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一、典型汽车零件的选材二、金属材料在汽车上的应用金属材料在汽车上的应用1．汽车齿轮的选材1）齿轮的作用传递扭矩、调节速度、改变运动方向。2）工作条件（1）齿根受很大交变弯曲应力作用、齿面受较大接触应力并有强烈的摩擦和磨损。（2）承受一定的冲击载荷。汽车齿轮的工作条件远比机床齿轮恶劣，特别是主传动系统中的齿轮，它们受力较大，超载与受冲击频繁，因此对材料的要求更高。一、典型汽车零件的选材（3）失效形式轮齿折断、齿面磨损、齿面剥落、齿面点蚀、过载断裂。（4）对汽车齿轮的性能要求1）高的弯曲疲劳强度；2）高的接触疲劳强度耐磨性；3)较高的强度和冲击韧性；4)较好的热处理性能，热处理变形小。汽车齿轮用材是合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi，并经渗碳、淬火和低温回火。渗碳、淬火、回火后，还可采用喷丸处理，增大表面应压力，有利于提高疲劳强度，并清除氧化皮。例：北京牌吉普车后桥圆锥主动齿轮。性能要求：齿面硬度HRC58～HRC62，心部硬度HRC33～HRC48。（5）典型汽车齿轮选材材料：20CrMnTi钢。热处理：渗碳、淬火、低温回火，渗碳层深1.2mm～1.6mm。工艺路线：下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬火、低温回火→喷丸→磨削。图汽车变速齿轮2．汽车发动机曲轴（1）汽车发动机曲轴的工作条件曲轴在工作中受到弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力。而且，应力分布极不均匀；曲轴颈与轴承还发生滑动摩擦。（2）曲轴的主要失效形式疲劳断裂和轴颈严重磨损两种。（3）对曲轴的性能要求：1）高的强度；2）一定的冲击韧性；3）足够的弯曲、扭转疲劳强度；4）足够的刚度；轴径表面有高的硬度和耐磨性。（4）典型曲轴的选材锻钢曲轴一般采用优质中碳钢和中碳合金钢制造，如30、45、35Mn2、40Cr、35CrMo等。铸铁曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等制造，如ZG230-450、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。（5）曲轴典型的工艺路线可根据材质不同分为两类：1）铸铁曲轴的典型工艺路线：铸造→正火→调质→切削加工→轴颈气体渗碳2）锻钢曲轴的典型工艺路线：下料→模锻→调质→切削加工→轴颈表面淬火3．汽车半轴汽车半轴是典型的受扭转的轴件，但工作应力较大，且受相当大的冲击载荷，其结构如图所示。为了提高淬透性，并在油中淬火防止变形和开裂，中、小型汽车的半轴一般用40Cr制造，重型车用40CrMnMo等淬透性很高的钢制造。例：130载重车半轴材料：40Cr。热处理：整体调质。性能要求：杆部HRC37～HRC44；盘部外圆HRC24～HRC34。工艺路线：下料→锻造→正火→机械加工→调质→盘部钻孔→磨花键。4．汽车板簧（1）汽车板簧失效形式及性能要求汽车板簧用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击载荷。汽车板簧的主要失效形式为刚度不足引起的过度变形或疲劳断裂。因此，对汽车板簧的性能要求是材料要有较高的弹性极限、屈服强度和疲劳强度。（2）典型板簧选材汽车板簧一般选用弹性高的合金弹簧钢来制造，如65Mn、65Si2Mn钢等。对于中型或重型汽车，板簧还采用50CrMn、55SiMnVB钢；对于中型载货汽车用的大截面板簧，则采用55SiMnMoV、55SiMnMoVNb钢制造。（3）工艺路线热轧钢板冲裁下料→压力成型→淬火→中温回火→喷丸强化喷丸强化也是表面强化的手段，目的是提高零件的疲劳强度。二、金属材料在汽车上的应用（一）汽车结构零件用材1.发动机缸体和缸套材料发动机缸体：缸体常用的材料有灰铸铁和铝合金两种。铝合金的密度小，但刚度差、强度低、价格贵。所以，除了某些发动机为减轻重量而采用铝合金外，一般缸体材料均采用灰铸铁。二、金属材料在汽车上的应用缸套材料：气缸的缸体一般采用普通铸铁或铝合金，而气缸工作面则用耐磨材料，制成缸套镶入气缸。常用缸套材料为耐磨合金铸铁，主要有高磷铸铁、硼铸铁、合金铸铁等。为了提高缸套的耐磨性，可以用镀铬、表面淬火、喷镀金属钼或其他耐磨合金等办法对缸套进行表面处理。2．发动机缸盖缸盖主要用来封闭气缸构成燃烧室。目前使用的缸盖材料有两种：一种是灰铸铁或合金铸铁；另一种是铝合金。铸铁发动机缸盖具有高温强度、铸造性能好、价格低等优点，但其导热性差。铝合金重量轻，但其高温强度低，使用中容易变形、成本较高。3．活塞组活塞、活塞销和活塞环等零件组成活塞组。常用的活塞材料是铝硅合金，其性能特点是导热性好、密度小、膨胀系数减小，耐磨性、耐蚀性、硬度、刚度和强度提高。铝硅合金活塞需进行固溶处理及人工时效处理，以提高表面硬度。活塞销材料一般用20、20Cr、20CrMnTi等低碳、低碳合金钢，表面进行渗碳或碳氮共渗处理，以满足材料外表面硬而耐磨、内部韧而耐冲击的要求。活塞环材料目前一般多用珠光体基体的灰铸铁或合金铸铁，也有的采用球墨铸铁或可锻铸铁。为了改善活塞环的工作性能，活塞环宜进行表面处理。目前应用最广泛的是镀铬，可使活塞环的寿命提高２～３倍。其他表面处理的方法还有喷钼、磷化、氧化、涂敷合成树脂等。连杆材料一般采用45钢、40Cr或40MnB等调质钢。气门进气门一般可用40Cr、35CrSi、38CrSi、42Mn2V等合金钢制造；排气门则要求用高铬耐热钢制造，采用4Cr10Si2Mo作为排气门材料时工作温度可达550~650℃。螺栓、铆钉等冷镦零件常用的螺栓材料有10、15（木螺栓，铆钉）、35(普通螺栓)、40Cr和15MnVB(重要螺栓)等。（二）汽车冷冲压零件用材在汽车零件中，冷冲压零件种类繁多，约占总零件数的50%～60%。汽车冷冲压零件的材料有钢板和钢带，其中主要是钢板，如08、20、25和Q345等。热轧钢板主要用来制造一些承受一定载荷的结构件，如保险杠、刹车盘、纵梁等。这些零件不仅要求钢板具有一定刚度、强度，而且还要具有良好的冲压成型性能。冷轧钢板主要用来制造一些形状复杂，受力不大的机器外壳、驾驶室、轿车的车身等覆盖零件。这些零件对钢板的强度要求不高，但却要求具有优良的表面质量和冲压性能，以保证高的成品合格率。思考题1.选用材料一般应注意哪些基本原则？2.下列发动机零件在选材时应考虑哪些问题？选择哪些材料较适宜。1）活塞；2）曲轴；3）排气阀；4）气门弹簧；5）滑动轴承