汽车机械基础模块二

汽车机械基础模块二汽车工程材料基础知识知识点一金属材料的性能知识点三钢的热处理知识点二汽车常用金属材料知识点四汽车常用非金属材料模块二汽车工程材料基础知识能力目标•••••模块二汽车工程材料基础知识案列导入工程材料主要是指用于机械、车辆、船舶、建筑、化工、能源、仪器仪表、航空航天等工程领域中的材料。它包括用于制造工程构件、机械零件以及工具的材料和具有特殊性能的材料。汽车工程材料是指用于制造汽车零部件的材料，汽车常用工程材料如图所示。金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两方面。使用性能是指在正常使用条件下，零部件材料所表现出来的性质和适应能力，如物理性能、化学性能和力学性能等。工艺性能是指材料在各种加工过程中所表现出来的适应能力和加工难易程度。工艺性能主要包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能。金属材料的力学性能是最为基本和重要的，它是产品设计、材料选择、工艺评定及材料检验的主要依据。知识点一金属材料的性能金属材料的力学性能一、金属材料受载荷作用而发生的几何形状和尺寸的变化称为变形，变形有弹性变形和塑性变形两种；根据作用的载荷方向不同，变形又分拉压、弯曲、剪切、扭转等形式。知识点一金属材料的性能构建基本变形形式知识点一金属材料的性能材料在外力作用下所表现出来的一系列特性和抵抗破坏的能力称为力学性能。金属材料的力学性能又称机械性能。力学性能对金属材料的使用性能和工艺性能有着非常重要的影响。金属材料的主要力学性能有强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。知识点一金属材料的性能1.强度低碳钢拉伸应力-应变曲线知识点一金属材料的性能1）弹性阶段（Ob段）在该段内，如果解除拉力F，则试样所产生的变形也随之消失，这种变形称为弹性变形，因此ob段称为弹性阶段。弹性阶段内的Oa为一直线，在该段内，应力与应变成正比，材料服从胡克定律，即：σ=Eε式中E为与材料有关的比例常数，称为弹性模量。直线Oa的最高点所对应的应力，称为比例极限，用σp来表示。知识点一金属材料的性能2）屈服阶段（bc段）当应力超过弹性极限后继续加载，应变会急剧地增加，而应力在很小的范围内波动，σ—ε曲线形成小锯齿形线段。这种应力基本保持不变，而应变显著增加的现象，称为屈服或流动。在屈服阶段内的最高应力和最低应力分别称为上屈服极限和下屈服极限。上屈服极限的数值与试样形状、加载速度等因素有关，一般不稳定。而下屈服极限则有比较稳定的数值，能够反应材料的性能，通常就把下屈服极限称为屈服极限或称屈服强度，用σs表示。σs是衡量材料强度的重要指标。知识点一金属材料的性能3）强化阶段（cd段）过了屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增加拉力。这种现象称为材料d所对应的应力σb是材料所能承受的最大应力，称为强度极限或抗拉强度，它表示材料抵抗断裂所能承受的最大应力。σb也是衡量材料强度的重要指标。知识点一金属材料的性能4）颈缩阶段（de段）过d点后，即应力达到强度极限后，在试样的某一局部范围内，横向尺寸突然急剧缩小，形成颈缩现象，如图所示。在σ-ε曲线图上，用原始横截面面积A算出的应力σ随着横截面面积的迅速减小而下降到e点，试样被拉断。颈缩现象知识点一金属材料的性能2.塑性材料经受较大塑性变形而不破坏的能力称为塑性。材料的塑性用伸长率或断面收缩率来表示。设试样拉断后的标距长度为l1，原始长度为l，则伸长率定义为：设试样的原始横截面面积为A，拉断后颈缩处的最小截面面积变为A1，断面收缩率定义为：1100%lll1100%AAA知识点一金属材料的性能3.硬度1）布氏硬度布氏硬度试验原理根据GB/T231.1—2009规定：布氏硬度试球或硬质合金球，以相应的试验力F压入试样表面，保持一定时间后，卸除试验力，用测量表面压痕直径d来计算硬度的一种压痕硬度试验，其试验原理如图所示。知识点一金属材料的性能2）洛氏硬度洛氏硬度的测定是在洛氏硬度试验机上进行的，其试验原理如图所示。洛氏硬度测试原理图知识点一金属材料的性能3）过渡配合可能具有间隙或过盈的配合为过渡配合。此时，孔的公差带与轴的公差带相互交叠，其极限值为最大间隙和最大过盈，如图所示。过渡配合主要用于孔、轴的定位连接。过渡配合知识点一金属材料的性能维氏硬度试验基本上和布氏硬度试验相同，但压头改用相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石，以选定的试验力49.03~980.7N压入试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力，用测量压痕对角线的长度来计算硬度。维氏硬度值用HV来表示，如700HV30/20表示用30kgf载荷保持20s测定的维氏硬度值为700（载荷保持时间10~15s不标注）。3）维氏硬度知识点一金属材料的性能4.冲击韧性冲击载荷是一种突然作用的载荷，通常以高速作用在零件上，比静载荷作用的破坏性大得多。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，如发动机活塞销、冲模和锻模等。材料抵抗冲击载荷的能力称为材料的冲击韧性，冲击韧性常用一次摆锤冲击试验来测定，冲击试验原理如图所示。冲击试验原理知识点一金属材料的性能5.疲劳强度在静载荷作用下，零件所受的外力小于抗拉强度时，材料是不会断裂的。零件在交变载荷作用下，应力远低于该材料的强度极限，甚至低于屈服极限时就会发生断裂，这种现象称为金属的疲劳，由此引起的断裂称为疲劳断裂。疲劳曲线示意图知识点一金属材料的性能铸造是将熔化了的金属液浇入已经制好的铸型型腔，经冷却凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能铸造性能是指金属融化成液态后，在铸造成型时所具有的一种特性，它常用金属的液态流动性、冷却时的收缩率和凝固后的偏析等指标衡量。铸造生产所采用的材料是铸造性能较好的铸铁、有色金属及铸钢。汽车发动机上的气缸盖、气缸体、活塞、变速器箱体、转向器壳体等均是由金属材料铸造而成的。1.铸造性能金属材料的工艺性能二、知识点一金属材料的性能锻造是在锻压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生塑性变形，以获得一定几何尺寸、形锻造性能是指金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度。其优劣取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性好的金属变形时不易开裂；变形抗力小的金属锻压时省力，而且工（模）具不易磨损。例如，碳钢在加热状态下锻造性能较好，铸铁则不能锻造。2.锻造性能知识点一金属材料的性能3.焊接性能焊接是通过加热和（或）加压，使两块分离的金属达到原子结合且不可拆卸连接的一种加工方法，包括熔焊、压焊、钎焊等，其特点是可以小拼大，焊接性能是指金属材料在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。焊接性能好的金属能获得没有裂纹、气孔等缺陷的焊缝，并且焊接接头具有比较好的机械性能。知识点一金属材料的性能4.切削加工性能切削加工性能是指对材料进行切削加工的难易程度和切削加工后材料的表面质量，其难易程度与金属的强度、硬度、塑性和导热性有关。金属的切削性能包括几个方面：允许的切削速度，经切削后能达到的表面粗糙度，切削时的动力消耗及对刀具的磨损程度等。切削加工性能好的金属对刀具磨损量小、切削用量大、加工表面精度高。知识点一金属材料的性能5.热处理性能热处理是采用适当的方式对金属工件进行加热、保热处理的方法有普通热处理（淬火、回火、退火、正火），表面热处理（只改变金属表层的性能），表面化学热处理（既改变表层化学成分，也改变表层性热处理性能是指金属材料经热处理后所能获得不同力学性能的可能性，一般可以通过热处理来提高金属材料的力学性能。非铁合金一般不易进行热处理，通常碳钢、合金钢可以用热处理来改变其内部结构组织，达到改善材料的力学性能的目的。知识点一金属材料的性能金属材料与陶瓷材料，以及高分子材料为现代工业三大固体工程材料。工业上，通常把金属材料分为两大类：铁碳合金和非铁合金。铁碳合金是指以铁和碳为主要元素组成的合金，也称为黑色金属，钢铁材料都是铁碳合金；非铁合金是指除钢铁材料以外的其他所有金属材料，如铝、铜、镁及其合金，也称为有色金属。知识点二汽车常用金属材料根据含碳量和组织成分的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和白口铸铁三类。含碳量小于0.02%的铁碳合金称为工业纯铁含碳量在0.02%~2.11%的铁碳合金称为钢。含碳量在2.11%~6.69%的铁碳合金称为白口铸铁。知识点二汽车常用金属材料知识点二汽车常用金属材料钢和铸钢一、1.碳素钢碳素钢又称碳钢，是含碳量小于2.11%（实际在1.35%以下）的铁碳合金，并含有冶炼中难以除净的少量杂质，如硅、锰、硫、磷等。碳钢具有较好的机械性能，良好的工艺性能，价格低廉、品种多样，能够满足各种场合机械加工用钢的使用要求，碳钢约占钢总产量的90%知识点二汽车常用金属材料分类方法名称特点按钢的含碳量低碳钢含碳量ωc0.25%中碳钢含碳量ωc=0.25~0.6%高碳钢含碳量ωc0.6%按钢的质量普通碳素钢ωS≤0.05%，ωP≤0.045%，用于各类工程上优质碳素钢ωS≤0.035%，ωP≤0.035%，热处理后使用高级碳素钢ωS≤0.025%，ωP≤0.025%，用来制造工具和要求特别高的零件按钢的用途碳素结构钢主要用来制造各种工程构件（如机架、桥梁等）。一般为中、低碳钢。碳素工具钢主要用来制造各种刃具，模具和量具等。一般为高碳钢。1）碳素钢的分类知识点二汽车常用金属材料2）常用碳素钢的性能、品牌和用途碳素结构钢：碳含量较低，而硫、磷等含量较高，故强度不高，但塑性、韧性较好，焊接性能好，价格低廉。碳素结构钢的规定牌号有：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五类；优质碳素结构钢：含碳量0.05%～0.9%，有害杂质含量很少。应用广泛，常制造各种较重要的机械零件，比如汽车中的大部分零件；碳素工具钢：这类钢常用于制造刃具、量具、模具等。知识点二汽车常用金属材料2.合金钢为改善碳钢的组织和性能，在碳钢基础上有目的地加入一种或几种合金元素所形成的铁基合金，称为低合金钢或合金钢。通常加入的合金元素有：硅Si、锰Mn、铬Cr、镍Ni、钼Mo、钨W、钒V、钛Ti等。1）低合金结构钢2）合金结构钢3）合金工具钢4）滚动轴承钢5）特殊性能钢知识点二汽车常用金属材料3.铸铁1）铸铁的类型类型特点白口铸铁碳主要以渗碳体形式存在，其断口呈银白色。其性能既硬又脆，很难进行切削加工，主要用作炼钢原料，很少直接用来制造机械零件。麻口铸铁碳大部分以渗碳体形式存在，少部分以石墨形式存在。其断口呈灰白色相间成麻点，应用价值不大。灰铸铁碳主要以片状石墨形式存在，其断口呈灰色。是应用最广泛的一类铸铁。可锻铸铁碳主要以团絮状石墨形式存在，从而具有较高的韧性和塑性。球墨铸铁碳主要以球状石墨形式存在，因而具有更高的机械性能，并且可采用热处理强化，使其机械性能进一步提高。知识点二汽车常用金属材料2）常用的铸铁品牌和类型（1）碳素结构钢（2）优质碳素结构钢（3）碳素工具钢知识点二汽车常用金属材料有色金属及其合金二、有色金属与铁碳合金相比，产量低、价格高。但有色金属具有某些特殊的优越性能，如密度小、比强度高、耐腐蚀性好、导电性好等，成为现代工业中不可缺少的材料，在现代汽车上的用量逐年增加。近年来在轿车制造行业采用铝、镁、钛等轻金属替代钢铁材料减轻自重是轿车轻量化的一个重要手段。知识点二汽车常用金属材料1.铝及铝合金1）工业纯铝•在工业生产中，铝及其合金的应用量仅次于钢铁，居有色金属的首位，广泛用于食品、电力和飞机制造业，是航空工业的主要原材料。•纯铝是银白色的金属，密度小，导电性和导热性仅次于铜、银、金，且价格较低，资源丰富。具有良好的加工性能和焊接性能，具有良好的抗大气腐蚀能力。知识点二汽车常用金属材料通常在铝中加入一定量的其他元素以制成具有较高强度的铝合金。根据其成分和生产工艺特点，可将铝合金分为变形铝合金（或称压力加工铝合金）和铸造铝合金两类。2）铝合金知识点二汽车常用金属材料知识点二汽车常用金属材料2.铜及铜合金1）纯铜2）黄铜知识点二汽车常用金属材料3.滑动轴承合金发动机的主轴承、曲柄销轴承、活塞销轴承以及摇臂轴承等都是滑动轴承，用来制造滑动轴承中轴瓦或内