材料的物理性能,通过本任务的学习，应获得知道汽车常见零件的物理性能。其具体表现如下： 1.知道材料的导电性、导热性、光学性能、导磁性等物理性能； 2.能够说出不同类别材料基本物理特性的差异； 3.以材料物理特性能为基础，具备进行选材的基础能力；,13,材料的基本物理本质材料的物理性能是由材料的物理本质所决定的性能，是材料在热、电、磁、光等作用下通过材料的物理本质所表现出的不同性能，如外观、质地、颜色、气味、熔点、溶解度、极性、热膨胀性、导电性、磁性、导热性等等。金属材料、无机非金属材料、
6、高分子材料等表现出不同的物理性能，如材料热稳定性只对无机非金属材料有意义，导电热敏效应只对半导体材料有意义等。,不同材料的质量和体积都不一样,14,材料的导电性不同的材料导电性不一样，因为电阻不同，材料的电阻与材料本性、尺寸等有关，与长度成正比，与材料的截面积成反比。因此，根据材料的电阻特性，将材料分为导体、半导体和绝缘体。材料的导电性与环境温度、受力变形过程都有关系。金属导电性一般随温度升高而降低，而半导体导电性随温度升高而升高。半导体在一定条件下会处于不导电状态而成为绝缘体。而材料在一定条件下（温度、磁力、压力），电阻会突然消失，这种叫超导状态。,不同材料在相同导电能力条件下所需的尺寸,1
7、5,材料的导热性各种材料都在一定温度环境下使用的，在使用过程中对不同温度做出的反映，所表现出不同的热处理性能。如环境温度变化时，材料膨胀或收缩，吸收或放出热量等。温度升高，材料内能增加，如果发生膨胀，还将对外做功，这个跟材料的热容有关。当材料相邻部分存在温度差，热量会从温度高的区域自动流向温度低的区域，这个过程叫热传导，汽车应用上，有时希望材料的导热性越差越好，如隔热材料、保温材料等，有时希望材料的导热性越良越好，如散热器材料、电子信息材料等。,材料有导热性,16,材料的光学性能当光进入到材料的时候速度降低，会发生折射光和反射光。由于陶瓷、玻璃等材料反射损失严重，为了减少这种损失，常采用折射率
8、和玻璃相近的胶将它们粘起来，这样大大减少了界面的反射损失。光线透过材料会产生消耗，如吸收损失和散射损失，这样材料的透光性就降低，因此有的材料透明，有的不透明，并且材料表面的光洁度会影响反射的光线是镜面反射还是漫反射。,材料的反射和折射,17,学习任务三 认识汽车材料的化学性能,1.知道材料的耐腐蚀性含义； 2.了解材料的老化与稳定性； 3.了解材料的老化问题和耐有机溶剂； 4.通过实验认识汽车上不同材料的化学特性的特点。,18,在汽车零件中产生常见的材料与其产生化学性能特点如图所示。,19,材料的耐腐蚀性材料的腐蚀是随处可见的自然现象。尤其是金属材料的腐蚀更为普遍和严重，每年由于金属腐蚀造成的
9、钢铁损失约占当年钢产量的1020%。由于环境介质作用于材料或零件本身，使之发生“质”的变化，是一种自发的现象。很多时候金属构件的腐蚀是相当有害的，比如有的汽车几年之后，排气管贯穿锈蚀，潮湿的天气，汽车漆面划痕很快就生锈等等。 （1）化学腐蚀：金属表面直接与化学物质作用而引起的破坏，腐蚀过程中，电子的传递直接在金属与氧化剂（如氧化物、硫化物等等）之间进行，因此没有电流产生。 （2）电化学腐蚀：金属表面与电解质溶液（如大气、海水、土壤、酸碱溶液）发生电化学反应引起的破坏。因此，会存在阳极和阴极反应，有电流的存在。钝化是使金属表面转化为不易被氧化的状态，而延缓金属的腐蚀速度的方法。金属由于介质的作用
10、（如硝酸银、氯酸等强氧化剂）生成的具有致密的结构腐蚀产物，形成了一层薄膜（往往是看不见的），紧密覆盖在金属的表面，则改变了金属的表面状态，使金属电化学腐蚀的阳极反应急剧下降，而成为耐蚀的钝态,20,钝化是使金属表面转化为不易被氧化的状态，而延缓金属的腐蚀速度的方法。金属由于介质的作用（如硝酸银、氯酸等强氧化剂）生成的具有致密的结构腐蚀产物，形成了一层薄膜（往往是看不见的），紧密覆盖在金属的表面，则改变了金属的表面状态，使金属电化学腐蚀的阳极反应急剧下降，而成为耐蚀的钝态,经过2560小时盐雾试验后,钝化处理的螺栓(左)和普通电镀螺栓的区别(右),21,材料的老化与稳定性对高分子材料在储存、使用
11、过程中，在各种热、光照、潮湿等环境因素的影响下，性能会下降，直到失效，如出现斑点、银纹、粉化或者颜色光泽的变化都是老化的过程。材料老化后，其强度、导电性等都会逐渐下降，从而造成事故的发生。如汽车内饰件塑料的脆化、橡胶的龟裂等都是不可恢复的老化过程，这个过程中高分子材料产生了降解和交联结构的反应。为了使材料变得更加稳定，可以添加稳定剂或采用物理的办法进行防护。,22,学习任务四 认识汽车材料的力学性能,通过本任务的学习，掌握汽车用材料力学性能的特点和物理意义。具体如下： 1.汽车受载结构的案例，熟悉常见的材料力学性能特点（强度、变形、硬度、疲劳性能等）； 2.进行金属材料的拉伸试验，掌握强度、弹
12、性、塑性、断裂的含义； 3.了解硬度的分类和疲劳的概念 4.以机械性能为基础，能够具备从零件受载形式分析，提出所需满足的性能，再进行选材的基础能力；,23,拉伸试验中表现出来的力学性能特点在汽车零部件的设计和制造过程中，大多数是以选用材料的力学性能为主要依据的，而力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的性能。从材料的受力过程来看，最常见的就是受到某一个方向的静载荷拉伸或压缩，在这个过程中，会发生过量弹性变形、塑性变形和断裂的过程，这也是汽车零部件三种最常见的失效形式。下面以汽车发动机气缸盖上的螺栓为例进行分析，金属螺栓起连接紧固作用，主要承受缸盖的拉力及冲击，我们来看一下常见的力学性能指标:
13、1.变形和应力大多数工件在工作或加工过程中都要承受外力或负载的作用。材料受到载荷作用而产生的几何形状和尺寸的变化而变形，甚至断裂。一般分为弹性变形和塑性变形两种。 2.强度 材料在静载荷作用下，抵抗变形或断裂的能力称为强度，一般用应力来表示。我们通过螺栓试样的拉伸试验过程，来了解屈服强度和抗拉强度的概念。,24,3.塑性断裂前材料产生永久变形的能力称为塑性。一般用断后伸长率 和断面收缩率 来表示，它们都可以通过拉伸试验获得。有的材料塑性好，有的则不怎么变形就断裂了，也决定了其加工方法，如钢的塑性好，可以拉成钢丝，铸铁的塑性差，一般用来铸造零件。因此，我们要根据材料的塑性好坏来合理选材。 4.断
14、裂前面提到，材料在外力作用下除了会发生变形行为之外，还会进一步发生断裂现象，断裂指的是固体材料在力的作用下分成若干部分的现象。根据断裂前发生塑性形变的情况，分为韧性断裂和脆性断裂两种。韧性断裂是在断裂前和断裂过程中经历了明显宏观塑性变形的过程，而脆性断裂是材料在断裂前没有明显的宏观塑性形变，没有明显的迹象，发生过程往往是突发的快速断裂过程，如从图1-23的拉伸曲线可以看出来，韧性断裂过程和脆性断裂过程有明显的差异，因此脆性断裂具有很大的危险性。,25,材料的硬度材料抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕和划痕的能力称为硬度。硬度可以间接的反映材料的强度及化学成分、组织和制造工艺上的差异，且硬度试验简
15、便易行，应用十分广泛。表示硬度的方法很多，最常用的有布什硬度（HBS/HBW）、洛氏硬度（HR）、和维氏硬度（HV）三种，其中洛氏硬度应用最广。它们各有各的特点，应该根据零件材料、表面形态和测试效率进行合理选择。 材料的疲劳性能这些零件受到的是随时间周期性变化的力，我们称为交变应力，在交变应力低于材料的屈服强度，但经过较长时间的工作后产生裂纹或者完全断裂的现象称为疲劳。一般发生疲劳破坏的工件断裂时并没有明显的宏观塑性变形，断裂之前没有预兆， 杂、划痕等细小缺陷在应力作用之下逐渐扩展，直到突然断裂。 因此为了表示某种材料对周期应力的承受能力，我们用疲劳极限来表示。交变应力循环至无限次而试样仍不破
16、损时的最大应力叫疲劳极限。实际上对黑色金属来说一般取107次，有色金属一般取108次进行试验测量。,26,材料的工艺性能及经济性能工艺性能是指材料在成形过程中，对某种加工工艺的适应能力，它是决定材料能否进行加工或者如何加工的重要因素。材料工艺性能的好坏，会直接影响机械零件的工艺方法、加工质量、制造成本等。按照工艺方法的不同，材料常见的工艺性能包括住在性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。,27,材料的工艺性能及经济性能而汽车上使用的材料要满足一定的使用性能和要求，在此前提下，选用零件的材料应该尽量选用价格便宜的材料，经济性较好的材料，这样才能降低零件的总成本。,28,练习与习题,29,1、汽车零部件名称和所用的材料写下来？,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，汽车是以金属材料为主，塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料占有一定的比例,30,
