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1、汽车机械基础,作者：胡如夫,责任编辑：王波 出版日期：2009年9月 IDPN：308-2009-097 课件章数：7,第1章 汽车常用材料,第1章 汽车常用材料,1.1 材料的性能 1.2 钢的热处理 1.3 常用金属材料 1.4 常用非金属材料,1.1 材料的性能,1.1.1 材料的物理性能 1.1.2 材料的化学性能 1.1.3 材料的工艺性能 1.1.4 材料的力学性能,1.1.1 材料的物理性能,材料的物理性能，是指材料的固有属性，例如： 1.密度 2.熔点 3.导热性 4.导电性 5.热膨胀性 6.磁性 常用金属材料的物理性能见表1-1。,1.1.2 材料的化学性能,材料的化学性能
2、，是指材料在化学作用下表现出来的性能。 对于金属材料来说，化学性能一般指： 1.耐腐蚀性 2.抗氧化性 对于非金属材料来说，化学性能一般指： 1.化学稳定性 2.抗老化能力 3.耐热性,1.1.3 材料的工艺性能,金属材料的工艺性能，是指金属材料在工艺过程中所具有和表现出来的成形的性能，它包括： 1.铸造性能 2.锻造性能 3.焊接性能 4.切削加工性能 5.热处理性能,1.1.4 材料的力学性能,材料的力学性能，是指材料在外加载荷作用下所表现出来的性能。 材料的力学性能主要决定于材料的化学成分、组织结构、冶金质量、表面和内部的缺陷等内在因素，但一些外在因素如载荷性质、应力状态、温度、环境介质
3、等也会有较大的影响。 材料的力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度及断裂韧度等。,1.强度,强度，是指材料在静载荷作用下，抵抗永久变形和(或)断裂的能力。 根据所加载荷形式的不同，强度可分为抗拉、抗压、抗弯、抗剪和抗扭强度。 抗拉强度为最基本的强度指标，抗拉强度可通过拉伸试验方法测定(可参考有关材料力学教材)。,2.材料的强度指标,根据材料的变形特点，表征材料强度的指标主要有弹性模量E、弹性极限e、屈服点s和抗拉强度b等。 (1)弹性极限e 与弹性模量E e =Fe/Ao (2)屈服点s (3)抗拉强度b,3.材料的塑性指标,4.硬度,硬度是衡量材料软硬的一个指标，通常是指材料抵抗其他硬
4、物压人其表面的能力。 常用硬度指标有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)和维氏硬度(HV)等，工业生产中常用布氏硬度和洛氏硬度。 硬度测试简便，造成表面损伤相对较小，可直接用于零件的表面硬度测定。,5.冲击韧性,许多机械零件和工具在工作中，往往要受到冲击载荷的作用，如活塞销、锤杆、冲模等。在冲击载荷作用下，材料抵抗破坏的能力称为冲击韧性。 常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定，用冲击吸收功除以试样缺口处截面积来得到材料的冲击韧性。,6.疲劳极限,材料承受的交变应力与材料断裂前承受交变应力的循环次数(N)之间的关系可用疲劳曲线来表示，如图1-1所示。,1.2 钢的热处理,钢的热处理，是指将钢在固态范围内
5、采用适当的方式进行加热、保温和冷却，从而获得所需的组织结构与性能的工艺。 根据加热、保温和冷却的方式不同，热处理可分为退火、正火、淬火以及化学热处理等基本方法。 Fe-Fe3C状态图中的PSK,GS,ES线是钢在加热和冷却时相变的临界线。在热处理时，要经常使用这些特性线，并且把PSK线称为A1线，GS线称为A3线，ES线称为Acm线，如图1-2所示。,图1-2 加热和冷却时Fe-Fe3C相图上临界点的位置,1.2 钢的热处理,1.2.1 退火 1.2.2 正火 1.2.3 淬火 1.2.4 回火 1.2.5 化学热处理,1.2.1 退火,退火，是指将钢加热到AC3或AC1以上3050 ，保温一
6、定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 常用的退火方法： （1）完全退火 （2）球化退火 （3）去应力退火,1.2.2 正火,正火，是指将钢件加热到Ac3(或Accm)以上3050 ，保温一定时间后，在静止的空气中自然冷却的热处理工艺。 正火可以细化晶粒，均匀组织，增加硬度、韧性，减少内应力，改善切削加工性能。主要用于低碳钢、中碳钢和铸件。,1.2.3 淬火,淬火，是指将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度范围，保温一定时间，以大于临界冷却速度vk的冷速在水、盐水或油中冷却，获得马氏体或贝氏体的热处理工艺。 淬火的目的，对于工具、模具等耐磨件来说，可以提高硬度和耐磨性；有些零件的淬火，是使强度和韧
7、性得到良好的配合，以适应不同工作条件的需要。 淬硬性和淬透性是衡量淬火质量的两个重要指标。,1.2.4 回火,回火是指钢件经淬火后再加热到A1以下某一温度，保温一段时间，再以适当的冷却速度冷却到室温的热处理工艺。 淬火钢回火的目的是为了消除淬火时产生的内应力，调整钢的力学性能，稳定钢件的组织和形状尺寸。 在热处理生产中，通常按回火温度把回火分为： （1）低温回火 （2）中温回火 （3）高温回火,1.2.5 化学热处理,把钢制零件放在化学介质中，加热到预定的温度，保温一定的时间，使该介质元素渗人到零件的表面层中，从而改变表面层的成分、组织和性能，这种工艺称为化学热处理。 化学热处理的种类很多，一
8、般都以渗人的元素来命名，如渗碳、渗氮、碳氮共渗等钢的最常用的化学热处理方法及其作用见表1-2。,表1-2 钢的常用化学热处理方法及其作用,1.3 常用金属材料,1.3.1 铁基金属材料 1.3.2 非铁基金属材料,1.3.1 铁基金属材料,（一）一般工程结构用钢 （二）合金钢 （三）铸铁,（一）一般工程结构用钢,1.普通碳素结构钢 2.优质碳素结构钢 3.碳素工具钢 4.铸钢,（二）合金钢,合金钢，是指在碳钢的基础上，为了获得某些特定的性能，有目的地加人一种或多种元素的钢材。 常用的合金钢： 1.合金结构钢 2.合金工具钢 3.特殊性能钢,1.合金结构钢,合金结构钢，是指在碳素结构钢的基础上加
9、人适量的合金元素的钢。 按照用途不同，合金结构钢可分为： （1）普通低合金结构钢 （2）合金渗碳钢 （3）合金调质钢 （4）合金弹簧钢 （5）滚动轴承钢,2.合金工具钢,合金工具钢，是指在碳素工具钢的基础上，再加人适量的合金元素的钢。 与碳素工具钢相比，合金工具钢具有淬透性好、耐磨性好、热硬性高和热处理变形小的优点。 合金工具钢按用途可分为： （1）刃具钢 （2）量具钢 （3）模具钢,3.特殊性能钢,具有特殊用途和特殊物理、化学性能的钢，称为特殊性能钢。 特殊性能钢的分类： （1）不锈钢 （2）耐热钢 （3）耐磨钢,（三）铸铁,铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金，工业上常用铸铁的碳的质
10、量分数一般为2.5%4.0%，此外，还含有较多的硅、锰、硫、磷等杂质。 铸铁具有良好的铸造性、耐磨性、消振性和切削加工性，生产工艺简便，成本低廉。因此，常用来制造床身、机架、箱体和轴承座等零件。 根据碳的存在形式不同，铸铁可分为： 1.灰口铸铁 2.可锻铸铁 3.球墨铸铁 4.合金铸铁,1.3.2 非铁基金属材料,在工程上通常将钢铁材料以外的金属或合金，通称为非铁金属或非铁合金。常用的非铁基金属材料有： （一）铜及铜合金 （二）铝及铝合金 （三）轴承合金,（一）铜及铜合金,1.纯铜 2.铜合金 （1）黄铜：铜和锌的合金，在铜中加人少量的锌后，机械性能得到改善，弹性和强度增。 （2）青铜：铜与锌
11、、镍以外的元素组成的合金称为青铜。青铜分为锡青铜和无锡青铜两种。,（二）铝及铝合金,纯铝具有良好的导电性和导热性，在空气中具有很好的耐蚀性，并且具有良好的塑性，但强度很低，一般用于导电、导热材料或耐蚀零件。 纯铝的强度很低，但在纯铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素后就形成铝合金。,（三）轴承合金,在滑动轴承中，用于制造轴瓦或内衬的合金称为轴承合金。 滑动轴承具有承压面积大、工作平稳、无噪声以及修理、更换方便等优点，应用广泛。 锡基轴承合金是以锡为基体元素，加人锑、铜等元素组成的合金。 铜基轴承合金有铅青铜、锡青铜等。,1.4 常用非金属材料,1.4.1 塑料 1.4.2 橡胶 1.4.
12、3 玻璃 1.4.4 陶瓷 1.4.5 复合材料,1.4.1 塑料,塑料是以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，它通常可在加热、加压条件下塑造或固化成形，得到所需的固体制品，故称为塑料。 塑料在汽车上的应用范围涉及汽车的内饰件、外装件、功能件，如保险杠、散热器格栅、仪表板、燃油箱等。 （一）塑料的组成和分类 （二）塑料在汽车上的应用,（一）塑料的组成和分类,1.塑料的组成 （1）合成树脂：合成树脂，是指从煤、石油和天然气中提炼出来的高分子化合物。 （2）添加剂：大多数塑料都在合成树脂中加入添加剂，以改善塑料的性能。 2.塑料的分类 （1）工程塑料可分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。 （2）按塑
13、料的用途分，可分为通用塑料和工程塑料。,（二）塑料在汽车上的应用,塑料在汽车上的应用越来越多，常用做内、外装饰件，结构零件和功能件等。目前，塑料在轿车上的用量约占全车重量的9%左右。 常用塑料的主要特性及其在汽车上的应用如表1-12所示。,1.4.2 橡胶,1.橡胶的组成和分类 2.橡胶的主要特性 3.橡胶在汽车上的应用,1.橡胶的组成和分类,橡胶是以生橡胶为主要原料，加人各种适量的配合剂制成的。 生橡胶简称生胶，它是橡胶的主要原料。按其来源不同，可分为： （1）天然橡胶 （2）合成橡胶两大类,2.橡胶的主要特性,（1）极高的弹性。 （2）良好的热可塑性 （3）良好的粘着性 （4）良好的绝缘性
14、,3.橡胶在汽车上的应用,1.4.3 玻璃,玻璃是由二氧化硅和各种金属氧化物组成的无机化合物，它是由石英等硅酸盐矿物材料经过配料、熔制而成的。玻璃具有透明、隔音、隔热等特性及良好的化学稳定性，并且原料丰富，生产简单。 汽车玻璃主要分为： （1）钢化玻璃 （2）夹层玻璃,1.4.4 陶瓷,陶瓷是以天然或合成的化合物为原料，经原料处理、成形、干燥、烧结而成的一种无机非金属材料。陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀性、耐磨性好，抗压强度高等特点。 车用陶瓷主要有： （1）普通陶瓷 （2）工程陶瓷 （3）功能陶瓷,1.4.5 复合材料,复合材料是新发展起来的一种工程材料，它是由2种或2种以上性质不同的金属材料或非金属材料通过人工复合而制成的。复合材料是由基体材料和增强材料两部分组成的。 复合材料的种类： 1.玻璃纤维增强塑料 2.碳纤维增强塑料,
