汽車機(jī)械基礎(chǔ)課件（35講）：第2講 汽車零部件材料的應(yīng)用

1、課題:汽車應(yīng)用材料認(rèn)識(shí)汽車機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 1發(fā)動(dòng)機(jī)2底盤3車身汽車結(jié)構(gòu)組成汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 認(rèn)識(shí)汽車結(jié)構(gòu)零件應(yīng)用的工程材料；了解金屬材料類型、性能特點(diǎn)、牌號(hào)及其應(yīng)用。教學(xué)目標(biāo)汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 教學(xué)內(nèi)容汽車應(yīng)用材料的組成、分類及應(yīng)用材料的性能及指標(biāo)金屬材料類型及汽車上應(yīng)用汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 材料在現(xiàn)代科技中的地位 21世紀(jì)三大科技 信息技術(shù) 生物技術(shù) 納米材料超微外觀 大體結(jié)構(gòu)納米人工骨一張納米光盤將可記錄1000部電影 材料科學(xué)是其基礎(chǔ) 能源技術(shù)汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 汽車上每個(gè)零部件的生產(chǎn)制造都涉及到材料問(wèn)題。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車上約3萬(wàn)多個(gè)零部件采用了4千余種不同的

2、材料加工制造。從汽車的設(shè)計(jì)、選材、加工制造，到汽車的使用、維修和養(yǎng)護(hù)無(wú)一不涉及到材料。材料是汽車工業(yè)的基礎(chǔ)現(xiàn)代汽車要求滿足: 安全、舒適、自重輕、污染排放低、能耗小、價(jià)格低等要求.材料是首要考慮方面。 汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 1.汽車工程材料: 用于制造零部件的材料。(需了解包括分類、性能、牌號(hào)、熱處理工藝及應(yīng)用)2.汽車運(yùn)行材料 汽車運(yùn)行過(guò)程中所消耗的材料。 （約消耗石油產(chǎn)品的46%）。一、汽車應(yīng)用材料的組成汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 1.汽車工程材料的分類 金屬材料（ 純金屬及合金 ） 黑色金屬（ 鋼鐵 ) 有色金屬 (Cu、Al、Ti、Mg ) 非金屬材料 有機(jī)高分子材料（主要成分、） 塑料、橡

3、膠、合成纖維等 無(wú)機(jī)材料 玻璃、水泥、陶瓷等 復(fù)合材料玻璃纖維增強(qiáng)塑料等汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 金屬材料的分類金屬鋼鐵鑄鐵 鋼白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵非合金鋼 （碳鋼）碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、易切削鋼、鑄鋼合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、滾動(dòng)軸承鋼、彈簧鋼、超高強(qiáng)度鋼合金工具鋼量具刃具鋼合金模具鋼高速鋼冷作模具鋼熱作模具鋼特殊性能鋼不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼非鐵金屬 銅、鋁、鈦、鋅、，軸承合金，硬質(zhì)合金汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 1.成分： 鋼中元素及作用基本元素：Fe、C合金元素：為改善鋼的性能而有意加入雜質(zhì)元素：無(wú)法去除的有害元素殘留元素：為去除雜質(zhì)

4、元素而加入的元素非合金鋼中的常存元素 冷脆性有害礦石中P 熱脆性有害礦石中S 溶入F 固溶強(qiáng)化有益煉鋼時(shí)殘留Mn 溶入F 固溶強(qiáng)化有益煉鋼時(shí)殘留Si作用來(lái)源碳鋼的成分和分類汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 鐵碳相圖 (Fe-Fe3 C相圖)(1) Fe-Fe3 C相圖的組元 Fe Fe、-Fe (bcc) 和-Fe (fcc)強(qiáng)度、硬度低，韌性、塑性好。 Fe3 C 熔點(diǎn)高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。(2) Fe-Fe3 C相圖的相 Fe3 C （ Cem， Cm，滲碳體） 復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu) 液相 L 相 （高溫鐵素體 ） Fe（C）固溶體 相（A ，奧氏體） -Fe（C）固溶體 相 （F，鐵素體） -Fe

5、（C）固溶體汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) Fe-C 合金分類工業(yè)純鐵 C % 0.0218 %鋼 0.0218 % C % 2.11 %亞共析鋼 0.77 %共析鋼 0.77 % 過(guò)共析鋼 0.77 %白口鑄鐵 2.11 % C % 6.69 %亞共晶白口鐵 4.3 % 共晶白口鐵 4.3 % 過(guò)共晶白口鐵 4.3 %類型亞共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼鋼號(hào)204560T8T10T12碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.200.450.600.801.001.20幾種常見(jiàn)碳鋼.分類 汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 1）按C含量分低C鋼w(C) 0.25%中C鋼 0.25% w(C) 0.6%高C鋼w(C) 0.6%2）按質(zhì)量分（S、P含量）

6、普通碳素鋼；優(yōu)質(zhì)碳素鋼；高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼。3）按用途分 碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼。 .分類 汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 鋼的牌號(hào)及用途碳鋼合金鋼鑄鐵汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 用途鋼板、鋼筋、型鋼等，作橋梁、建筑等構(gòu)件。 熱處理：熱軋空冷組織：SF多邊型角鋼螺釘、鉚釘鋼筋、螺紋鋼建筑構(gòu)件鋼橋梁汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 普通低合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào) Q 345 C 質(zhì)量等級(jí)345 MPa屈服強(qiáng)度汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào) 如 45 鋼，含C量為 45 / 10000 = 0.45 % 。 表 優(yōu)質(zhì)碳素鋼的化學(xué)成分和性能鋼號(hào)化學(xué)成分，%s ，MPaCMnSiSP08F10203540455060650.05-0

7、.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.35-0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.030.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0

8、350.0350.0350.0350.035175205245315335355375400420(摘自GB/T699-1999)汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 用途較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧等。 熱處理：滲碳、淬火、回火等。汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 上海桑塔納發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸就是采用優(yōu)質(zhì)50號(hào)中碳素鋼鍛制而成，先正火后半精加工，最后經(jīng)中頻淬火后再精加工 汽車曲軸汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 滲碳鋼滲C鋼的牌號(hào)（摘自GB/T3077-1999）（滲C: 930，回火：200 ）主 要 化 學(xué) 成 分, %預(yù)備處理淬火, CMnCr，Ni0.170.240.170.240.500.801.301.600.701.

9、00 880 800水, 油880水, 油0.170.230.170.230.901.200.801.100.901.201.001.30850 油880 870 油鋼號(hào)20Cr20MnV20CrMn20CrMnTi淬透性低中高18Cr2Ni4WA20Cr2Ni4A0.130.190.170.23W0.81.20.300.601.351.654.04.51.251.653.253.75950 850空 880 780油機(jī)械性能bMPasMPa8357855405909301080735835118011808351080aKU2J475547557863汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 熱處理組織 表層：

10、回火M +碳化物+ A；心部：低C的回火M（+T + F） 應(yīng)用 耐磨件 20Cr，小軸、活塞銷、小齒輪。 20CrMnTi，汽車齒輪。18Cr2Ni4WA，如曲軸、連桿。 滲碳 淬火 低溫回火汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 合金滲碳鋼的牌號(hào)20 Mn2 Ti A等級(jí):高級(jí)優(yōu)質(zhì)含鈦量WTi1.5 %含錳量WMn 2 %含碳量WC 20 %00汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 熱處理組織 表層：回火M +碳化物+ A；心部：低C的回火M（+T + F） 應(yīng)用 耐磨件 20Cr，小軸、活塞銷、小齒輪。 20CrMnTi，汽車齒輪。18Cr2Ni4WA，如曲軸、連桿。 滲碳 淬火 低溫回火汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 以現(xiàn)代轎車

11、用材為例，按照重量來(lái)?yè)Q算，鋼材占汽車自重的55%-60%，鑄鐵占12%-5%，有色金屬占6% 10%，塑料占8% 12%，橡膠占4%，玻璃占3%，其他材料（油漆、各種液體等）占12% 6%。2.汽車材料的應(yīng)用汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 典型合金滲碳鋼應(yīng)用 低淬透性合金滲碳鋼 鋼含合金元素總量3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用 于受力小的耐磨件，如柴 油機(jī)的活塞銷、凸輪軸等。中淬透性合金滲碳鋼 鋼含合金元素總量在4 %左 右。20CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等載荷 的耐磨件，如變速箱齒輪。柴油機(jī)凸輪軸活塞銷( 20Cr )汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 典型合金滲碳鋼應(yīng)用高淬透

12、性合金滲碳鋼 鋼含合金元素總量在 4 % 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大載荷 的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸。 柴油機(jī)曲軸汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 汽車板簧火車螺旋彈簧 65Mn、60Si2Mn：汽車，拖拉機(jī)，機(jī)車的板簧和螺旋彈簧。大型熱卷彈簧汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 例2 金屬材料在汽車零部件中的應(yīng)用：汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 量 具刃 具模 具工具鋼應(yīng)用汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 例3 非金屬材料在汽車零部件中的應(yīng)用：汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 車用汽油 燃料 輕柴油 其它代用燃料 發(fā)動(dòng)機(jī)油 車輛齒輪油 潤(rùn)滑油 液力傳動(dòng)油 液壓油 潤(rùn)滑脂 制動(dòng)液 工作液 減振器液 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液 制冷劑 輪胎汽

13、車運(yùn)行材料3.汽車運(yùn)行材料汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 二.汽車材料的展望汽車工業(yè)發(fā)展的方向:汽車輕量化和減少污染汽車材料總的發(fā)展趨勢(shì)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鎂合金、復(fù)合材料等輕型、新型材料取代鋼鐵材料。 汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 幾種新興材料簡(jiǎn)介1.鎂合金 magnesium 密度低、比強(qiáng)度和比剛度較高。鎂鋁鈦鐵密度1.742.74.57.8 鎂、鋁合金和復(fù)合材料 汽車輕量化的材料 減少油耗鎂合金方向盤骨架鎂合金汽車輪轂鎂合金汽缸蓋汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 2.形狀記憶合金應(yīng)用:豐田汽

14、車的散熱器護(hù)攔活門. 日產(chǎn)汽車?yán)鋮s風(fēng)扇離合器.汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 3.復(fù)合材料 玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼） 比強(qiáng)度高、耐腐蝕.汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 三、材料的性能 材料的性能包括使用性能和工藝性能。 使用性能：是指零部件在正常使用條件下材料所表 現(xiàn)出來(lái)的性能。 主要包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。工藝性能：是指材料在被制成各種零部件的過(guò)程中 適應(yīng)加工的性能。 對(duì)于金屬材料來(lái)講，工藝性能主要包括了鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理工藝性能。汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) （一）材料的力學(xué)性能 材料的力學(xué)性能：是指材料在外加載荷作用 下所表現(xiàn)出來(lái)的性能。 包括強(qiáng)度、塑性、硬度、韌度、疲勞

15、強(qiáng)度及斷裂韌度等； 力學(xué)性能指標(biāo)：用來(lái)表征材料力學(xué)性能的各種臨界值或規(guī)定值.可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定.汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) （二）材料的理化性能 指材料的固有屬性，如密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性和色澤等。 1材料的物理性能汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 2.材料的化學(xué)性能 化學(xué)性能:是指材料抵抗周圍介質(zhì)侵蝕的能力。 對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)，指耐蝕性和抗氧化性。 對(duì)于非金屬材料，還存在著化學(xué)穩(wěn)定性、抗老化能力和耐熱性等問(wèn)題。 （二）材料的理化性能汽車機(jī)械構(gòu)造總體認(rèn)識(shí) 鑄造性能：流動(dòng)性、收縮性、偏析熱處理性能：淬透性鍛造性能：塑性、變形抗力焊接性能：焊接性、碳當(dāng)量切削性能：表面粗糙度、刀具壽命 （三）材料的工藝性能 是指材料在被制成各