第二章钢铁材料及其在汽车上的应用

汽车材料第二章钢铁材料及其在汽车上的应用第一节碳素钢教学目的与要求：1.了解碳对碳素钢性能的影响2.掌握锰、硅和硫、磷对碳素钢性能的影响3.了解碳素钢的分类和常用碳素钢教学内容：1.钢和铸铁的含碳量2.碳及常存元素对碳素钢性能的影响3.碳素钢的分类4.常用碳素钢的优缺点及牌号表示重点：碳及常存元素对碳素钢性能的影响，掌握常用碳素钢的牌号。难点：碳及常存元素对碳素钢性能的影响，掌握热脆、冷脆等名词。铁碳合金是汽车用材的主体，其用量超过汽车用材总量的2/3。钢铁材料包括碳素钢、合金钢和铸铁。含碳量小于2.11％的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.11％的铁碳合金称为铸铁。我国是世界上最早炼钢的国家。早在公元前6世纪的春秋晚期我国就有了生铁器物，后来又用生铁冶炼成钢。而西方生铁炼钢技术到19世纪才出现，而且是从中国工匠处学到的，但此后西方冶金技术不断进步，远远超过我国。碳素钢在汽车上的应用再找点汽车图片资料一、碳及常存元素对碳素钢性能的影响1、碳的影响从图中我们可以看出，随着含碳量增加，碳素钢的强度、硬度升高，塑性和韧性降低。当含碳量在0.9％左右时，强度达到最大值，以后随着含碳量得增加，除硬度继续升高外，强度明显下降，塑性和韧性进一步降低。2、常存元素的影响（1）锰、硅的影响锰、硅是有益元素，能提高钢的强度和硬度。其中，硅还能使钢的流动性变好，有利于浇铸成型，但过高会降低钢的塑性；锰还可以减少硫对钢的有害作用。泰坦尼克号这是泰坦尼克号沉没前的图片，我们知道它是撞冰山断裂而沉没的，那么对于船身的材料，大家清楚吗？科学家从船身的材料上也发现了点原因。在本节课程中我们将会了解到。（2）硫、磷的影响硫、磷是有害元素，它们会使钢的塑性和韧性下降。硫还会使钢在锻造、轧制等热加工时产生脆化，导致工件开裂，即“热脆”现象；磷虽能增强钢的硬度和强度，但磷能使钢在低温时塑性和韧性大大下降，这种现象称为“冷脆”。磷的存在还会使钢的焊接性能变坏，焊接时容易产生裂纹。因此，钢中应严格控制硫、磷的含量。二、碳素钢的分类1、按钢的含碳量分类低碳钢：C≤0.25％中碳钢：C＝0.25％～0.60％高碳钢：C≥0.60％2、按钢的质量分类普通钢：S≤0.050％，P≤0.045％优质钢：S≤0.035％，P≤0.035％高级优质钢：S≤0.025％，P≤0.025％特级优质钢：S≤0.015％，P≤0.025％3、按钢的用途分类碳素结构钢：用于制造汽车零件和工程构件碳素工具钢：用于制造刀具、量具和模具4、按冶炼时脱氧程度的不同分沸腾钢：脱氧程度不完全的钢镇静钢：脱氧程度完全的钢半镇静钢：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的钢三、常用碳素钢1、碳素结构钢碳素结构钢的含碳量在0.06％～0.38％之间，杂质元素硫、磷的含量较多，故强度不够高。牌号表示方法：Q+屈服强度+质量等级符合+脱氧程度符合例：Q235-A*F表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢2、优质碳素结构钢优质碳素结构钢是应用极为广泛的机械制造用钢。杂质元素硫、磷含量较少，经热处理后有较好力学性能，常用于制造较重要的机械零件。牌号表示：用两位数表示，数字表示钢中平均含碳量得万分数。例：45钢表示平均含碳量为45％的优质碳素结构钢。知识链接优质碳素结构钢的分类：渗碳钢：含碳量在0.15％～0.25％，常用于制造渗碳零件。调质钢：含碳量在0.25％～0.50％，通过调质处理来提高其综合性能。弹簧钢：含碳量在0.55％～0.9％，用于制造弹簧等各种弹性元件及耐磨零件。3、铸造碳钢铸造碳钢是将钢液直接浇注成零件毛坯的碳钢。用于汽车上一些形状复杂，难以锻造或切削加工的两年关键，用铸铁铸造又难以达到较高性能要求时，一般用铸钢铸造。特性：具有较好的强度、塑性和韧性，且具有良好的焊接性能，但铸造性能不如铸铁。牌号表示：ZG+屈服强度数值+抗拉强度数值例：ZG200-400表示屈服强度不小于200MPa，抗拉强度不小于400MPa的铸钢。小结：（1）碳对碳素钢性能的影响（2）锰、硅和硫、磷对碳素钢性能的影响（3）碳素钢的分类（4）常用碳素钢谢谢！第二节钢的热处理简介现象：放在水中冷却的一根钢丝硬而脆，很容易折断；放在空气中冷却的一根较软、有较好的塑性，可以卷成圆圈而不断裂。钢丝的水冷与空冷教学目的与要求：1.了解热处理的基本原理。2.掌握常用热处理的主要工艺过程、作用与应用。3.了解机械零件常用的表面防护方法。教学内容：1.钢的热处理的基本原理。2.钢的常规热处理的种类，工艺过程，作用及应用。3.钢的表面热处理的种类，工艺过程，作用及应用。重点：钢的常用热处理，作用及应用。难点：钢的热处理的基本原理。铁碳合金是汽车用材的主体，其用量超过汽车用材总量的2/3。钢铁材料包括碳素钢、合金钢和铸铁。含碳量小于2.11％的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.11％的铁碳合金称为铸铁。热处理是将钢在固态下加热、保温和冷却，使钢的组织结构发生变化，以获得所需性能的一种工艺方法。其目的是改善材料的性能，充分发挥材料的潜力，延长其使用寿命。分类一、普通热处理普通热处理通常是指对工件进行整体的热处理。常用的有：退火、正火、淬火和回火。1、退火退火就是将钢件加热到一定温度，保温一定时间后随炉缓慢冷却的热处理工艺。退火的目的：主要用来消除铸件、锻件等的内应力，以防止变形和开裂，均匀组织、细化晶粒，以改善钢的力学性能，降低钢的硬度，改善切削加工性能等。2、正火正火就是将钢件加热到一定温度，保温一定时间后在空气中冷却的热处理工艺。正火的目的：主要是细化晶粒、减少内应力，提高钢的强度和韧性，改善钢的切削加工性能。正火与退火基本相同，只是由于冷却速度稍快，使钢的强度与硬度要比退火处理高。1—完全退火2—球化退火3—去应力退火4—正火退火与正火机械零件一般的加工工艺顺序：作用：消除前一工序所造成的某些组织缺陷及内应力，可以改善材料的切削性能，为随后的切削加工及热处理（淬火—回火）做好组织准备。即对金属进行软化处理。3、淬火淬火就是将钢件加热到一定温度，保温一定时间后在空气中冷却的热处理工艺。目的：改变金属的组织结构（马氏体组织），提高钢的强度和硬度，并在不同的回火温度配合下，能使钢获得不同的力学性能。錾子淬火+低温回火来提高其强度和硬度淬火的冷却介质常用的有：水、盐和碱水溶液、矿物油等。4、回火回火就是将淬火后的钢件加热到一定温度以下，保温一定时间后冷却的热处理工艺。回火的目的：主要用来减少和消除钢淬火时产生的内应力，防止工件变形和开裂；调整钢的硬度，提高钢件的塑性和韧性，以满足使用要求；稳定组织，以保证工件在使用中形状和尺寸不发生变化。一般来说，几乎所有的淬火零件都需要进行回火处理。1）低温回火能消除钢件因淬火而产生的内应力，并保持淬火钢的高硬度、高耐磨性，同时提高其韧性。主要用于刀具、工量具、模具以及其他耐磨零件。中温回火能使钢件获得较高的弹性和强度，并具有一定的韧性。主要用于各种弹性零件，如各类弹簧等。高温回火能使钢获得良好的综合力学性能。调质：淬火+高温回火调质主要用于各种重要零件的处理，如汽车的半轴、螺栓、齿轮等。二、表面热处理汽车上许多零件是在交变载荷、冲击载荷及强烈摩擦条件下工作的，这些零件表面具有高硬度和高耐磨性，而心部又需具有足够的强度和韧性。为了满足使用要求，通常用表面热处理的方法来实现。分类：表面淬火和表面化学热处理汽车变速齿轮传动齿轮轴1、表面淬火表面淬火——仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。原理：通过快速加热，使钢的表层奥氏体化，在热量尚未充分传到零件中心时就立即予以冷却淬火。适用：中碳钢、中碳合金钢。方法：火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火（1）火焰加热表面淬火利用氧-乙炔火焰对工件表面进行加热，使其表面迅速达到淬火温度，随即喷水冷却。（2）感应加热表面淬火利用感应电流通过工件时产生的热效应，使工件表面迅速达到淬火温度，随即快速喷水冷却的过程。电流电流2、表面化学热处理表面化学处理是通过一定的工艺方法，将一种或几种元素渗入钢件表面，以改变其化学成分和组织结构，从而获得所需性能的热处理工艺。按渗入元素不同，分：渗碳、渗氮和碳氮共渗。（1）渗碳渗碳是把工件置于渗碳介质中加热、保温，使活性碳原子产生并渗入工件表层的化学热处理方法。（2）渗氮将活性氮原子渗入钢件表面的热处理工艺，也称氮化处理。与渗碳相比，渗氮能使工件表面具有更高的硬度和耐磨性，并能提高工件的耐蚀性，而且由于渗氮后不必进行淬火处理，所以变形也很小。（3）碳氮共渗也称氰化处理。共渗完后还需进行淬火及回火处理。经过碳氮共渗后的钢件表面具有很高的硬度、耐磨性和疲劳强度，并具有一定的耐蚀性。三、典型零件热处理分析1．锉刀2．汽车变速齿轮3．汽车传动齿轮轴小结：（1）普通热处理的方法和目的（2）表面热处理的方法和作用（3）区分“四火”的区别和各自的优点谢谢！