汽車(chē)常用材料

目錄§1汽車(chē)材料概述§2汽車(chē)應(yīng)用材料的組成§3汽車(chē)材料展望§4材料的性能§5材料的物理化學(xué)性能§6材料的工藝性能§7金屬材料在汽車(chē)上的應(yīng)用§7非金屬材料在汽車(chē)上的應(yīng)用主菜單菜單1發(fā)動(dòng)機(jī)2底盤(pán)3車(chē)身菜單由以上分析可看出：汽車(chē)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。通常，一輛汽車(chē)由約3萬(wàn)個(gè)零部件組裝而成。汽車(chē)零件按用途來(lái)分類:通用零件：

在各種機(jī)器中經(jīng)常使用的零件。如：螺栓、螺母。專用零件：

僅在特定類型機(jī)器中使用的零件，如：活塞，曲軸。一、汽車(chē)材料概述菜單汽車(chē)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(chē)上的零部件采用了4千余種不同的材料加工制造。從汽車(chē)的設(shè)計(jì)、選材、加工制造，到汽車(chē)的使用、維修和養(yǎng)護(hù)無(wú)一不涉及到材料。材料是汽車(chē)工業(yè)的基礎(chǔ)現(xiàn)代汽車(chē)要滿足:

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。

1.汽車(chē)工程材料:(包括分類,性能,牌號(hào),熱處理工藝及應(yīng)用)2.汽車(chē)運(yùn)行材料二、汽車(chē)應(yīng)用材料的組成菜單1.汽車(chē)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（主要成分是Ｃ、Ｈ）——塑料、橡膠、合成纖維等?！魺o(wú)機(jī)材料——玻璃、水泥、陶瓷等●復(fù)合材料——玻璃纖維增強(qiáng)塑料等例1典型零部件材料應(yīng)用：例2金屬材料在汽車(chē)零部件中的應(yīng)用：例3非金屬材料在汽車(chē)零部件中的應(yīng)用：以現(xiàn)代轎車(chē)用材為例，按照重量來(lái)?yè)Q算，鋼材占汽車(chē)自重的55%-60%，鑄鐵占5%-12%，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6%~12%。2.汽車(chē)材料的應(yīng)用

車(chē)用汽油

燃料輕柴油其他代用燃料

發(fā)動(dòng)機(jī)油車(chē)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車(chē)運(yùn)行材料3.汽車(chē)運(yùn)行材料三、汽車(chē)材料的展望汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的方向:汽車(chē)輕量化和減少污染汽車(chē)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合金、復(fù)合材料等輕型、新型材料取代鋼鐵材料。

菜單幾種新興材料簡(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(chē)輕量化的材料——減少油耗鎂合金方向盤(pán)骨架鎂合金汽車(chē)輪轂鎂合金汽缸蓋

2.形狀記憶合金應(yīng)用:豐田汽車(chē)的散熱器護(hù)攔活門(mén).

日產(chǎn)汽車(chē)?yán)鋮s風(fēng)扇離合器.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.4.納米材料●顆粒直徑0.l～100納米（原子、分子尺度）●具有卓越的性能和特殊功能，如：納米級(jí)銅不導(dǎo)電；納米冰柜可抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。5.其他材料●超導(dǎo)材料●貯氫材料●分離膜材料一張納米光盤(pán)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

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。菜單1.材料的力學(xué)性能

材料的力學(xué)性能：是指材料在外加荷載作用下所表現(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.根據(jù)外加荷載的性質(zhì)，荷載分為：

1、靜荷載

2、沖擊荷載

3、交變荷載。

金屬材料（受載）-變形,分：

彈性變形：荷載卸除后恢復(fù)原狀

塑性變形：荷載卸除后不能恢復(fù),也叫永久變形。(如圖)拉壓實(shí)驗(yàn)—拉壓圖—應(yīng)力應(yīng)變圖—力學(xué)性能（指標(biāo)）

1)彈性：材料保持彈性變形的能力.（彈性模量，彈性極限）

2)強(qiáng)度：指材料抵抗破壞（塑性變形或斷裂）的能力。

3)塑性：指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。(一)材料的拉壓試驗(yàn)1．拉伸試驗(yàn)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料拉伸試驗(yàn)》（GB228-2008）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

拉伸圖：F--ΔL曲線；再作出

應(yīng)力-應(yīng)變圖，圖1-7為低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線。圖1-6低碳鋼的F--ΔL曲線

圖1-7低碳鋼的σ-ε曲線

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”狀。如低碳鋼。

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σ-ε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.材料的彈性指標(biāo)

（1）彈性模量E

表征了材料抵抗彈性變形的能力，也稱之為剛度。E=σ/ε=tanα（MPa）

式中，σ為彈性變形階段的應(yīng)力，ε為相應(yīng)的應(yīng)變，tanα為拉伸曲線的斜率。

(2)彈性極限σe

：

指材料在彈性變形階段所能承受的最大應(yīng)力。

σe=Fe/A0

（MPa）

式中，F(xiàn)e是試樣不產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最大荷載（N）；A0是試樣的原始橫截面積（mm2）；σe表示材料保持彈性變形的最大應(yīng)力。

3.材料的強(qiáng)度指標(biāo)

（1）屈服點(diǎn)σs

：表示材料產(chǎn)生屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。屈服點(diǎn)也稱為屈服強(qiáng)度。

σs=Fs/Ao

（MPa）

式中，F(xiàn)s為試樣發(fā)生屈服變形時(shí)的荷載（N），A0為試樣原始橫截面積（mm2）。（2）抗拉強(qiáng)度σb

指試樣在拉伸過(guò)程中所能承受的最大應(yīng)力值。

σb=Fb/Ao

（MPa）

式中，F(xiàn)b是試樣斷裂前所承受的最大荷載(N),Ao是試樣的原始橫截面積(㎜2)。

抗拉強(qiáng)度：σb，它是設(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)。

屈強(qiáng)比：σs/σb，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，該比值亦不宜過(guò)大，適當(dāng)?shù)谋戎狄话阍?.65～0.75之間。

比強(qiáng)度：σb/ρ，它表征了材料強(qiáng)度與密度之間的關(guān)系。在考慮汽車(chē)輕量化的問(wèn)題時(shí)，常常用到這個(gè)指標(biāo)。

4.材料的塑性指標(biāo)

（1）伸長(zhǎng)率δ

：是指試樣拉斷后，標(biāo)距伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距的百分比。即式中，lu是試樣斷裂后的標(biāo)距（㎜），l0是試樣的原始標(biāo)距（㎜），同一材料的伸長(zhǎng)率與試樣尺寸有關(guān)。

（2）斷面收縮率ψ：是指試樣拉斷后橫截面積的縮減量與原始橫截面積之比。即ψ=（S0-SU）

/S0×100%

式中,SU是試樣斷裂處的最小橫斷面積（㎜2），S0是試樣的原始橫截面積(㎜2)。(二)硬度

材料抵抗其他硬物壓入其表面的能力。衡量材料軟硬程度最常用的硬度試驗(yàn)為

布氏硬度（HB）

洛氏硬度(HR)

.此外，還有維氏硬度(HV)、肖氏硬度（彈性回跳法）、顯微硬度和錘擊式布氏硬度等。1．布氏硬度

測(cè)試原理：用一定大小的荷載F，把直徑為D的硬質(zhì)合金球壓入被測(cè)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(cè)出壓痕平均直徑d。用荷載F除以壓痕的表面積所得的商，即為被測(cè)材料的布氏硬度值。

用硬質(zhì)合金球作為壓頭所測(cè)得的布氏硬度用符號(hào)HBW表示，適用于測(cè)量硬度不超過(guò)650的材料。

布氏硬度的表示方法規(guī)定為：符號(hào)HBS和HBW前面的數(shù)值為硬度值，符號(hào)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（Kg·f）、試驗(yàn)荷載保持時(shí)間（S）（10～15S不標(biāo)注）。

例120HBW10/1000/30

實(shí)驗(yàn)測(cè)量d—查表—硬度2.洛氏硬度

洛氏硬度采用直接測(cè)量壓痕深度來(lái)確定度值的。試驗(yàn)原理如圖1-9Ａ＆1

-9Ｂ所示。我國(guó)常用的是HRA、HRB、HRC三種，試驗(yàn)條件及應(yīng)用范圍見(jiàn)表1-2。

洛氏硬度值的表示方法規(guī)定為：硬度符號(hào)前面注明硬度值，例如52HRC、70HRA。

在硬度和強(qiáng)度之間，存在著一定的換算關(guān)系，如表1-3所示。(三)沖擊韌度

材料抵抗沖擊荷載的能力，是指材料在受到?jīng)_擊荷載而斷裂之前吸收能量并進(jìn)行塑性變形的能力。對(duì)于兩種不同的沖擊荷載，分別采用了沖擊韌度和多沖抗力兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量材料的沖擊性能。1.沖擊韌度

沖擊韌度通常是采用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定的。沖擊試驗(yàn)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，擺錘沖斷試樣所消耗的沖擊功Ak可以從試驗(yàn)機(jī)刻度盤(pán)上直接讀出。且

Ak=G(H-h)（J）式中，G為擺錘產(chǎn)生的重力（N）。

將沖擊功Ak除以缺口處的截面積，即為材料的沖擊韌度ak,則ak=（J·cm2）

根據(jù)試樣缺口形式的不同，U型缺口試樣測(cè)得的沖擊韌度用aku表示，V型缺口測(cè)得的沖擊韌度用akv

表示。

2.多沖抗力

多沖抗力一般采用小能量多沖試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。圖1-9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)上，使之受到錘頭的小能量（＜1500J)＝多次沖擊。

3.材料的低溫沖擊性能

材料韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的溫度TK稱為該材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。

材料沖擊韌性與溫度有關(guān)。(四)疲勞強(qiáng)度

承受交變應(yīng)力的零件，在工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度的情況下較長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂紋或突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞失效或疲勞破壞。疲勞失效原因分析:由于材料表面或內(nèi)部存在有劃痕、尖角、夾雜等缺陷，這些有缺陷部位的局部應(yīng)力大于屈服點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生局部變形引起微裂紋，成為疲勞源，隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，微裂紋逐漸擴(kuò)展，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斷裂?？梢酝ㄟ^(guò)疲勞試驗(yàn)，繪制疲勞曲線進(jìn)行測(cè)定。1.疲勞曲線：測(cè)定材料的疲勞強(qiáng)度。

2.疲勞極限:

使試樣不發(fā)生疲勞斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力。3.斷裂韌度:材料抵抗裂紋擴(kuò)展斷裂的能力。

實(shí)際上零件內(nèi)往往存在著微裂紋以及夾雜、氣孔等類裂紋的缺陷。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，形成一個(gè)裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)，可能產(chǎn)生失穩(wěn)而擴(kuò)展，導(dǎo)致機(jī)件斷裂。五.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．材料的物理性能菜單名稱定義表示符號(hào)單位意義密度單位體積物質(zhì)的質(zhì)量

ρkg/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)熱性指材料傳導(dǎo)熱量的能力。λ

瓦特每米開(kāi)爾文

W/(m·K)

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。ρ

Ω.cm1/(Ω.cm)1．材料的物理性能名稱定義表示符號(hào)單位意義熱膨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)αL和體膨脹系數(shù)αv

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(kāi)裂。磁性材料能被磁場(chǎng)吸引或被磁化的性能稱為磁性或?qū)Т判浴４艑?dǎo)率μ

亨利每米μ/m

δ

2.材料的化學(xué)性能

化學(xué)性能:是指材料抵抗周?chē)橘|(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差等問(wèn)題。材料在常溫下抵抗周?chē)橘|(zhì)（如大氣、燃?xì)?、水、酸、堿、鹽等）腐蝕的能力。

化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕。腐蝕防護(hù)途徑：

1、采用耐蝕性好的不銹鋼、鋁合金等，

2、采用適當(dāng)?shù)耐苛线M(jìn)行涂覆；

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（防行成閉合回路），

4、陰極保護(hù)。1)耐蝕性2)抗氧化性

指材料在高溫下抵抗氧化的能力，又稱為熱穩(wěn)定性。在鋼中加入Cr、Si等元素，可大大提高鋼的抗氧化性。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、刀具壽命六.材料的工藝性能

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。包括:菜單1.零件的失效形式

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。

完全破壞包括嚴(yán)重?fù)p壞未達(dá)功能要求（安全工作）七、零件材料的選用菜單(一)零件常見(jiàn)的失效形式過(guò)量變形失效——彈變、塑變、蠕變斷裂失效——過(guò)載斷裂，疲勞斷裂表面損傷失效——磨損，點(diǎn)蝕、膠合1）輪齒折斷：輪齒象一個(gè)懸臂梁，受載后齒根部產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大。當(dāng)該應(yīng)力值超過(guò)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，突然過(guò)載、嚴(yán)重磨損及安裝制造誤差等也會(huì)造成輪齒折斷。提高輪齒抗折斷能力的措施之一：對(duì)輪齒進(jìn)行表面處理以提高齒面硬度。齒輪常見(jiàn)的失效形式:2）齒面磨損：灰塵、砂粒、金屬微粒等落入輪齒間，會(huì)使齒面間產(chǎn)生摩擦磨損。嚴(yán)重時(shí)會(huì)因齒面減薄過(guò)多而折斷。磨損是開(kāi)式傳動(dòng)的主要失效形式。主要措施：采用閉式傳動(dòng)；提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；采用清潔的潤(rùn)滑油。3）齒面點(diǎn)蝕：輪齒工作面某一固定點(diǎn)受到近似脈動(dòng)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(dòng)常見(jiàn)的失效形式。開(kāi)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：提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大潤(rùn)滑油黏度；采用合理變位。4）齒面膠合：高速重載傳動(dòng)中，齒面間壓力大，瞬時(shí)溫度高，潤(rùn)滑油模被破壞，齒面間會(huì)發(fā)生黏接在一起的現(xiàn)象，在輪齒表面沿滑動(dòng)方向出現(xiàn)條狀傷痕，稱為膠合。防止膠合的措施：提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大潤(rùn)滑油黏度；限制油溫。5）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(huì)沿摩擦力方向產(chǎn)生塑性變形。措施：提高齒面硬度；增大潤(rùn)滑油黏度。主動(dòng)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(dòng)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)失效原因

1.設(shè)計(jì)不合理2.選材不合理3.加工工藝不當(dāng)4.安裝使用不正確2.選材原則選材的動(dòng)機(jī)

——開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、產(chǎn)品的改進(jìn)和更新?lián)Q代。選材原則——使用性能工藝性能經(jīng)濟(jì)性環(huán)境與資源原則

（一）材料的使用性能——首要原則１)零件的工作條件和失效形式零件工作條件常見(jiàn)失效形式性能要求應(yīng)力

種類荷載

性質(zhì)受載

狀態(tài)螺栓拉、剪靜載--過(guò)量變形，斷裂強(qiáng)度，塑性傳動(dòng)軸彎、扭循環(huán)

沖擊軸頸

摩擦疲勞斷裂，過(guò)量變形，軸頸磨損綜合力學(xué)性能傳動(dòng)齒輪壓、彎循環(huán)

沖擊摩擦

振動(dòng)斷齒，磨損，

疲勞斷裂，接觸疲勞表面高硬度及疲勞極限，心部強(qiáng)度及韌性彈簧扭、彎交變

沖擊振動(dòng)彈性失穩(wěn)，

疲勞破壞彈性極限，屈強(qiáng)比

，疲勞極限零件失效的原因——設(shè)計(jì)、材料、加工、安裝和使用。２)工作環(huán)境——溫度，介質(zhì)（如腐蝕，摩擦）。３)特殊功能要求——導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹性、比重、外觀等。４)性能要求的指標(biāo)化——如強(qiáng)硬度、塑韌性等的具體數(shù)值。手冊(cè)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)公式的局限性——力學(xué)性能與零件尺寸有關(guān)40鋼不同尺寸毛坯的力學(xué)性能

熱處理?xiàng)l件毛坯尺寸/mmσb

/MPaδ/%AKU

/J850淬火580016120307501580500回火5070015561006001340（二）工藝性能——鑄、鍛、焊、機(jī)加工、熱處理零件的加工工藝路線一般零件

——毛坯→正火或退火→切削加工軸、齒輪等——毛坯→預(yù)先熱處理（正火、退火）→粗加工→最終熱處理（淬火＋回火，時(shí)效，滲C等）→精加工（三）經(jīng)濟(jì)性——根本原則１)產(chǎn)品成本分析材

料美元

/t材料美元

/t鉑26,000,000

工業(yè)金剛石900,000,000金19,100,000

硼―環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料330,000鎢26,000

碳纖維復(fù)材料200,000

鈦合金10,190～12,720

玻璃纖維復(fù)合材料2400～3300

黃銅（型材）1650～2336

尼龍663289鋁合金（型材）2000～2440

環(huán)氧樹(shù)脂1650

低碳鋼（型材）440～480

天然橡膠1430

鑄鐵260

氧化鋁1100-1760硬質(zhì)合金66,000

玻璃1500（四）環(huán)境與資源原則

１)減少材料使用量、延長(zhǎng)零件壽命、材料再利用。

２)環(huán)境污染小廢氣排放少材料回收及降解

儲(chǔ)量（106t）可用年數(shù)再生率(%)Fe1×10610931.7Al11703516.9Cu3082440.9Zn1231821.2Mo5.436Ag0.21441.0Cr775112Ti14751——貫穿材料生產(chǎn)、使用、廢棄的全過(guò)程重要金屬的世界儲(chǔ)量選材方法與步驟3.汽車(chē)零件的選材

1）周密分析零件的工作特性和使用條件。找出主要損壞形式，提出主要抗力指標(biāo)，如表1-6所示。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。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)性，對(duì)材料進(jìn)行預(yù)選擇.(可以通過(guò)與相類似機(jī)器零件的比較和已有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的判斷，或者通過(guò)各種材料選用手冊(cè)來(lái)進(jìn)行選擇)。4)預(yù)選方案材料進(jìn)行計(jì)算，以確定是否能滿足上述工作條件要求。5)二次（或最終）選擇。選擇方案可以是若干種方案。6)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、臺(tái)架試驗(yàn)和工藝性能試驗(yàn)，最終確定合理選材方案。7)最后，在中試生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，接受生產(chǎn)考驗(yàn)，以檢驗(yàn)選材的合理與否。

選材方法與步驟:圖1-12零件的一般選材步驟1典型汽車(chē)零件的選材

2金屬材料在汽車(chē)上的應(yīng)用八、金屬材料在汽車(chē)上的應(yīng)用菜單1）汽車(chē)齒輪的選材

（1）汽車(chē)齒輪的工作條件

（2）汽車(chē)齒輪的主要失效形式

1典型汽車(chē)零件的選材（3）對(duì)汽車(chē)齒輪的性能要求

1）高的彎曲疲勞強(qiáng)度；

2）高的接觸疲勞強(qiáng)度、耐磨性；

3)較高的強(qiáng)度和沖擊韌性；

4)較好的熱處理性能，熱處理變形小。（4）典型汽車(chē)齒輪選材

汽車(chē)齒輪用材是合金滲碳鋼20Cr或20CrMnTi，并經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火。滲碳、淬火、回火后，還可采用噴丸處理，增大表面應(yīng)力，有利于提高疲勞強(qiáng)度，并清除氧化皮。（5）合金滲碳齒輪的工藝路線

下料→鍛造→正火→切削加工→滲碳、淬火及低溫回火→噴丸→磨削加工圖2-53汽車(chē)變速齒輪

2）汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸

（1）汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的工作條件曲軸在工作中受到彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、拉壓、沖擊等交變應(yīng)力。而且，應(yīng)力分布極不均勻；曲軸頸與軸承還發(fā)生滑動(dòng)摩擦。

（2）曲軸的主要失效形式疲勞斷裂和軸頸嚴(yán)重磨損兩種。（3）對(duì)曲軸的性能要求：

1）高的強(qiáng)度；

2）一定的沖擊韌度；

3）足夠的彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度；

4）足夠的剛度；軸徑表面有高的硬度和耐磨性。（4）典型曲軸的選材

鍛鋼曲軸一般采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼和中碳合金鋼制造，如30、45、35Mn2、40Cr、35CrMo等。鑄造曲軸主要由鑄鋼、球墨鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵及合金鑄鐵等制造，如ZG230-450、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。（5）曲軸典型的工藝路線

可根據(jù)材質(zhì)不同分為兩類：

1）鑄造曲軸的典型工藝路線：

鑄造→高溫正火→高溫回火→切削加工→軸頸氣體滲碳

2）鍛鋼曲軸的典型工藝路線：

下料→模鍛→調(diào)質(zhì)→切削加工→軸頸表面淬火3）汽車(chē)板簧

（1）汽車(chē)板簧失效形式及性能要求

汽車(chē)板簧用于緩沖和吸振，承受很大的交變應(yīng)力和沖擊荷載。汽車(chē)板簧的主要失效形式為剛度不足引起的過(guò)度變形或疲勞斷裂。因此，對(duì)汽車(chē)板簧的性能要求是材料要有較高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。（2）典型板簧選材

汽車(chē)板簧一般選用彈性高的合金彈簧鋼來(lái)制造，如65Mn、65Si2Mn鋼等。對(duì)于中型或重型汽車(chē)，板簧還采用50CrMn、55SiMnVB鋼；對(duì)于中型載貨汽車(chē)用的大截面積板簧，則采用55SiMnMoV、55SiMnMoVNb鋼制造。（3）工藝路線

熱軋鋼板沖裁下料→壓力成型→淬火→中溫回火→噴丸強(qiáng)化

噴丸強(qiáng)化也是表面強(qiáng)化的手段，目的是提高零件的疲勞強(qiáng)度。（一）汽車(chē)結(jié)構(gòu)零件用材

1）發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸套材料

缸體常用的材料有灰鑄鐵和鋁合金兩種。鋁合金的密度小，但剛度差、強(qiáng)度低、價(jià)格貴。所以，除了某些發(fā)動(dòng)機(jī)為減輕重量而采用鋁合金外，一般缸體材料均采用灰鑄鐵。2金屬材料在汽車(chē)上的應(yīng)用汽缸的缸體一般采用普通鑄鐵或鋁合金，而汽缸工作面則用耐磨材料，制成缸套鑲?cè)肫住?/p>

常用缸套材料為耐磨合金鑄鐵，主要有高磷鑄鐵、硼鑄鐵、合金鑄鐵等。為了提高缸套的耐磨性，可以用鍍鉻、表面淬火、噴鍍金屬鉬或其他耐磨合金等辦法對(duì)缸套進(jìn)行表面處理。2）發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋

缸蓋主要用來(lái)封閉汽缸構(gòu)成燃燒室。目前使用的缸蓋材料有兩種：一種是灰鑄鐵或合金鑄鐵；另一種是鋁合金。鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋具有高溫強(qiáng)度、鑄造性能好、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但其導(dǎo)熱性差、重量輕，但其高溫強(qiáng)度低，使用中容易變形、成本較高。3）活塞組

活塞、活塞銷(xiāo)和活塞環(huán)等零件組成活塞組。常用的活塞材料是鋁硅合金，其性能特點(diǎn)是導(dǎo)熱性好、密度小、膨脹系數(shù)減小，耐磨性、耐蝕性、硬度、剛度和強(qiáng)度提高。鋁硅合金活塞需進(jìn)行固溶處理及人工時(shí)效處理，以提高表面硬度?；钊N(xiāo)材料一般用20、20Cr、20CrMnTi等低碳、低碳合金鋼，表面進(jìn)行滲碳或碳氮共滲處理，以滿足材料外表面硬而耐磨、內(nèi)部韌而耐沖擊的要求?；钊h(huán)材料目前一般多用珠光體基體的灰鑄鐵或在灰鑄鐵基礎(chǔ)上添加一定量的銅、鉻、鉬及鎢等合金元素的合金鑄鐵，也有的采用球墨鑄鐵或可鍛鑄鐵。為了改善活塞環(huán)的工作性能，活塞環(huán)宜進(jìn)行表面處理。目前應(yīng)用最廣泛的是鍍鉻，可使活塞環(huán)的壽命提高２～３倍。其他表面處理的方法還有噴鉬、磷化、氧化、涂敷合成樹(shù)脂等。連桿材料一般采用45鋼、40Cr或40MnB等調(diào)質(zhì)鋼。合金鋼雖具有很高強(qiáng)度，但對(duì)應(yīng)力集中很敏感。氣門(mén)

進(jìn)氣門(mén)一般可用40Cr、35CrSi、

38CrSi、42Mn2V等合金鋼制造；而排氣門(mén)則要求用高鉻耐熱鋼制造，采用4Cr10Si2Mo作為氣門(mén)材料時(shí)工作溫度可達(dá)550~650℃。半軸

汽車(chē)半軸通常選用調(diào)質(zhì)鋼制造。中、小型汽車(chē)的半軸一般用45鋼、40Cr，而重型汽車(chē)則用40MnB

、40CrNi或40CrMnMo等淬透性較高的合金鋼制造。半軸加工中常采用噴丸處理及滾壓凸緣根部圓角等強(qiáng)化方法。螺栓、鉚釘?shù)壤溏吜慵?/p>

常用的螺栓材料有10、15（木螺栓，鉚釘）、35(普通螺栓)、40Cr和15MnVB(重要螺栓)等。（二）汽車(chē)?yán)錄_壓零件用材

在汽車(chē)零件中，冷沖壓零件種類繁多，約占總零件數(shù)的50%～60%。汽車(chē)?yán)錄_壓零件的材料有鋼板和鋼帶，其中主要是鋼板，包括熱軋鋼板和冷軋鋼板，如08、20、25和Q345等。熱軋鋼板主要用來(lái)制造一些承受一定荷載的結(jié)構(gòu)件，如保險(xiǎn)杠、剎車(chē)盤(pán)、縱梁等。這些零件不僅要求鋼板具有一定剛度、強(qiáng)度，而且還要具有良好的沖壓成型性能。冷軋鋼板主要用來(lái)制造一些形狀復(fù)雜，受力不大的機(jī)器外殼、駕駛室、轎車(chē)的車(chē)身等覆蓋零件。這些零件對(duì)鋼板的強(qiáng)度要求不高，但卻要求具有優(yōu)良的表面質(zhì)量和沖壓性能，以保證高的成品合格率。近年開(kāi)發(fā)的加工性能良好、強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度）高的薄鋼板——高強(qiáng)度鋼板，由于其可降低汽車(chē)自重、提高燃油經(jīng)濟(jì)性而在汽車(chē)上獲得應(yīng)用，如已用于制造車(chē)身外面板（包括車(chē)頂、前臉、后圍、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車(chē)門(mén)、行李箱等）、車(chē)身內(nèi)蒙保險(xiǎn)杠、橫梁、邊梁、支架、發(fā)動(dòng)機(jī)框架等。九、非金屬材料在汽車(chē)上的應(yīng)用非金屬材料指工程材料中除金屬材料以外的其他一切材料。非金屬材料的原料來(lái)源廣泛，自然資源豐富，成形工藝簡(jiǎn)單，具有一些特殊性能，應(yīng)用日益廣泛，已成為機(jī)械工程材料中不可缺少的重要組成部分。在機(jī)械工程中常用的非金屬材料主要包括高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料。

菜單1高分子材料高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料。高分子化合物是指相對(duì)分子質(zhì)量(分子量)很大的化合物，其分子量一般在5000以上。高分子化合物包括有機(jī)高分子化合物和無(wú)機(jī)高分子化合物兩類。有機(jī)高分子化合物又分為天然的和合成的。機(jī)械工程中使用的高分子材料主要是人工合成的有機(jī)高分子聚合物（簡(jiǎn)稱高聚物），例如塑料、合成橡膠、合成纖維、涂料和膠接劑等。高聚物是通過(guò)聚合反應(yīng)以低分子化合物結(jié)合形成的高分子材料。（一）塑料1）塑料的組成塑料是以合成樹(shù)脂為主要成分，加入一些用來(lái)改善使用性能和工藝性能的添加劑而制成的高分子材料。樹(shù)脂的種類、性能、數(shù)量決定了塑料的性能，因此，塑料基本上都是以樹(shù)脂的名稱命名的，例如聚氯乙烯塑料的樹(shù)脂就是聚氯乙烯。工業(yè)中用的樹(shù)脂主要是合成樹(shù)脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。2）塑料的特性(1)質(zhì)輕、比強(qiáng)度高塑料的密度為0.9～2.2g／cm3，只有鋼鐵的1／8～1／4。泡沫塑料的密度約0．01g／cm3。塑料的強(qiáng)度比金屬低，但比強(qiáng)度高。這對(duì)減輕機(jī)械產(chǎn)品的重量具有重要意義。(2)化學(xué)穩(wěn)定性好塑料能耐大氣、水、堿、有機(jī)溶劑等的腐蝕。例如，聚四氟乙烯在沸騰的“王水”中仍很穩(wěn)定。(3)優(yōu)異的電絕緣性塑料有良好的電絕緣性，介質(zhì)損耗小，其電絕緣性可與陶瓷、橡膠等絕緣材料相媲美。(4)減摩、耐磨性好塑料的硬度低于金屬，但多數(shù)塑料的摩擦系數(shù)小，有些塑料(如聚四氟乙烯、尼龍等)具有自潤(rùn)滑性。因此，塑料可用于制作在無(wú)潤(rùn)滑條件下工作的某些零件。

(5)消聲和吸振性好塑料軸承和齒輪工作時(shí)平穩(wěn)無(wú)聲，大大減小了噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音材料。(6)成形加工性好塑料有注射、擠壓、模壓、澆塑等多種成形方法，且工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高。(7)耐熱性差多數(shù)塑料只能在100℃左右使用，少數(shù)品種可在200℃左右使用；易老化(因光、熱、荷載、水、堿、酸、氧等的長(zhǎng)期作用，使塑料變硬、變脆、開(kāi)裂等現(xiàn)象，稱老化)；導(dǎo)熱性差，約為金屬的1／500；熱膨脹系數(shù)大，約為金屬的3至10倍。3）常用塑料類零件各種把手、儀表盤(pán)、坐墊、保險(xiǎn)杠等。（二）橡膠1）橡膠的組成與性能

橡膠是以生膠為主要原料，加入適量配合劑而制成的高分子材料。橡膠具有彈性大（最高伸長(zhǎng)率可達(dá)800％～1000％，外力去除后能迅速恢復(fù)原狀），吸振能力強(qiáng)，耐磨性、隔聲性、絕緣性好，可積儲(chǔ)能量，有一定的耐蝕性和足夠的強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)是易老化。

2）常用橡膠類零件種類名稱（代號(hào)）σb/MPaδ/%使用溫度t/℃回彈性耐磨性耐堿性耐酸性耐油性耐老化用途舉例通用橡膠天然橡膠（NR）17～35650～900-70～110好中好差差輪胎、膠帶、膠管丁苯橡膠（SBR）15～20500～600-50～140中好中差差好輪胎、膠板、膠布、膠帶、膠管順丁橡膠（BR）18～25450～800-70～120好好好差差好輪胎、v帶、耐寒運(yùn)輸帶、絕緣件氯丁橡膠（CR）25～27800～1000-35～130中中好中好好電線(纜)包皮，耐燃膠帶、膠管，汽車(chē)門(mén)窗嵌條，油罐襯里丁腈橡膠（NBR）15～30300～800-35～175中中中中好中耐油密封圈、輸油管、油槽襯特