汽车机械基础

汽车机械基础项目二汽车常用工程材料任务二汽车常用金属材料学习目标掌握常用的机械工程材料类型、牌号、力学性能；熟悉汽车典型零件材料类型、牌号；圆锥齿轮柴油机凸轮轴锉刀手锤汽车零件材料?问题工程实例：某汽车零件用材料45、08F、20CrMnTi，汽车维修工具用材料T9。请问这是什么类型的材料？其成分、性能如何？通常会用在什么地方？9SiCr、GCr15、4Cr13？概述金属分类：黑色金属（约占汽车用材自重的70%）黑色金属材料乃工业上对铁、铬和锰的统称。亦包括这三种金属的合金，尤其是合金黑色金属钢及钢铁。有色金属（约占汽车用材自重的8%）有色金属通常指除去铁（有时也除去锰和铬）和铁基合金以外的所有金属。共64种。有色金属可分为重金属(如铜、铅、锌)、轻金属(如铝、镁)、贵金属(如金、银、铂)及稀有金属(如钨、钼、锗、锂、镧、铀)。广义的有色金属还包括有色合金。有色金属（除黑色金属以外的其他金属）铝及合金、铜及合金、镁及合金等黑色金属（铁碳合金钢铁材料）纯铁（碳含量Wc0.02%）钢（碳含量0.02%Wc2.11%）铸铁(碳含量Wc2.11%)上限6.69%工业用钢杂质元素：钢中的主要组成元素：Fe、C合金元素：因冶炼等原因，钢中不可避免地存在的一些元素。为改善钢的性能，冶炼时有目的地加入钢中的元素。钢中的常存杂质元素来源有益作用有害影响炼钢时加入的脱氧剂。能消除FeO夹杂对钢的不良影响，少量能溶入F中起固溶强化作用，提高钢的强度、硬度及弹性。过多会造成塑性下降，冲击性能变差。有益元素来源有益作用有害影响炼钢时加入的脱氧剂。能与S化合形成MnS，减轻S的有害影响；少量能溶入F中起固溶强化作用。过多会造成塑性下降。有益元素来源有益作用有害影响炼钢原料和燃料。在钢中形成FeS,FeS与Fe形成低熔点（985℃）共晶体分布在晶界上，使得对钢进行热加工时容易脆化开裂，这种现象称为热脆。有害元素来源有益作用有害影响炼钢原料和燃料。引起钢的塑性和韧性急剧下降，尤其在低温时脆性更大，这种现象称为冷脆。有害元素少量能溶入F中，使强度、硬度显著提高。二、钢的分类及编号碳素钢合金钢一、碳素钢碳素钢1、分类①按含碳量分中碳钢0.25~0.6%C高碳钢0.6%C低碳钢0.25%C碳素钢高强度钢板车身高强度材料的应用：高强度材料抗拉强度特点运用340MPa抗拉强度极高，屈服强度低、延伸性高，能量吸收性能好。汽车外板如发动机罩、车门、行李箱、侧围外板等440MPa590MPa车身骨架部件780MPa980MPa1470MPa②按质量分钢的质量是以磷、硫的含量来划分的分为。普通质量钢优质钢高级优质钢特级优质钢。根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：③按用途分工程用钢建筑、桥梁渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢耐磨钢机器用钢结构钢刃具钢模具钢量具钢工具钢齿轮刀具我国钢材的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。2.钢的编号名称符号位置名称符号位置碳素结构钢Q头桥梁用钢q尾低合金高强度钢Q头锅炉用钢g尾易切削钢Y头焊接气瓶用钢HP尾碳素工具钢T头车辆车轴用钢LZ头(滚珠)轴承钢G头机车车轴用钢JZ头焊接用钢H头沸腾钢F尾铆螺钢ML头半镇静钢b尾船用钢国际符号镇静钢Z尾汽车大梁用钢L尾特殊镇静钢TZ尾压力容器用钢R尾质量等级A.B.C.D.E尾常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号（GB/T221—2000）Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，质量提高。脱氧方法符号：沸腾钢—F；镇静钢—Z；半镇静钢—b；特殊镇静钢—TZ。例：碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。1）碳素结构钢和低合金高强度钢其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。*说明：一般情况下，屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。碳素结构钢：Q×××AF屈服点屈服点s的值质量等级：A、B、C、D、E脱氧方法沸腾钢F半镇静钢b镇静钢Z特殊镇静钢TZ例：Q235AF表示屈服点为235MPa、质量为A级的碳素结构钢，是沸腾钢。Q285B表示屈服点为285MPa、质量为B级的碳素结构钢，是镇静钢，省略Z。（2）优质碳素结构钢牌号为两位数字这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几例：45—其平均含碳量为万分之四十五（即0.45%C）牌号为T+数字“T”表示“碳素工具钢”数字表示钢平均含碳量的千分之几例：T8—其平均含碳量为千分之八（0.8%C）（3）碳素工具钢：*说明：①优质碳素结构钢含Mn量为0.7~1.2%时，在含碳量数字后加元素符号“Mn”，如40Mn。②对于优质碳素结构钢的沸腾钢和半镇静钢，在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。③碳素工具钢都是优质以上质量的④高级优质钢在钢号后加字母A，如20A、T8A。（一）碳素结构钢1、成分：0.4%C，P、S量较多。2、性能：可焊性好、塑性好。3、热处理：热轧空冷态下使用。4、常用钢号及用途：Q235Q235常以热轧型材使用，约占钢材总量的70%。用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。三、工程应用：热轧钢板Q195、Q215、Q235、Q255、275一般桥梁、建筑结构，普通机械零件，如螺钉、螺母等。可用于受力较大的机械零件，如链轮、拉杆等。常用钢号及用途1成分2热处理3性能Wc=0.05-0.85%，多数为低中碳成分，少数高碳。一般使用时必须进行热处理。较高强度，较好塑性与韧性。性能变化范围较大。（二）优质碳素结构钢08F、20、45、65冷冲压件，如汽车和仪表外壳、容器、罩子等。冷冲压件、焊接件和标准件、渗碳件等零件。调质件：机床齿轮、机床主轴、曲轴、连杆等重要零件。弹性件和耐磨件：小尺寸弹簧、低速车轮等曲轴齿轮油底壳连杆（三）工具钢按用途分为：1刃具钢2量具钢3模具钢模具量具刃具1.刃具钢用来制造各种切削刀具的钢种。⑴高硬度(≥HRC60)，主要取决于含碳量。⑵高耐磨性靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。⑶高热硬性即高温下保持高硬度的能力。⑷足够的韧性以防止脆断和崩刃。1、性能要求共有七个牌号：T7-T13（1）成分特点：高碳（0.65-1.35%C）随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。锉刀手锤2.碳素工具钢木工凿手锤圆冲（2）用途由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。T7-T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。T10-T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。T12-T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。丝锥锉刀手锯条钻头讨论：1为什么绑扎物件一般用铁丝(镀锌低碳钢），而起吊重物时都用钢丝(60、65钢制成）？2为什么锯高碳钢比锯低碳钢费力,锯条容易磨损?3、下列零件与工具，由于管理不善，造成钢材错用，请问使用过程中会出现哪些问题？（1）把25钢当作T12钢制作成锉刀；（2）把Q235B钢当作45钢制造齿轮；（3）把15钢当作60钢制作成弹簧。作业1判断下列的钢号各属于什么类型，并选择下列工件所采用的材料:08F；Q235；45；T8；T12；20；65,（汽车外壳；螺钉；齿轮；曲轴;小弹簧；锉刀）二、合金钢合金钢为了改善钢的性能，炼钢时有目的地加入一些合金元素所形成的钢称为合金钢。常加入的元素有钛(Ti)、钒(V)、硅（Si)、钨(W)、铬(Cr)、铝(AI)、锰(Mn)、钴(Co)等1、溶于铁素体,起固溶强化作用非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素体。Si、Mn对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在适当范围内提高韧性。一、合金元素在钢中的作用2、形成碳化物，起强化相作用合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性提高Ti、Zr、Nb、VW、Mo、CrMn、Fe强碳化物形成元素中碳化物形成元素弱碳化物形成元素3、对淬透性的影响除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素均使淬透性提高。常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。4、满足材料的一些特殊性能如加入合金元素形成单相组织,在表面形成致密的氧化膜等来形成不锈钢。合金钢中常用的合金元素有锰、硅、钛、镍、铝、钨、钒、钴、稀土等。二、合金钢的分类及编号（一）、合金钢的分类（1）按合金元素总含量分类低合金钢中合金钢高合金钢（2）按用途分类合金结构钢合金工具钢特殊性能钢（二）、合金钢的编号牌号为碳含量+合金元素1+1元素的百分含量数字+合金元素2+2元素的百分含量数字+……⑴合金元素及其含量标注当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量。如20CrMnTi当合金元素的平均含量为1.50-2.49%、2.50-3.49%、3.50-4.49%、4.50-5.49%、……时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5……等数字。如20CrNi3。*说明：①合金工具钢含铬量小于1%时，含铬量以千分之一为单位标出，并在含铬量前加数字“0”，如Cr06。②滚动轴承钢含铬量也以千分之一为单位标出，并在牌号头部加字母“G”，如GCr15③高级优质合金钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。④特级优质合金钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。①合金结构钢含碳量以万分之一为单位标出(两位数字)如40Cr、60Si2Mn②工具钢和特殊性能钢平均含碳量大于或等于1.0%时,不标出数字;如CrW5表示:平均含碳量大于,不标出.Cr含量＜1.5%,W含量=5.0%小于1.0%时含碳量以千分之一为单位标出(一位数字)如8MnSi、4Cr13⑵碳含量标注含碳量大于1.00%时，不标含碳量，如CrWMn(1.0%C)不标含碳量，③滚动轴承钢不标含碳量，如GCr15(1.0%C)④高锰钢不标含碳量，如ZGMn13(0.75~1.45%C)⑤珠光体耐热钢含碳量标注同结构钢，如15CrMo⑥铸钢在牌号前加“ZG”,余同结构钢,如ZG20Cr13*说明⑦不锈钢和耐热钢当含碳量为0.1%-0.03%时，以“0”表示，如“0Cr18Ni9”（含碳量上限为0.08%）当含碳量为0.03%-0.01%时(超低碳)，以“03”表示，如“03Cr19Ni10”（含碳量上限为0.03%）当含碳量≤0.01%时(极低碳)，以“01”表示，如“01Cr19Ni11”(含碳量上限为0.01%)*注:旧牌号:≤0.08%C时,标“0”;≤0.03%C时,标“00”1、性能:⑴高强度及足够韧性。⑵良好的焊接性能、耐蚀性及低的冷脆转变温度。2、成分特点：低碳(≤0.2%C)、主加Mn①Mn:强化铁素体,增加珠光体的量,降低脆转温度。②V、Ti、Nb:起细化晶粒和弥散强化作用。③Cu、P可提高耐蚀性，RE（铼）可提高韧性、疲劳极限。三、工程应用：合金结钢（一）低合金高强度结构钢压力容器南京长江大桥3、热处理：热轧空冷后使用4、常用钢号及用途Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的压力容器。Q460钢含Mo、B，正火组织为B，强度高，用于石化中温高压容器。1、性能要求：⑴表硬里韧⑵良好淬透性和渗碳能力。2、成分特点：低碳(0.1-0.25%C),加Cr、Mn、Ni、B等元素①Cr、Mn、Ni、B：提高淬透性②Cr、Mn、Ni：强化铁素体③W、Mo、Ti、V：细化晶粒渗碳件渗碳回火炉（二）合金渗碳钢——制造渗碳零件的钢种3、常用钢号及用途低淬透性钢：20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。a高淬透性钢：18Cr2Ni