《汽车机械基础 第2版 工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 金旭星 第1章 汽车常用材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车机械基础 第2版 工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 金旭星 第1章 汽车常用材料（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 汽车常用材料,【学习目标】 1了解工程材料的主要性能类型 2掌握金属材料的力学性能特点，了解金属材料的工艺性能 3掌握测定材料硬度的类型及方法,4了解常用金属材料及非金属材料的力学性能 5了解各种钢热处理方法的应用特点 6了解机械零件材料的一般选择原则及方法,1.1 金属材料的性能,工程材料是人类社会发展的重要物质基础，也是现代汽车技术发展的重要支柱之一。,工程材料具备许多优异的性能，这些性能可分为两类：一类是使用性能，反映材料在使用过程中所表现出来的特性，如力学性能（强度、硬度、塑性、冲击韧性等）、物理性能（导电性、导热性、热膨胀性和磁性等）和化学性能（抗氧化性、耐蚀性）等；另一类是
2、工艺性能，反映材料在加工制造过程中所表现出来的特性，如铸性、可锻性、焊接性、切削加工性和热处理性等。,1.1.1 金属材料的力学性能,1强度与刚度 强度是材料在载荷作用下抵抗塑性变形或破坏的能力。 抵抗外力的能力越大，则材料强度越高。 抵抗塑性变形的能力称为屈服强度，抵抗破坏的能力称为破坏强度。 材料一旦确定，则零件的相应强度极限也就确定了。,强度一般以应力的形式进行衡量和评判。 在单位截面积上产生的内力称为应力，工程上单位常用MPa（兆帕）、GPa（吉帕），1MPa=1N/mm2，1GPa（吉帕）1 000MPa。,一般地，把垂直于受力截面的应力分量称为正应力，用表示；相切于截面的应力分量称
3、为剪应力或切应力，用表示。 刚度是指零件在载荷作用下，在弹性范围内抵抗变形的能力。,抵抗变形的能力越大，则零件的刚度越高。 零件的最大刚度与材料的性质及零件的形状尺寸有关。 刚度一般以绝对或平均变形量表示。,2硬度,硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。 因此硬度也可以看做是材料对局部塑性变形的抗力。,硬度是衡量材料性能的一个综合的工程量或技术量。 通常材料的硬度越高，耐磨性越好，强度也越高。 测定硬度的方法很多，常用的有布氏硬度测试法和洛氏硬度测试法。 测定硬度的工具是硬度计，如图1-1所示。,（1）布氏硬度及其测定,图1-1 硬度计,图1-2 布氏硬度试验原理,（
4、2）洛氏硬度及其测定 （3）维氏硬度及其测定,3塑性,塑性是指材料断裂前发生不可逆永久变形的能力。 材料断裂前的塑性变形愈大，表示它的塑性愈好，反之则表示其塑性差。 常用的塑性指标是断后伸长率和断面收缩率。,（1）断后伸长率,断后伸长率是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比，即标距的相对伸长，用A表示，如图1-3所示。,图1-3 拉伸试样,式中 l0 试样的原始标距长度； l1 试样断裂后的标距长度。,（2）断面收缩率,断面收缩率是指试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号Z表示。,式中 A0试样的原始横截面积； A1试样拉断后缩颈处的最小横截面积。,图1-4 拉
5、伸试验机,图1-5 低碳钢拉伸曲线,4疲劳强度,疲劳破坏是指材料在循环应力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然产生断裂的过程。 引起疲劳破坏的循环应力最大值称为疲劳强度。,图1-6 疲劳破坏的齿轮,1.1.2 金属材料的物理性能,金属材料的物理性能指金属材料的熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性和耐磨性等。,1熔点,金属材料在缓慢加热的条件下，由固态开始熔化为液态时的温度，称为该金属的熔点，单位为摄氏度（）。,2导热性 导热性是指金属材料传导热量的能力。 3导电性 金属材料传导电流的能力称为材料的导电性。,4热膨胀性 金属材料在加热时体积增大的性能称为热膨
6、胀性。 5磁性 金属被磁化或被磁力吸引的性能称为磁性。,1.1.3 金属材料的化学性能,金属材料在室温或高温下，抵抗介质对它化学侵蚀的能力，称为金属材料的化学性能。 金属材料的化学性能一般包括抗氧化性和耐蚀性等。,1.1.4 金属材料的工艺性能,金属材料的工艺性能是指金属材料所具有的能够适应各种加工工艺要求的能力，它是力学、物理、化学性能的综合表现。 它包括铸造性、可锻性、焊接性、切削加工性和热处理性等。,1铸造性 2可锻性 3焊接性 4切削加工性,图1-7 金属材料的铸造,图1-8 金属材料的锻造,图1-9 材料的焊接,图1-10 材料的切削加工,1.2 常用工程材料,1.2.1 黑色金属材
7、料 通常，工业上对铁、铬和锰及这三种金属的合金，尤其是铁碳合金称为黑色金属。 除这三种金属（合金）以外的金属（合金）称为有色金属。,1铸铁,根据碳在铸铁中存在形态的不同，铸铁可分为下列几种。,（1）白口铸铁 （2）灰铸铁 （3）球墨铸铁 （4）可锻铸铁,（a）白口铸铁 （b）灰铸铁 （c）球墨铸铁 图1-11 铸铁材料,2碳素钢,通常把含碳质量分数在2.11%以下的铁碳合金称为钢。 实际应用的碳素钢含有少量的杂质，如硅（Si）、锰（Mn）、硫（S）、磷（P）等。 碳素钢可以轧制成板材和型材，也可以锻造成各种形状的锻件。,碳素钢一般可按含碳质量分数、质量和用途三种情况来分类。 按含碳质量分数，碳
8、素钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。,低碳钢wC0.25%。 中碳钢0.25%wC0.6%。 高碳钢wC0.6%。,按钢的质量，即主要根据钢中有害杂质（硫、磷）的含量可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢。,普通碳素钢wS0.055%，wP0.045%。 优质碳素钢wS0.045%，wP0.040%。 高级优质碳素钢wS0.03%，wP0.035%。,按用途碳素钢可分为碳素结构钢和碳素工具钢。 碳素结构钢主要用于制造各种工程构件（如桥梁、船舶、建筑用钢）和机器零件（如齿轮、轴、连杆、螺栓、螺钉等）。这类钢一般属于低、中碳钢。,碳素工具钢主要用于制造各种刃具、量具、模具。这类钢一般属于高碳钢。
9、,下面简要介绍几种常用的碳素钢。 （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,3合金钢,（1）合金结构钢 （2）合金工具钢 合金工具钢常用来制造各种刃具、量具和模具，因而对应的就有刃具钢、量具钢和模具钢。, 刃具钢。 量具钢。 模具钢。,（3）特殊性能合金钢, 不锈钢。 耐热钢。 耐磨钢。 软磁钢。,1.2.2 有色金属材料,工业生产中通常称钢铁为黑色金属，而称铜、铝、镁、铅、轴 1铜与铜合金 （1）纯铜 纯铜外观呈紫红色，又称紫铜。,（2）黄铜 黄铜是铜（Cu）与锌（Zn）的合金。 （3）青铜 除黄铜和白铜（铜镍合金）外，其余铜合金统称为青铜。铜锡合金称为锡青铜
10、，其余青铜称为无锡青铜。 锡青铜。 无锡青铜。,2铝及铝合金,（1）纯铝 纯铝是一种密度小（2.72g/cm3），熔点低（660），导电性、导热性好，塑性好，强度、硬度低的金属。,（2）铝合金,铝中加入适量的铜、镁、硅、锰等元素即构成了铝合金。 变形铝合金。 铸造铝合金。,3轴承合金,（1）锡基轴承合金（锡基巴氏合金） 锡基合金中含有锑和铜等元素。 （2）铅基轴承合金（铅基巴氏合金） 铅基合金中含有锑、锡和铜等元素。,1.2.3 非金属材料,非金属材料通常指以无机物为主体的玻璃、陶瓷、石墨、岩石和以有机物为主体的木材、塑料、橡胶等一类材料。,1塑料,塑料是一种以合成树脂为主要成分，加上其他添加
11、剂（如增强剂、增塑剂、固化剂、稳定剂等）组成的高分子有机化合物。,常用的工程塑料有以下几种。 （1）ABS塑料 （2）聚酰胺 （3）酚醛塑料 （4）氨基塑料 （5）环氧树脂 （6）有机玻璃,2橡胶 橡胶是一种天然的或人工合成的高聚物的弹性体。 3陶瓷 4复合材料,复合材料按增强材料的类型可分为以下四大类。 纤维增强复合材料，如玻璃纤维、碳纤维、硼纤维和碳化硅纤维等。 颗粒增强复合材料，如陶瓷粒与金属复合、金属粒与塑料复合等。, 叠层复合材料，如双金属复合、多层板复合等。 夹层结构复合材料，如夹层内填充蜂窝结构或填充泡沫塑料，具有质轻、刚度高大等特性。,1.3 金属的热处理,金属热处理是将金属工
12、件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。 金属的热处理是在专用的热处理设备上完成的，如图1-12所示。,金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 其特点是改善工件的内部质量，而这一般不是肉眼所能看到的。,图1-12 热处理设备,热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。 这些过程互相衔接，不可间断。,1.3.1 整体热处理,1退火 根据钢的化学成分和钢件类型的不同，退火工艺可分为完全退火、球化退火和去应力退火等。 （1）完全退火 （2）球化退火 （3）去应力退火,2正火 3淬火 4回火 （1）低温回火 （2）中温回火 （3）高温回火,1.3.2 表面热处理,表面热处理是对工件表面进行强化的金属热处理工艺。 1表面淬火 2化学热处理,1.4 机械零件材料的选用,1满足使用要求 2满足工艺要求 3满足经济性要求,
