汽車工程材料1

1、1.1.汽車工程材料的分類汽車工程材料的分類 金屬材料金屬材料（純金屬及合金） 黑色金屬（鋼鐵黑色金屬（鋼鐵) ) 有色金屬有色金屬 (Cu(Cu、AlAl、TiTi、Mg Mg ) ) 非金屬材料非金屬材料 有機(jī)高分子材料（主要成分是、）有機(jī)高分子材料（主要成分是、）塑料、橡膠、塑料、橡膠、 合成纖維等。合成纖維等。 無機(jī)材料無機(jī)材料玻璃、水泥、陶瓷等玻璃、水泥、陶瓷等 復(fù)合材料復(fù)合材料玻璃纖維增強(qiáng)塑料等 例例1 典型零部件材料應(yīng)用：典型零部件材料應(yīng)用： 例例2 2 金屬材料在汽車零部件中的應(yīng)用：金屬材料在汽車零部件中的應(yīng)用： 例例3 3 非金屬材料在汽車零部件中的應(yīng)用：非金屬材料在汽車零部

2、件中的應(yīng)用： 以現(xiàn)代轎車用材為例，按照重量來換算，以現(xiàn)代轎車用材為例，按照重量來換算， 鋼材占汽車自重的鋼材占汽車自重的55%-60%55%-60%， 鑄鐵占鑄鐵占5%-12%5%-12%， 有色金屬占有色金屬占6% 6% 10%10%， 塑料占塑料占8% 8% 12%12%，橡膠占，橡膠占4%4%，玻璃占，玻璃占3%3%， 其他材料（油漆、各種液體等）占其他材料（油漆、各種液體等）占6% 6% 12%12%。 2.2.汽車材料的應(yīng)用汽車材料的應(yīng)用 車用汽油車用汽油 燃料燃料 輕柴油輕柴油 其他代用燃料其他代用燃料 發(fā)動機(jī)油發(fā)動機(jī)油 車輛齒輪油車輛齒輪油 潤滑油潤滑油 液力傳動油液力傳動油 液

3、壓油液壓油 潤滑脂潤滑脂 制動液制動液 工作液工作液 減振器液減振器液 發(fā)動機(jī)冷卻液發(fā)動機(jī)冷卻液 制冷劑制冷劑 輪胎輪胎 汽車運(yùn)行材料汽車運(yùn)行材料 3.3.汽車運(yùn)行材料汽車運(yùn)行材料 三、汽車材料的展望三、汽車材料的展望 汽車工業(yè)發(fā)展的方向汽車工業(yè)發(fā)展的方向: :汽車輕量化和減少污染汽車輕量化和減少污染 汽車材料總的發(fā)展趨勢是：汽車材料總的發(fā)展趨勢是： 結(jié)構(gòu)材料中鋼鐵材料所占比例將逐步下降， 有色金屬、陶瓷材料、復(fù)合材料、高分子材料 等新型材料的用量有所上升。在性能可靠的條 件下，將盡可能多地采用鋁合金、復(fù)合材料等 輕型、新型材料取代鋼鐵材料。 菜單菜單 幾種新興材料簡介幾種新興材料簡介 1.1

4、.鎂合金鎂合金 magnesiummagnesium 密度低、比強(qiáng)度和比剛度較高。密度低、比強(qiáng)度和比剛度較高。 鎂鎂鋁鋁鈦鈦鐵鐵 密度密度1.741.742.72.74.54.57.87.8 鎂、鋁合金和復(fù)合材料鎂、鋁合金和復(fù)合材料 汽車輕量化的材料汽車輕量化的材料 減少油耗減少油耗 鎂合金方向盤骨架 鎂合金汽車輪鎂合金汽車輪 轂轂 鎂合金汽缸蓋鎂合金汽缸蓋 2.2.形狀記憶合金形狀記憶合金 塑性 變形塑性 變形 加熱加熱 形狀記憶合金普通材料 2 ( 2 1 ) 形狀記憶效應(yīng)示意圖 應(yīng)用應(yīng)用: :豐田汽車的散熱器護(hù)攔活門豐田汽車的散熱器護(hù)攔活門. . 日產(chǎn)汽車?yán)鋮s風(fēng)扇離合器日產(chǎn)汽車?yán)鋮s風(fēng)扇離

5、合器. . 3.3.復(fù)合材料復(fù)合材料 玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼） 比強(qiáng)度高、耐腐蝕比強(qiáng)度高、耐腐蝕. . 4.4.納米材料納米材料 顆粒直徑顆粒直徑 0.l0.l100 100 納米（原子、分子尺度）納米（原子、分子尺度） 具有卓越的性能和特殊功能，如：具有卓越的性能和特殊功能，如： 納米級銅不導(dǎo)電；納米級銅不導(dǎo)電； 納米冰柜可抑制細(xì)菌生長。納米冰柜可抑制細(xì)菌生長。 5.5.其他材料其他材料 超導(dǎo)材料 貯氫材料 分離膜材料 一張納米光盤將可記 錄1000部電影 超微外觀 大體結(jié)構(gòu) 納米人工骨 四、材料的性能四、材料的性能 材料的性能包括使用性能和工藝性能。材料的性能包

6、括使用性能和工藝性能。 u使用性能：使用性能：是指零部件在正常使用條件下材料所是指零部件在正常使用條件下材料所 表表 現(xiàn)出來的性能?，F(xiàn)出來的性能。 主要包括主要包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。 u工藝性能：工藝性能：是指材料在被制成各種零部件的過程是指材料在被制成各種零部件的過程 中中 適應(yīng)加工的性能。適應(yīng)加工的性能。 對于金屬材料來講，工藝性能主要包括了對于金屬材料來講，工藝性能主要包括了鑄鑄 造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和 熱處理工藝性能熱處理工藝性能。 菜單菜單 1. 1. 材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能

7、u材料的力學(xué)性能：材料的力學(xué)性能：是指材料在是指材料在外加荷載外加荷載作用下作用下 所表現(xiàn)出來的性能。所表現(xiàn)出來的性能。 包括包括強(qiáng)度強(qiáng)度、塑性塑性、硬度硬度、韌度韌度、疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度及及斷斷 裂韌度裂韌度等；等； u力學(xué)性能指標(biāo)力學(xué)性能指標(biāo)：用來表征材料力學(xué)性能的各種用來表征材料力學(xué)性能的各種 臨界值或規(guī)定值臨界值或規(guī)定值. .可通過可通過試驗(yàn)測定試驗(yàn)測定. . 根據(jù)根據(jù)外加荷載外加荷載的性質(zhì)，荷載分為：的性質(zhì)，荷載分為： 1 1、靜荷載、靜荷載 2 2、沖擊荷載、沖擊荷載 3 3、交變荷載。、交變荷載。 金屬材料金屬材料 （受載）（受載）- -變形變形, ,分：分： 彈性變形彈性變形：荷

8、載卸除后恢復(fù)原狀：荷載卸除后恢復(fù)原狀 塑性變形塑性變形：荷載卸除后不能恢復(fù)：荷載卸除后不能恢復(fù), ,也叫永也叫永 久變形。久變形。( (如圖如圖) ) 拉壓拉壓實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)拉壓拉壓圖圖應(yīng)力應(yīng)變圖應(yīng)力應(yīng)變圖力學(xué)性能（指力學(xué)性能（指 標(biāo)）標(biāo)） 1)1)彈性彈性：材料保持彈性變形的能力：材料保持彈性變形的能力. .（彈性（彈性 模量，彈性極限）模量，彈性極限） 2)2)強(qiáng)度強(qiáng)度：指材料抵抗破壞（塑性變形或斷：指材料抵抗破壞（塑性變形或斷 裂）的能力。裂）的能力。 3)3)塑性塑性：指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形而：指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形而 不被破壞的能力。不被破壞的能力。 ( (一一) )材料的拉壓試驗(yàn)

9、材料的拉壓試驗(yàn) 1 1拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn) 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)金屬材料拉伸試驗(yàn)金屬材料拉伸試驗(yàn) （GB228-2008GB228-2008）規(guī)定，將材料制成標(biāo)準(zhǔn)拉伸）規(guī)定，將材料制成標(biāo)準(zhǔn)拉伸 試樣，在試驗(yàn)機(jī)上加載拉伸至斷裂，得試樣，在試驗(yàn)機(jī)上加載拉伸至斷裂，得 拉伸圖拉伸圖：F-LF-L曲線；曲線； 再作出再作出 應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變圖應(yīng)變圖，圖圖1-71-7為低碳鋼應(yīng)力為低碳鋼應(yīng)力- -應(yīng)變應(yīng)變 曲線。曲線。 圖圖1-6 1-6 低碳鋼的低碳鋼的F-LF-L曲線曲線 圖圖1-71-7低碳鋼的低碳鋼的-曲線曲線 塑性材料塑性材料：斷裂前有明顯的塑性變形，稱為 塑性斷裂,塑性斷裂的斷口呈“杯錐”

10、狀。如低碳鋼。 脆性材料：脆性材料：在斷裂前未發(fā)生明顯的塑性變形， 為脆性斷裂，斷口是平整的。如鑄鐵、玻璃等。 不同類型的材料，其-曲線有很大差 異。反映出其所具有不同的抗拉性能特點(diǎn)。 2.2.材料的材料的彈性彈性指標(biāo)指標(biāo) （1 1）彈性模量彈性模量E E 表征了材料抵抗彈性表征了材料抵抗彈性 變形的能力，也稱之為變形的能力，也稱之為剛度。剛度。 E=/=tan E=/=tan （MPaMPa） 式中，式中，為彈性變形階段的應(yīng)力，為彈性變形階段的應(yīng)力，為為 相應(yīng)的應(yīng)變，相應(yīng)的應(yīng)變，tantan為拉伸曲線的斜率。為拉伸曲線的斜率。 (2)(2)彈性極限彈性極限e e ： 指材料在彈性變形階段所能

11、承受的最指材料在彈性變形階段所能承受的最 大應(yīng)力。大應(yīng)力。 e e = F = Fe e /A /A0 0 （MPaMPa） 式中，式中，F(xiàn) Fe e是試樣不產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最大是試樣不產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最大 荷載（荷載（N N）；）；A A0 0是試樣的原始橫截面積是試樣的原始橫截面積 （mmmm2 2）；）；e e表示材料保持彈性變形的最表示材料保持彈性變形的最 大應(yīng)力。大應(yīng)力。 3.3.材料的材料的強(qiáng)度強(qiáng)度指標(biāo) 指標(biāo) （ （1 1）屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)ss ：表示材料產(chǎn)生屈服時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力。：表示材料產(chǎn)生屈服時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力。 屈服點(diǎn)也稱為屈服強(qiáng)度。屈服點(diǎn)也稱為屈服強(qiáng)度。 s= Fs/Aos= Fs/A

12、o （MPaMPa） 式中，式中，F(xiàn)sFs為試樣發(fā)生屈服變形時(shí)的荷載（為試樣發(fā)生屈服變形時(shí)的荷載（N N），），A A0 0 為試樣原始橫截面積（為試樣原始橫截面積（mmmm2 2）。）。 （2 2）抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b b 指試樣在拉伸過程中所能承受的最指試樣在拉伸過程中所能承受的最 大應(yīng)力值。大應(yīng)力值。 b b=F=Fb b/A/Ao o （MPaMPa） 式中，式中，F(xiàn) Fb b是試樣斷裂前所承受的最大荷載是試樣斷裂前所承受的最大荷載(N),A(N),Ao o是是 試樣的原始橫截面積試樣的原始橫截面積( (2 2) )。 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度：b b， ，它是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一，是 它是

13、設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一，是 工程技術(shù)上的主要強(qiáng)度指標(biāo)。工程技術(shù)上的主要強(qiáng)度指標(biāo)。 屈強(qiáng)比：屈強(qiáng)比：s s/b b， ，是一個(gè)有意義的指標(biāo)。其比值越大， 是一個(gè)有意義的指標(biāo)。其比值越大， 越能發(fā)揮材料的潛力。但是為了使用安全，該比值亦不越能發(fā)揮材料的潛力。但是為了使用安全，該比值亦不 宜過大，適當(dāng)?shù)谋戎狄话阍谝诉^大，適當(dāng)?shù)谋戎狄话阍?.650.650.750.75之間。之間。 比強(qiáng)度：比強(qiáng)度：b b/，它表征了材料強(qiáng)度與密度之間的關(guān)，它表征了材料強(qiáng)度與密度之間的關(guān) 系。在考慮汽車輕量化的問題時(shí)，常常用到這個(gè)指標(biāo)。系。在考慮汽車輕量化的問題時(shí)，常常用到這個(gè)指標(biāo)。 4.4.材料的塑性指標(biāo)材料的塑性

14、指標(biāo) （1）伸長率伸長率 ：是指試樣拉斷后，標(biāo)距伸長量是指試樣拉斷后，標(biāo)距伸長量 與原始標(biāo)距的百分比。即與原始標(biāo)距的百分比。即 式中，式中，l lu u是試樣斷裂后的標(biāo)距（），是試樣斷裂后的標(biāo)距（），l l0 0是試樣是試樣 的原始標(biāo)距（），同一材料的伸長率與試樣的原始標(biāo)距（），同一材料的伸長率與試樣 尺寸有關(guān)。尺寸有關(guān)。 %100 0 0 l llu （2 2）斷面收縮率斷面收縮率： 是指試樣拉斷后橫截是指試樣拉斷后橫截 面積的縮減量與原始橫截面積之比。面積的縮減量與原始橫截面積之比。 即即 = = （S S0 0 - S - SU U） / S/ S0 0 100% 100% 式中式中,

15、, S SU U是試樣斷裂處的最小橫斷面積（是試樣斷裂處的最小橫斷面積（ 2 2）， ）， S S0 0是試樣的原始橫截面積是試樣的原始橫截面積( (2 2) )。 ( (二二) )硬度硬度 材料抵抗其他硬物壓入其表面的能力。材料抵抗其他硬物壓入其表面的能力。 衡量材料軟硬程度衡量材料軟硬程度 最常用的硬度試驗(yàn)為最常用的硬度試驗(yàn)為 布氏硬度（布氏硬度（HBHB） 洛氏硬度洛氏硬度(HR)(HR) . . 此外，還有維氏硬度此外，還有維氏硬度(HV)(HV)、肖氏硬度（彈性回、肖氏硬度（彈性回 跳法）、顯微硬度和錘擊式布氏硬度等。跳法）、顯微硬度和錘擊式布氏硬度等。 1 1布氏硬度布氏硬度 測試

16、原理：用一定大小的荷載測試原理：用一定大小的荷載F F，把直徑為，把直徑為D D的的硬硬 質(zhì)合金球質(zhì)合金球壓入被測試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除荷壓入被測試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除荷 載，移去壓頭，用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕平均直徑載，移去壓頭，用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕平均直徑d d。 用荷載用荷載F F除以壓痕的表面積所得的商，即為被測材料除以壓痕的表面積所得的商，即為被測材料 的布氏硬度值。的布氏硬度值。 用用硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球作為壓頭所測得的布氏硬作為壓頭所測得的布氏硬 度用符號度用符號 HBWHBW表示，適用于測量表示，適用于測量硬度不超過硬度不超過 650650的材料。的材料。 u 布氏硬度

17、的布氏硬度的表示方法表示方法規(guī)定為：規(guī)定為： 符號符號HBSHBS和和HBWHBW前面的數(shù)值為硬度值，符前面的數(shù)值為硬度值，符 號后面按以下順序表示試驗(yàn)條件：壓頭球體直號后面按以下順序表示試驗(yàn)條件：壓頭球體直 徑（）、試驗(yàn)荷載（徑（）、試驗(yàn)荷載（KgKgf f）、試驗(yàn)荷載保持）、試驗(yàn)荷載保持 時(shí)間（時(shí)間（S S）（）（101015S15S不標(biāo)注）。不標(biāo)注）。 例例120 HBW10/1000/30120 HBW10/1000/30 實(shí)驗(yàn)測量實(shí)驗(yàn)測量d d查表查表硬度硬度 2.2.洛氏硬度洛氏硬度 洛氏硬度采用直接測量壓痕深度來確定洛氏硬度采用直接測量壓痕深度來確定 度值的。度值的。試驗(yàn)原理試驗(yàn)

18、原理如圖如圖1 1-9-91 1 - - 9 9所示。所示。 我國常用的我國常用的是是HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC三種，試三種，試 驗(yàn)條件及應(yīng)用范圍見表驗(yàn)條件及應(yīng)用范圍見表1-21-2。 洛氏硬度值的表示方法洛氏硬度值的表示方法規(guī)定為：硬度符規(guī)定為：硬度符 號前面注明硬度值，例如號前面注明硬度值，例如52HRC52HRC、70HRA70HRA。 在硬度和強(qiáng)度之間，存在著一定的換算在硬度和強(qiáng)度之間，存在著一定的換算 關(guān)系，如表關(guān)系，如表1-31-3所示。所示。 ( (三三) )沖擊韌度沖擊韌度 材料抵抗沖擊荷載的能力，是指材料在受材料抵抗沖擊荷載的能力，是指材料在受 到?jīng)_擊荷載而斷裂

19、之前吸收能量并進(jìn)行塑性到?jīng)_擊荷載而斷裂之前吸收能量并進(jìn)行塑性 變形的能力。變形的能力。 對于兩種不同的沖擊荷載，分別采用了對于兩種不同的沖擊荷載，分別采用了 沖擊韌度沖擊韌度和和多沖抗力多沖抗力兩個(gè)指標(biāo)來衡量材料的沖兩個(gè)指標(biāo)來衡量材料的沖 擊性能。擊性能。 1.1.沖擊韌度沖擊韌度 沖擊韌度通常是采用一次擺錘沖擊試驗(yàn)沖擊韌度通常是采用一次擺錘沖擊試驗(yàn) 來測定的。來測定的。沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)的原理如下圖所示。的原理如下圖所示。 在忽略機(jī)械摩擦和空氣阻力等條件下，在忽略機(jī)械摩擦和空氣阻力等條件下， 擺錘沖斷試樣所消耗的沖擊功擺錘沖斷試樣所消耗的沖擊功A Ak k可以從試驗(yàn)可以從試驗(yàn) 機(jī)刻度盤上直接讀

20、出。且機(jī)刻度盤上直接讀出。且 A Ak k = G (H-h) = G (H-h) （J J） 式中，式中，G G為擺錘產(chǎn)生的重力（為擺錘產(chǎn)生的重力（N N）。）。 將沖擊功將沖擊功Ak除以缺口處的截面積，即為材料的除以缺口處的截面積，即為材料的 沖擊韌度沖擊韌度ak,則則 ak = （Jcm2） 根據(jù)試樣缺口形式的不同，根據(jù)試樣缺口形式的不同，U型缺口試樣測得的沖擊型缺口試樣測得的沖擊 韌度用韌度用aku表示，表示，V型缺口測得的沖擊韌度用型缺口測得的沖擊韌度用akv 表表 示。示。 F AK 2.2.多沖抗力多沖抗力 多沖抗力一般采用小能量多沖試驗(yàn)進(jìn)行多沖抗力一般采用小能量多沖試驗(yàn)進(jìn)行 測

21、定。測定。圖圖1-91-9所示為落錘式多次沖擊彎曲試所示為落錘式多次沖擊彎曲試 驗(yàn)示意圖，將材料制成標(biāo)準(zhǔn)試樣放在試驗(yàn)機(jī)驗(yàn)示意圖，將材料制成標(biāo)準(zhǔn)試樣放在試驗(yàn)機(jī) 上，使之受到錘頭的小能量（上，使之受到錘頭的小能量（1500J)1500J)多多 次沖擊。次沖擊。 3.3.材料的低溫沖擊性能材料的低溫沖擊性能 材料材料韌性韌性狀態(tài)變?yōu)闋顟B(tài)變?yōu)榇嘈源嘈誀顟B(tài)的溫度狀態(tài)的溫度TKTK稱稱 為該材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。為該材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。 材料沖擊韌性與溫度有關(guān)材料沖擊韌性與溫度有關(guān)。 ( (四四) )疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 承受交變應(yīng)力的零件，在工作應(yīng)力低于材料的屈服承受交變應(yīng)力的零件，在工作應(yīng)力低于材料的屈服

22、強(qiáng)度的情況下較長時(shí)間工作時(shí)，會產(chǎn)生裂紋或突然斷裂，強(qiáng)度的情況下較長時(shí)間工作時(shí)，會產(chǎn)生裂紋或突然斷裂， 這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為疲勞失效或疲勞破壞疲勞失效或疲勞破壞。 疲勞失效疲勞失效原因分析原因分析: :由于由于材料表面或內(nèi)部存在有劃材料表面或內(nèi)部存在有劃 痕、尖角、夾雜等痕、尖角、夾雜等缺陷缺陷，這些有缺陷部位的局部應(yīng)力大，這些有缺陷部位的局部應(yīng)力大 于屈服點(diǎn)，會產(chǎn)生局部變形于屈服點(diǎn)，會產(chǎn)生局部變形引起微裂紋引起微裂紋，成為疲勞源，成為疲勞源， 隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，微裂紋逐漸隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，微裂紋逐漸擴(kuò)展擴(kuò)展，使零件承，使零件承 載的橫截面大大減少，以至于不能承受荷載而突然載的橫

23、截面大大減少，以至于不能承受荷載而突然斷裂斷裂。 可以通過疲勞試驗(yàn)，繪制疲勞曲線進(jìn)行測定?？梢酝ㄟ^疲勞試驗(yàn)，繪制疲勞曲線進(jìn)行測定。 1.1.疲勞曲線疲勞曲線 ： 測定材料的疲勞強(qiáng)度。測定材料的疲勞強(qiáng)度。 2.疲勞極限疲勞極限: 使試樣不發(fā)生疲勞斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力。使試樣不發(fā)生疲勞斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力。 3.3.斷裂韌度斷裂韌度: :材料抵抗裂紋擴(kuò)展斷裂的材料抵抗裂紋擴(kuò)展斷裂的 能力能力。 實(shí)際上零件內(nèi)往往存在著實(shí)際上零件內(nèi)往往存在著微裂紋以及夾微裂紋以及夾 雜、氣孔雜、氣孔等類裂紋的缺陷。當(dāng)材料受外力作等類裂紋的缺陷。當(dāng)材料受外力作 用時(shí)，這些裂紋的尖端附近便出現(xiàn)應(yīng)力集中，用時(shí)，這些裂紋的尖端附

24、近便出現(xiàn)應(yīng)力集中， 形成一個(gè)裂紋尖端應(yīng)力場，可能產(chǎn)生失穩(wěn)而形成一個(gè)裂紋尖端應(yīng)力場，可能產(chǎn)生失穩(wěn)而 擴(kuò)展，導(dǎo)致機(jī)件斷裂。擴(kuò)展，導(dǎo)致機(jī)件斷裂。 五五. .材料的理化性能材料的理化性能 指材料的固有屬性，指材料的固有屬性， 如如密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、 磁性和色澤磁性和色澤等。等。 1 1材料的物理性能材料的物理性能 菜單菜單 名稱定義 表示 符號 單位意義 密度 單位體積物質(zhì)的質(zhì) 量 kg/m3 材料的密度關(guān)系到 產(chǎn)品的重量和效能。 熔點(diǎn) 材料由固態(tài)向液態(tài) 轉(zhuǎn)變的溫度。 制定冶煉、鑄造、 鍛造和焊接等熱加 工工藝規(guī)范的一個(gè) 重要的參數(shù)。 導(dǎo)熱性

25、指材料傳導(dǎo)熱量的 能力。 瓦特每米 開爾文 W/(mK) 材料的熱導(dǎo)率越大， 導(dǎo)熱性就越好。 導(dǎo)電 性 材料傳導(dǎo)電流的能 力稱為導(dǎo)電性。 .cm 1/(.cm) 1 1材料的物理性能材料的物理性能 名稱名稱定義定義 表示符表示符 號號 單位單位意義意義 熱膨熱膨 脹性脹性 材料隨著溫度的 變化產(chǎn)生膨脹、 收縮的特性。 線膨脹 系數(shù)L 和體膨 脹系數(shù) v 生產(chǎn)中，在熱加工 和熱處理時(shí)要考慮 材料的熱膨脹性的 影響，可減少工件 的變形和開裂。 磁性磁性 材料能被磁場吸 引或被磁化的性 能稱為磁性或?qū)?磁性。 磁導(dǎo)率 亨利每米 /m 2.2.材料的化學(xué)性能材料的化學(xué)性能 化學(xué)性能化學(xué)性能: :是指材

26、料抵抗周圍介質(zhì)侵蝕是指材料抵抗周圍介質(zhì)侵蝕 的能力。的能力。 對于金屬材料來說，指對于金屬材料來說，指耐蝕性耐蝕性和和抗氧抗氧 化性化性。 對于非金屬材料，還存在著對于非金屬材料，還存在著化學(xué)穩(wěn)定化學(xué)穩(wěn)定 性、抗老化能力和耐熱性差性、抗老化能力和耐熱性差等問題。等問題。 材料在常溫下抵抗周圍介質(zhì)（如大氣、燃?xì)?、水、材料在常溫下抵抗周圍介質(zhì)（如大氣、燃?xì)?、水?酸、堿、鹽等）腐蝕的能力。酸、堿、鹽等）腐蝕的能力。 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕。 腐蝕防護(hù)途徑腐蝕防護(hù)途徑： 1 1、采用耐蝕性好的不銹鋼、鋁合金等，、采用耐蝕性好的不銹鋼、鋁合金等， 2 2、采用適當(dāng)?shù)耐苛线M(jìn)行涂覆；、采

27、用適當(dāng)?shù)耐苛线M(jìn)行涂覆； 3 3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（防行成閉合回路），、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（防行成閉合回路）， 4 4、陰極保護(hù)。、陰極保護(hù)。 1)耐蝕性耐蝕性 2) 2) 抗氧化性抗氧化性 指材料在高溫下抵抗氧化的能力，又稱為指材料在高溫下抵抗氧化的能力，又稱為 熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性。 在鋼中加入在鋼中加入CrCr、SiSi等元素，可大大提高等元素，可大大提高 鋼的抗氧化性。鋼的抗氧化性。 鑄造性能：鑄造性能：流動性、收縮性、偏析流動性、收縮性、偏析 熱處理性能：熱處理性能：淬透性淬透性 鍛造性能：鍛造性能：塑性、變形抗力塑性、變形抗力 焊接性能：焊接性能：焊接性、碳當(dāng)量焊接性、碳當(dāng)量 切削性能：切削性能：表面粗糙

28、度、刀具壽命表面粗糙度、刀具壽命 六六. . 材料的工藝性能材料的工藝性能 是指材料在被制成各種零部件的過程中適應(yīng)加工是指材料在被制成各種零部件的過程中適應(yīng)加工 的性能。包括的性能。包括: : 菜單菜單 1.1.零件的失效形式零件的失效形式 失效的概念失效的概念: : 零件由于某種原因而喪失原設(shè)計(jì)所規(guī)定的功能。零件由于某種原因而喪失原設(shè)計(jì)所規(guī)定的功能。 完全破壞完全破壞 包括包括 嚴(yán)重?fù)p壞嚴(yán)重?fù)p壞 未達(dá)功能要求（安全工作）未達(dá)功能要求（安全工作） 七、零件材料的選用七、零件材料的選用 菜單菜單 ( (一一) )零件常見的失效形式零件常見的失效形式 u過量變形失效過量變形失效彈變、塑變、蠕變彈變

29、、塑變、蠕變 u斷裂失效斷裂失效過載斷裂，疲勞斷裂過載斷裂，疲勞斷裂 u表面損傷失效表面損傷失效磨損，點(diǎn)蝕、膠合磨損，點(diǎn)蝕、膠合 1 1）輪齒折斷）輪齒折斷 ：輪齒象一個(gè)懸臂梁，受載后齒根部輪齒象一個(gè)懸臂梁，受載后齒根部 產(chǎn)生的產(chǎn)生的 彎曲應(yīng)力最大。當(dāng)該應(yīng)力值超過材料的彎曲疲勞極限時(shí)，彎曲應(yīng)力最大。當(dāng)該應(yīng)力值超過材料的彎曲疲勞極限時(shí)， 齒根處產(chǎn)生疲勞裂紋，并不斷擴(kuò)展使輪齒斷裂。此外，突齒根處產(chǎn)生疲勞裂紋，并不斷擴(kuò)展使輪齒斷裂。此外，突 然過載、嚴(yán)重磨損及安裝制造誤差等也會造成輪齒折斷。然過載、嚴(yán)重磨損及安裝制造誤差等也會造成輪齒折斷。 提高輪齒抗折斷能力的措施之一：提高輪齒抗折斷能力的措施之一

30、： 對輪齒進(jìn)行表面處理以提高齒面硬度對輪齒進(jìn)行表面處理以提高齒面硬度。 齒輪常見的失效形式齒輪常見的失效形式: : 2 2）齒面磨損：）齒面磨損：灰塵、砂粒、金屬微粒等落入輪齒間，會使齒灰塵、砂粒、金屬微粒等落入輪齒間，會使齒 面間產(chǎn)生摩擦磨損。嚴(yán)重時(shí)會因齒面減薄過多而折斷。磨損面間產(chǎn)生摩擦磨損。嚴(yán)重時(shí)會因齒面減薄過多而折斷。磨損 是開式傳動的主要失效形式。是開式傳動的主要失效形式。 主要措施：主要措施：采用閉式傳動；提高齒面硬度；降低齒面粗糙采用閉式傳動；提高齒面硬度；降低齒面粗糙 度；采用清潔的潤滑油。度；采用清潔的潤滑油。 3 3）齒面點(diǎn)蝕：）齒面點(diǎn)蝕：輪齒工作面某一固定點(diǎn) 受到近似脈動

31、的變應(yīng)力作用，由于疲 勞而產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀剝蝕損傷的現(xiàn)象。 點(diǎn)蝕是閉式傳動常見的失效形式。開 始齒輪由于磨損很少出現(xiàn)點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕 首先出現(xiàn)在節(jié)線附近。 主要措施：主要措施：提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大潤滑提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大潤滑 油黏度；采用合理變位。油黏度；采用合理變位。 4 4）齒面膠合：）齒面膠合：高速重載傳動中，齒面間壓力大，瞬時(shí)溫度高，高速重載傳動中，齒面間壓力大，瞬時(shí)溫度高， 潤滑油模被破壞，齒面間會發(fā)生黏接在一起的現(xiàn)象，在輪齒潤滑油模被破壞，齒面間會發(fā)生黏接在一起的現(xiàn)象，在輪齒 表面沿滑動方向出現(xiàn)條狀傷痕，稱為膠合。表面沿滑動方向出現(xiàn)條狀傷痕，稱為膠合。 防止膠合的

32、措施：防止膠合的措施：提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大 潤滑油黏度；限制油溫。潤滑油黏度；限制油溫。 5 5）塑性變形：）塑性變形：重載且摩擦力很大時(shí)，齒面較軟的輪齒表面就 會沿摩擦力方向產(chǎn)生塑性變形。 措施：措施：提高齒面硬度；增大潤滑油黏度。提高齒面硬度；增大潤滑油黏度。 主動齒輪齒面所受摩 擦力背離節(jié)線，齒面 在節(jié)線附近下凹；從 動齒輪齒面所受摩擦 力指向節(jié)線，齒面在 節(jié)線附近上凸。 ( (二二) )失效原因失效原因 u1.1.設(shè)計(jì)不合理設(shè)計(jì)不合理 u2.2.選材不合理選材不合理 u3.3.加工工藝不當(dāng)加工工藝不當(dāng) u4.4.安裝使用不正確安裝使用不正

33、確 2.2.選材原則選材原則 選材的動機(jī)選材的動機(jī) 開發(fā)新產(chǎn)品、產(chǎn)品的改進(jìn)和開發(fā)新產(chǎn)品、產(chǎn)品的改進(jìn)和 更新?lián)Q代。更新?lián)Q代。 選材原則選材原則使用性能使用性能 工藝性能工藝性能 經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性 環(huán)境與資源原則環(huán)境與資源原則 （一）材料的使用性能（一）材料的使用性能 首要原則首要原則 ) )零件的工作條件和失效形式零件的工作條件和失效形式 零件零件 工作條件工作條件 常見失效形式常見失效形式性能要求性能要求 應(yīng)力應(yīng)力 種類種類 荷載荷載 性質(zhì)性質(zhì) 受載受載 狀態(tài)狀態(tài) 螺栓螺栓拉、剪拉、剪靜載靜載-過量變形，斷裂過量變形，斷裂強(qiáng)度，塑性強(qiáng)度，塑性 傳動軸傳動軸彎、扭彎、扭 循環(huán)循環(huán) 沖擊沖擊 軸頸軸頸

34、 摩擦摩擦 疲勞斷裂，過量變疲勞斷裂，過量變 形，軸頸磨損形，軸頸磨損 綜合力學(xué)性能綜合力學(xué)性能 傳動齒輪傳動齒輪壓、彎壓、彎 循環(huán)循環(huán) 沖擊沖擊 摩擦摩擦 振動振動 斷齒，磨損，斷齒，磨損， 疲勞斷裂，接觸疲疲勞斷裂，接觸疲 勞勞 表面高硬度及疲勞極表面高硬度及疲勞極 限，心部強(qiáng)度及韌性限，心部強(qiáng)度及韌性 彈簧彈簧扭、彎扭、彎 交變交變 沖擊沖擊 振動振動 彈性失穩(wěn)，彈性失穩(wěn)， 疲勞破壞疲勞破壞 彈性極限，屈強(qiáng)比彈性極限，屈強(qiáng)比 ，疲勞極限，疲勞極限 零件失效的原因零件失效的原因 設(shè)計(jì)、材料、加工、安裝和使用設(shè)計(jì)、材料、加工、安裝和使用。 ) )工作環(huán)境工作環(huán)境 溫度，介質(zhì)（如腐蝕，溫度，介

35、質(zhì)（如腐蝕， 摩擦）。摩擦）。 ) )特殊功能要求特殊功能要求 導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹性、比重、外觀導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹性、比重、外觀 等。等。 ) )性能要求的指標(biāo)化性能要求的指標(biāo)化 如強(qiáng)硬度、塑韌性等的具體數(shù)值。如強(qiáng)硬度、塑韌性等的具體數(shù)值。 手冊數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)公式的局限性手冊數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)公式的局限性 力學(xué)性能與零件尺寸有力學(xué)性能與零件尺寸有 關(guān)關(guān) 4040鋼不同尺寸毛坯的力學(xué)性能鋼不同尺寸毛坯的力學(xué)性能 熱處理?xiàng)l件熱處理?xiàng)l件毛坯尺寸毛坯尺寸/mm/mm b / MPa / %AKU / J 850淬火淬火 580016120 307501580 500回火回火 507001556 1006001

36、340 （二）工藝性能（二）工藝性能 鑄、鍛、焊、機(jī)加鑄、鍛、焊、機(jī)加 工、熱處理工、熱處理 零件的加工工藝路線零件的加工工藝路線 一般零件一般零件 毛坯毛坯 正火或退火正火或退火 切削加工切削加工 軸、齒輪等軸、齒輪等毛坯毛坯 預(yù)先熱處理（正火、退火）預(yù)先熱處理（正火、退火） 粗加工粗加工 最終熱處理（淬火回火，時(shí)效，滲最終熱處理（淬火回火，時(shí)效，滲C C等）等） 精加工精加工 （三）經(jīng)濟(jì)性（三）經(jīng)濟(jì)性 根本原則根本原則 ) )產(chǎn)品成本分析產(chǎn)品成本分析 材材 料料美元美元 / t材材 料料美元美元 / t 鉑鉑26,000,000 工業(yè)金剛石工業(yè)金剛石900,000,000 金金19,100

37、,000 硼硼環(huán)氧樹脂復(fù)合材料環(huán)氧樹脂復(fù)合材料330,000 鎢鎢26,000 碳纖維復(fù)材料碳纖維復(fù)材料200,000 鈦合金鈦合金10,19012,720 玻璃纖維復(fù)合材料玻璃纖維復(fù)合材料24003300 黃銅（型材）黃銅（型材）16502336 尼龍尼龍663289 鋁合金（型材）鋁合金（型材）20002440 環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂1650 低碳鋼（型材）低碳鋼（型材）440480 天然橡膠天然橡膠1430 鑄鐵鑄鐵260 氧化鋁氧化鋁1100-1760 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金66,000 玻璃玻璃1500 （四）環(huán)境與資源原則（四）環(huán)境與資源原則 ) )減少材料使減少材料使 用量、延長零用量、延長

38、零 件壽命、材料件壽命、材料 再利用。再利用。 ) )環(huán)境污染小環(huán)境污染小 廢氣排放少廢氣排放少 材料回收及降解材料回收及降解 儲量（儲量（10106t）可用年數(shù)可用年數(shù)再生率再生率(%)(%) Fe110610931.7 Al11703516.9 Cu3082440.9 Zn1231821.2 Mo5.436 Ag0.21441.0 Cr775112 Ti14751 貫穿材料生產(chǎn)、使用、廢棄的全過程貫穿材料生產(chǎn)、使用、廢棄的全過程 重要金屬的世界儲量 選材方法與步驟選材方法與步驟 3.3.汽車零件的選材汽車零件的選材 1）周密分析零件的工作特性和使用條件。找出主要損壞形周密分析零件的工作特性和使用條件。找出主要損壞形 式，提出主要抗力指標(biāo)，如表式，提出主要抗力指標(biāo)，如表1-61-6所示。所示。 2 2）根據(jù)零件的工作條件，提出必要的設(shè)計(jì)制造技術(shù)條件。）根據(jù)零件的工作條件，提出必要的設(shè)計(jì)制造技術(shù)條件。 3 3）根據(jù)所提出的技術(shù)條件、要求，結(jié)合考慮工藝性、經(jīng)濟(jì)