《汽车应用材料第2版 教学课件 ppt 作者 李明惠 主编 第二章_3金属材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车应用材料第2版 教学课件 ppt 作者 李明惠 主编 第二章_3金属材料（105页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、汽车应用材料 第二章,金属材料是现代机械制造应用的最主要材料，种类很多，应用广泛，分为钢铁材料（如碳素钢、合金钢、铸铁）及有色金属及其合金等 。,第三节 常用金属材料及其应用,汽车应用材料 第二章,一. 碳钢 二. 合金钢 三. 铸铁 四. 有色金属及其合金 五. 金属材料在工程上的应用,第三节 常用金属材料及其应用,汽车应用材料 第二章,金属材料的分类,金属,钢铁,铸铁 ,钢,白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁,非合金钢 （碳钢）,碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、易切削钢、铸钢,合金钢,合金 结构钢,低合金结构钢、渗碳钢、调质钢、滚动轴承钢、弹簧钢、超高强度钢,合金 工具
2、钢,量具刃具钢 合金模具钢高速钢,冷作模具钢 热作模具钢,特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢,非铁金属 铜、铝、钛、锌、，轴承合金，硬质合金,汽车应用材料 第二章,(一) 碳钢的成分和分类 (二) 碳钢的牌号及用途,一. 碳钢,汽车应用材料 第二章,(一) 碳钢的成分和分类,.成分 w(C) 2.11% Mn 脱氧,固溶强化 ,提高强度和硬度 w(Mn) =0.25 % 0.8% Si 脱氧,固溶强化 ,提高强度和硬度 镇静钢w(Si) =0.1 % 0.4% 沸腾钢w(Si) =0.03 % 0.07% S 热脆(有害) P 冷脆 (有害) O、N、H 强度、塑性、韧性,汽车应用材料 第二章,
3、钢中元素的作用,基本元素：Fe、C 合金元素：为改善钢的性能而有意加入 杂质元素：无法去除的有害元素 残留元素：为去除杂质元素而加入的元素,非合金钢中的常存元素,汽车应用材料 第二章,1）按C含量分 低C钢 w(C) 0.25% 中C钢 0.25% w(C) 0.6% 高C钢 w(C) 0.6% 2）按质量分（S、P含量） 普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。 3）按用途分 碳素结构钢、碳素工具钢。,.分类,汽车应用材料 第二章,(二) 碳钢的牌号及用途,1碳素结构钢 2优质碳素结构钢 3碳素工具钢,汽车应用材料 第二章,1碳素结构钢,牌号 如 Q215B，表示 s 215 MPa（厚度
4、16mm），B级质量。,最新牌号GB/T221-2000,汽车应用材料 第二章,用途,钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。,热处理： 热轧空冷 组织：SF,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,汽车应用材料 第二章,2优质碳素结构钢,牌号 如 45 钢，含C量为 45 / 10000 = 0.45 % 。,(摘自GB/T699-1999),汽车应用材料 第二章,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。,汽车应用材料 第二章,上海桑塔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,汽车应用材料 第二章
5、,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.,汽车应用材料 第二章,3碳素工具钢,牌号 如 T12A 钢，含C量为 12 / 1000 = 1.2 % ， A表示高级优质，w(S) 0.020 % ，w(P) 0.030 % 。,(摘自GB/T1298-1986),汽车应用材料 第二章,用
6、途,冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。,热处理：淬火 + 低温回火 组织：回火M 粒状Fe3C + A,汽车应用材料 第二章,4.铸钢,W(c)=0.150.6% 应用:结构复杂零件,如曲轴、箱体轴承座. 牌号:如ZG340-640,汽车应用材料 第二章,(一) 概论 (二) 合金结构钢 (三) 合金工具钢 (四) 特殊性能钢,二. 合金钢,汽车应用材料 第二章,二. 合金钢,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。 合金钢 ：在碳钢中加入某些合金元素,改善组织与性能.(硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼、铝、锆),汽车应用材料 第二章,与C的亲和力
7、：强 弱,常见的合金元素及作用,Ti Zr Nb V W Mo Cr Mn Fe Co Ni Cu Si Al,弱碳化物形成元素,强碳化物形成元素,非碳化物形成元素,合金元素对基本相的影响：,非碳化物形成元素,溶入F,固溶强化,弱碳化物形成元素,形成合金渗碳体,较硬，耐磨，比Fe3C更稳定,强碳化物形成元素,形成特殊碳化物,高熔点，硬，耐磨，最稳定,汽车应用材料 第二章,（一）合金元素在钢中的作用,1合金元素可以提高钢的力学性能,2. 合金元素对钢的热处理产生影响,3合金元素对钢的工艺性能产生影响,汽车应用材料 第二章,合金钢的强化机制： 合金F 的固溶强化 M位错强化 细晶强化（F、M晶粒度
8、，P片间距） 第二相（沉淀）强化,1合金元素可以提高钢的力学性能,汽车应用材料 第二章,2.合金元素对钢的热处理产生影响 合金元素对淬火、回火状态下钢的强化作用最显著。合金元素除CO外都能使C曲线右移，提高奥氏体的稳定，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，降低淬火应力，减少了工件的变形和开裂。,汽车应用材料 第二章,3合金元素对钢的工艺性能产生影响 合金元素的加入使钢的铸造、锻造性能、焊接、切削加工性能都不同程度的降低；但可以明显的改善热处理的工艺性能。,汽车应用材料 第二章,. 合金钢的分类（按用途分类） 合金结构钢 低合金结构钢、渗C钢 、调质钢 、 弹簧钢 、轴承钢等。 合金工具钢 刃
9、具 、模具、量具钢。 特殊性能钢 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。,（二）合金钢的分类及编号,汽车应用材料 第二章,. 合金钢的编号 结构钢 如 60Si2Mn ，w(C)=0.6% ， w(Si)=2% ，w(Mn)1.5% 工具钢、特殊性能钢 如 9SiCr ，w(C)=0.9% ，w(Si)、w(Cr) 均1.5% , 而 CrWMn 中，w(C)1.0% 专用钢 如，滚动轴承钢 GCr15， w(C)=1.0% ， w(Cr)=1.5% 高级优质钢 如，20Cr2Ni4A,（二）合金钢的分类及编号,汽车应用材料 第二章,(三) 合金结构钢,1低合金结构钢 2渗碳钢 3调质钢 4弹簧钢 5滚动轴
10、承钢,汽车应用材料 第二章,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。,(摘自GB/T1591-1994),汽车应用材料 第二章,普通低合金结构钢牌号,Q 345 C,汽车应用材料 第二章,常用低合金钢,1.低合金高强度结构钢 2.易切削结构钢.(S,P,Mn) 3.低合金高耐候性钢,汽车应用材料 第二章,热处理、组织 热轧空冷，SF,高压容器,桥梁,船舶,车辆,应用,汽车应用材料 第二章,典型普低合金钢应用,Q460钢含Mo、B，正火组织为B，强度高，用于石化中温高压容器。,Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶
11、、桥梁、车辆等大型钢结构。,Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的容器。,汽车应用材料 第二章,2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。,汽车应用材料 第二章,2渗碳钢,汽车应用材料 第二章,热处理,组织 表层：回火M +碳化物+ A；心部：低C的回火M（+T + F）,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,汽
12、车应用材料 第二章,合金渗碳钢的牌号,20 Mn2 Ti A,汽车应用材料 第二章,典型合金渗碳钢应用,低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用 于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。,中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在4 %左 右。20CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。,柴油机凸轮轴,活塞销( 20Cr ),汽车应用材料 第二章,20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线,汽车应用材料 第二章,典型合金渗碳钢应用,高淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在 4 % 6 %。18Cr2NiW
13、A、 20Cr2Ni4A等。用于大载荷 的耐磨件，如柴油机曲轴。,柴油机曲轴,汽车应用材料 第二章,现有35x20mm的两根轴。一根为20钢，经920渗碳后直接淬火(水冷)及180回火，表层硬度为58 62HRC；另一根为20CrMnTi钢，经920渗碳后直接淬火(油冷)，-80冷处理及180回火后表层硬度为60 64HRC。问这两根轴的表层和心部的组织(包括晶粒粗细)与性能有何区别?为什么?,汽车应用材料 第二章,汽车应用材料 第二章,3调质钢,成分 w(C)=0.250.50%，合金元素消除回火脆性, 提高回火抗力, 强化F 。 Mn、Cr、Ni、B、 Si用来提高淬透性，Mo、W可抑制第
14、二类回火脆性，Ti、V细化晶粒 性能 综合机械性能高,汽车应用材料 第二章,3调质钢,汽车应用材料 第二章,热处理,组织 表层：回火S,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，可附加表面淬火或氮化(38CrMoAl)。,汽车应用材料 第二章,应用:,汽车曲轴,圆锥齿轮,汽车应用材料 第二章,4弹簧钢,成分 w(C)=0.450.70 %， Si, Mn为主要元素，提高屈强比。 性能 e 、s、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。,汽车应用材料 第二章,4
15、弹簧钢,（摘自GB/T12221985）,汽车应用材料 第二章,应用 65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。,热处理,热轧弹簧：热成型 淬火 + 中温回火 喷丸 冷轧弹簧：淬火 + 中温回火 冷成型 去应力 喷丸 组织 回火T,汽车应用材料 第二章,汽车应用材料 第二章,5滚动轴承钢,滚动轴承在交变应力作用下工作，各部分之间有强烈摩擦，还受到润滑剂的化学浸蚀。因此，滚动轴承钢必须具有高的硬度和耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和抗蚀性。,汽车应用材料 第二章,5滚动轴承钢,成分 w(C)=0.951.10%，主加元素是Cr，形成细小的碳化物。 性能 高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。,（摘自GB/T182542002）,汽车应用材料 第二章,滚动轴承钢的牌号,G Cr9 Si Mn,汽车应用材料 第二章,应用 GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。,热处理,球化退火 + 淬火 + 低温回火 冷处理，时效（120140,10
