汽車機(jī)械基礎(chǔ) 課件全套 模塊0-5 緒論、汽車工程材料-汽車氣壓傳動

緒論

什么是汽車？什么是機(jī)械？“汽車機(jī)械基礎(chǔ)”主要講解哪些內(nèi)容？

開設(shè)這門課程的主要目的是什么？任務(wù)引入

汽車是一個機(jī)械系統(tǒng)、是一個復(fù)雜的機(jī)電產(chǎn)品，汽車是人類重要的交通工具。

機(jī)械也常稱為機(jī)器，汽車機(jī)械是機(jī)械工業(yè)的重要組成部分。任務(wù)分析1．掌握機(jī)器的組成。2．熟悉汽車的主要組成。3．了解本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)。學(xué)習(xí)目標(biāo)相關(guān)知識

一、機(jī)械的概念

二、本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)汽車總體構(gòu)造圖一、機(jī)械的概念

1．機(jī)器（1）機(jī)器的組成

發(fā)動機(jī)是汽車的動力裝置，它的作用是使燃料燃燒產(chǎn)生動力，然后通過底盤的傳動系驅(qū)動車輪，使汽車行駛。★發(fā)動機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)分類：（燃料供給系統(tǒng)不同）點火方式為壓燃式，無點火系統(tǒng)。1.汽油發(fā)動機(jī)2.柴油發(fā)動機(jī)燃料供給系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)點火系統(tǒng)啟動系統(tǒng)

兩大機(jī)構(gòu)五大系統(tǒng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)：實現(xiàn)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動部件。由機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。配氣機(jī)構(gòu)：根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作順序和工作過程，定時開啟和關(guān)閉進(jìn)氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進(jìn)入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實現(xiàn)換氣過程。由氣門組、氣門傳動組和氣門驅(qū)動組等組成。燃料供給系統(tǒng)：

汽油機(jī)：根據(jù)發(fā)動機(jī)的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，進(jìn)入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排到大氣中去。

柴油機(jī)：將柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，并將燃燒后的廢氣排出。冷卻系統(tǒng)：帶走發(fā)動機(jī)內(nèi)的熱量，使發(fā)動機(jī)保持適宜工作溫度。潤滑系統(tǒng)：潤滑發(fā)動機(jī)內(nèi)有相對運(yùn)動的零件，減少摩擦磨損。點火系統(tǒng)：由蓄電池、發(fā)電機(jī)、分電器、點火線圈和火花塞等組成。啟動系統(tǒng)：使發(fā)動機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機(jī)的曲軸，使活塞作往復(fù)運(yùn)動，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹做功，推動活塞向下運(yùn)動，使曲軸旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)才能自行運(yùn)動，工作循環(huán)才能自行進(jìn)行。★底盤

底盤的作用是支承、安裝汽車發(fā)動機(jī)及其各部件、總成，形成汽車的整體造型，并接受發(fā)動機(jī)的動力，使汽車產(chǎn)生運(yùn)動。傳動系：由離合器、變速器、萬向傳動裝置、主減速器、差速器和半軸等組成。汽車發(fā)動機(jī)所發(fā)出的動力靠傳動系傳遞到驅(qū)動車輪。

離合器—是汽車傳動系中直接與發(fā)動機(jī)相連的總成；

變速器—用來改變發(fā)動機(jī)傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；

萬向傳動裝置—傳遞在工作過程中相對位置不斷改變的兩根軸的運(yùn)動；

主減速器—增大由傳動軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩；

差速器—將動力合理地分配給左、右驅(qū)動輪，使汽車順利轉(zhuǎn)彎。行駛系：由車架、車橋、懸架和車輪等部分組成。功用是支承全車質(zhì)量，并保證汽車正常行駛。

車架—承受載荷，包括汽車自身零部件的質(zhì)量和行駛時所受的沖擊、扭曲、慣性力；

車橋—傳遞車架與車輪之間各方向的作用力；

懸架—車架與車橋之間的一切傳力裝置的總稱，包括彈性元件、減震器和傳力裝置三部分，分別起到了緩沖、減震和力的傳遞作用；

車輪—作用是與地面接觸使汽車得到所需的牽引力。轉(zhuǎn)向系：由方向盤、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、橫拉桿、直拉桿等組成。功用是用來保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，能夠在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，保持各轉(zhuǎn)向車輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。制動系：由制動主缸、制動輪缸、比例分配閥、車輪制動器等組成。功用是使汽車以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車，在下坡行駛時使汽車保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速，使汽車可靠地停在原地或坡道上。★車身

車身不僅是駕駛員的工作場所，也是容納乘客和貨物的場所。車身有封閉、保證行車安全和減輕事故后果的作用?！镫姎庠O(shè)備

汽車電氣設(shè)備是汽車的重要組成部分，它控制著發(fā)動機(jī)、車燈，甚至汽車全身，是汽車的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。典型轎車構(gòu)造圖單缸內(nèi)燃機(jī)1—活塞

2—進(jìn)氣門推桿

3—凸輪軸

4—大齒輪

5—小齒輪

6—曲軸

7—連桿

8—排氣門推桿主體部分（1、6、7、缸體）：氣缸內(nèi)燃燒的膨脹氣體，推動活塞1在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動，通過連桿7使曲軸6作連續(xù)轉(zhuǎn)動。控制部分（2、3、8、缸體）：凸輪轉(zhuǎn)動，通過推桿推動進(jìn)、排氣門按時啟閉，實現(xiàn)可燃混合氣定時進(jìn)入氣缸、廢氣定時排出氣缸的功能。傳動部分（4、5、缸體）：凸輪軸上的大齒輪4、曲軸上的小齒輪5及缸體將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。歸納得出：一部完整機(jī)器由以下四個基本部分組成。控制部分機(jī)器動力部分執(zhí)行部分傳動部分1．動力部分：是驅(qū)動機(jī)器完成預(yù)定功能的動力源，其作用是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以驅(qū)動機(jī)器各部件。

2．執(zhí)行部分：是機(jī)器中直接完成工作任務(wù)的組成部分，其運(yùn)動形式依據(jù)機(jī)器的用途不同，可能是直線運(yùn)動、回轉(zhuǎn)運(yùn)動或間歇運(yùn)動等。

3．傳動部分：是機(jī)器中介于動力部分和執(zhí)行部分之間，用來完成運(yùn)動形式、運(yùn)動和動力參數(shù)轉(zhuǎn)換的組成部分?？梢詼p速、增速、調(diào)速（如機(jī)床和汽車的變速箱）、改變轉(zhuǎn)矩以及改變運(yùn)動形式等，滿足執(zhí)行部分的各種要求。

4．控制部分：是使上述三個基本職能部分彼此協(xié)調(diào)運(yùn)作，并準(zhǔn)確、安全、可靠地完成整機(jī)功能的組成部分。①各類機(jī)器都是人為的實體組合。②機(jī)器的各部分之間具有確定的相對運(yùn)動。③機(jī)器能完成有用的機(jī)械功或?qū)崿F(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。（2）機(jī)器的特征汽車內(nèi)燃機(jī)熱（內(nèi)）能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。具備機(jī)器前兩個特征的多構(gòu)件組合體，稱為機(jī)構(gòu)。2．機(jī)構(gòu)腳踏縫紉機(jī)腳踏自行車內(nèi)燃機(jī)中的機(jī)構(gòu)：組成：曲軸、連桿、活塞、氣缸。改變轉(zhuǎn)速。連續(xù)轉(zhuǎn)動→往復(fù)直線運(yùn)動。1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)往復(fù)直線運(yùn)動→連續(xù)轉(zhuǎn)動。2.齒輪機(jī)構(gòu)組成：大小齒輪、氣缸。3.凸輪機(jī)構(gòu)組成：凸輪、推桿、氣缸。幾個概念：（3）部件：機(jī)器中一組協(xié)同工作的零件組成的獨(dú)立制造或裝配的組合體。離合器、減速器（2）零件：機(jī)器中最小制造單元（不可拆的）。齒輪、螺釘通用零件：各種機(jī)器中普遍使用。螺栓、軸、彈簧專用零件：特定機(jī)器中使用。內(nèi)燃機(jī)中的曲軸、活塞（1）構(gòu)件：組成機(jī)構(gòu)的具有確定相對運(yùn)動的實體。活塞、連桿通用部件：滾動軸承、減速器專用部件：汽車轉(zhuǎn)向器連桿機(jī)械：“機(jī)器”和“機(jī)構(gòu)”的總稱。拋開機(jī)器的第三個特征，機(jī)器和機(jī)構(gòu)就沒什么區(qū)別了!機(jī)構(gòu)是一個構(gòu)件系統(tǒng)，機(jī)器包含構(gòu)件系統(tǒng)和其他組成裝置。機(jī)構(gòu)與機(jī)器的區(qū)別：零件是制造單元，構(gòu)件是運(yùn)動單元，部件是裝配單元。零件、構(gòu)件與部件的區(qū)別：

構(gòu)件可能由多個零件剛性連接而成，也可能是一個單獨(dú)零件；部件中的各零件之間不一定具有剛性連接。機(jī)械的典型實例:二、本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)“汽車機(jī)械基礎(chǔ)”是高職高專汽車類各專業(yè)必修的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，因此本課程務(wù)求為同學(xué)們打下一個基礎(chǔ)的平臺。為給學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課提供必要的機(jī)械基礎(chǔ)知識，該課程內(nèi)容包括汽車工程材料、汽車構(gòu)件力學(xué)分析、汽車常用機(jī)構(gòu)、汽車機(jī)械傳動裝置、汽車常用機(jī)械零件、液壓傳動、金屬成形熱加工和金屬成形冷加工。1．本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容①掌握汽車工程材料的力學(xué)性能、類型和牌號。②掌握汽車機(jī)械構(gòu)件的靜力學(xué)分析、強(qiáng)度分析。③掌握汽車常用機(jī)構(gòu)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點。④掌握汽車機(jī)械傳動的類型、特點及使用知識。⑤掌握汽車常用機(jī)械零件的工作原理、類型、結(jié)構(gòu)特點。⑥掌握液壓傳動相關(guān)知識。⑦掌握金屬材料熱加工方法的類型及用途。⑧掌握金屬材料冷加工方法的類型及用途。2．本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)模塊一汽車工程材料任務(wù)一汽車常用材料主要性能分析任務(wù)二鐵碳合金任務(wù)三汽車典型零件熱處理任務(wù)四汽車零件常用材料任務(wù)一汽車常用材料主要性能分析任務(wù)引入圖1-1汽車曲軸、活塞、齒輪

汽車常用材料主要性能有哪些？汽車制造時又是根據(jù)哪些指標(biāo)進(jìn)行材料選取的？任務(wù)分析

不同的汽車零件由于所承受載荷的性質(zhì)不同，使用工況不同，對其使用性能的要求也就不同。只有了解金屬材料的各種性能，才能在加工汽車零件和汽車車身維修時，既正確、又經(jīng)濟(jì)合理地選擇和使用金屬材料，達(dá)到降低生產(chǎn)成本、提高維修質(zhì)量的目的。1．熟悉汽車常用材料的性能與特點。2．具有能對不同汽車零件進(jìn)行主要性能分析的能力。學(xué)習(xí)目標(biāo)相關(guān)知識

一、金屬材料的使用性能

二、金屬材料的工藝性能

工藝性能金屬材料的主要性能力學(xué)性能使用性能物理性能化學(xué)性能鑄造性能鍛造性能焊接性能切削加工性能金屬材料主要性能分類：

力學(xué)性能是指金屬材料在外力的作用下表現(xiàn)出來的特性。力學(xué)性能指標(biāo)強(qiáng)度硬度疲勞強(qiáng)度塑性沖擊韌性（一）力學(xué)性能一、金屬材料的使用性能（一）力學(xué)性能兩個定義：★載荷:金屬材料在加工及使用過程中所受到的外力?！镒冃?

金屬材料受載荷作用而發(fā)生的幾何形狀和尺寸的變化稱為變形。分類:

靜載荷、沖擊載荷、變載荷分類:

彈性變形、塑性變形A.拉伸試樣按國標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣可分為：

（1）板形試樣：原材料為板材或帶材。短試樣l0＝5d0。l0為試樣標(biāo)距，d0為試樣直徑。（2）圓形試樣：長試樣l0＝10d0，強(qiáng)度和塑性是根據(jù)拉伸試驗測定出來的。標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣拉伸試驗機(jī)標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣

縮頸現(xiàn)象

拉伸試驗中得出的拉伸力F與伸長量△L的關(guān)系曲線。屈服彈性變形縮頸斷裂塑性變形B.拉伸曲線（力-伸長曲線）圖1-4低碳鋼的拉伸曲線（應(yīng)力—應(yīng)變曲線）強(qiáng)化C.應(yīng)力-應(yīng)變曲線（1）應(yīng)力：單位面積上試樣承受的載荷。（2）應(yīng)變：單位長度的伸長量。應(yīng)力-應(yīng)變曲線1．強(qiáng)度（1）屈服點和規(guī)定殘余伸長應(yīng)力

材料的屈服點（屈服極限），用

s表示。

材料的規(guī)定殘余伸長應(yīng)力，用

0.2表示。

強(qiáng)度是材料在載荷（外力）作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。

在拉伸試驗中具有屈服現(xiàn)象的金屬材料稱為塑性材料，而工程上使用的金屬材料，大多數(shù)沒有明顯的屈服現(xiàn)象，這類金屬材料稱為脆性材料。有些脆性材料，不僅沒有屈服現(xiàn)象，而且也不產(chǎn)生縮頸。鑄鐵的拉伸曲線

（2）抗拉強(qiáng)度

在工程上把稱為屈強(qiáng)比。

屈強(qiáng)比高表示材料的抗變形能力較強(qiáng)，不易發(fā)生塑性變形，材料強(qiáng)度的有效利用率高；

屈強(qiáng)比低表示材料的塑性較好，零件的安全可靠性越高。屈服點和抗拉強(qiáng)度是機(jī)械零件設(shè)計和選材的主要依據(jù)。

材料的抗拉強(qiáng)度，用

b表示。2．塑性（1）斷后伸長率

塑性是材料斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。試樣拉斷后，標(biāo)距伸長量和原始標(biāo)距的百分比。>5%，塑性材料；<5%，脆性材料。長試樣：；短試樣：。

試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的縮減量與原始橫截面積的百分比。（2）斷面收縮率

材料的δ或ψ值越大，表示材料的塑性越好。塑性直接影響到零件的成形加工及使用。3．硬度

硬度是指金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃傷的能力。布氏硬度HB洛氏硬度HR維氏硬度HV壓入法硬度試驗方法：（1）布氏硬度壓頭淬火鋼球

HBS：布氏硬度值

450的材料；硬質(zhì)合金球

HBW：布氏硬度值450～650的材料。優(yōu)點：測量誤差?。ㄒ驂汉鄞螅瑪?shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。缺點：壓痕面積較大，測量費(fèi)時，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。應(yīng)用：常用于測量較軟材料、灰鑄鐵、有色金屬、退火正火鋼材的硬度。不適于測量成品零件或薄件的硬度。（2）洛氏硬度壓頭120o金剛石圓錐體鋼球

HRA與HRC淬火鋼球

HRB初試驗力F1總試驗力F主試驗力F2F=F1+F2測量操作簡單，方便快捷，壓痕小；測量范圍大，能測較薄工件。測量精度較低，可比性差，不同標(biāo)尺的硬度值不能比較。例如：

50HRC<70HRA×50HRB>40HRC

×優(yōu)點：缺點：應(yīng)用：可用于成品檢驗和薄件表面硬度檢驗。不適于測量組織不均勻材料。（3）維氏硬度

與布氏硬度試驗原理基本相同，只是改用金剛石四棱錐體作壓頭。

特點：可測較薄的硬化層及很軟、很硬的材料。4．沖擊韌性

沖擊韌性采用的測定方法是擺錘式一次沖擊試驗方法。

沖擊韌性是指金屬材料在沖擊載荷作用下斷裂時吸收變形能量的能力。

沖擊韌度是指沖擊試樣缺口處單位橫截面面積上的沖擊吸收功，其計算公式為:

沖擊韌度用

表示：沖擊試驗原理示意圖-40-20020204060T↓，αk急劇↓，韌性→脆性。韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料由韌性狀態(tài)向脆性狀態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。

疲勞強(qiáng)度（σ-1

）是材料在無數(shù)次重復(fù)的交變載荷作用下不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力，其大小與應(yīng)力變化的次數(shù)有關(guān)。5.疲勞強(qiáng)度

在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，零部件在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后，產(chǎn)生裂紋或突然產(chǎn)生斷裂的過程，這種破壞稱為疲勞破壞（或疲勞斷裂）。

對于黑色金屬（鋼材）規(guī)定循環(huán)次數(shù)為N=107次，對應(yīng)有色金屬循環(huán)次數(shù)為N=108次。（二）物理性能1.密度；2.熔點；3.導(dǎo)熱性；4.導(dǎo)電性；5.熱膨脹性。金屬材料的物理性能是指金屬固有的屬性。

物理性能（三）化學(xué)性能

化學(xué)性能1.耐腐蝕性；2.抗氧化性；3.化學(xué)穩(wěn)定性。

化學(xué)性能是指金屬材料在常溫或高溫條件下抵抗外界介質(zhì)對其化學(xué)侵蝕的能力。二、金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能是指材料加工成形的難易程度。

工藝性能往往是由物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能綜合作用所決定的，不能簡單用一個物理參數(shù)來表示。

零件的制造過程：1．鑄造性能2．鍛造性能3．焊接性能4．切削加工性能3．焊接性能鑄造性能是指金屬在鑄造生產(chǎn)中表現(xiàn)出的工藝性能。

焊接性能是指金屬材料對焊接成形的適應(yīng)性，也就是指在一定的焊接工藝條件下，金屬材料獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。切削加工性能是指金屬材料被切削加工的難易程度。鍛造性能是指鍛造金屬材料的難易程度。1．鑄造性能2．鍛造性能4．切削加工性能任務(wù)實施

一、汽車曲軸的主要性能分析

二、汽車發(fā)動機(jī)活塞的主要性能分析

三、汽車變速器齒輪的主要性能分析一、汽車曲軸的主要性能分析1．具有高的強(qiáng)度、一定的沖擊韌性，以抵抗沖擊載荷。2．具有足夠的彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度，以抵抗彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷。3．具有足夠的剛度，以抵抗曲軸磨損變形。4．軸頸表面具有高的硬度和耐磨性。二、汽車發(fā)動機(jī)活塞的主要性能分析1．要有足夠的強(qiáng)度，以抵抗不同載荷。2．要有足夠的剛度，以抵抗變形磨損。3．導(dǎo)熱性好，耐高壓、耐高溫，以適應(yīng)惡劣的工作條件。4．耐腐蝕性好，以抵抗燃?xì)獾幕瘜W(xué)腐蝕。5．質(zhì)量小，重量輕，盡可能減小往復(fù)慣性力。三、汽車變速器齒輪的主要性能分析1．齒面有足夠的硬度，以抵抗齒面磨損、點蝕、膠合以及塑性變形等。2．齒心有足夠的強(qiáng)度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷。3．有良好的加工工藝性能及熱處理性能，使之便于加工且便于提高其力學(xué)性能。任務(wù)二鐵碳合金相圖任務(wù)引入

鋼和鑄鐵都是以鐵和碳為主要元素組成的合金，統(tǒng)稱為鐵碳合金。鐵碳合金相圖是如何繪制的？鐵碳合金相圖又有哪些應(yīng)用呢？任務(wù)分析

鐵碳合金相圖是研究平衡狀態(tài)下鐵碳合金成分、組織和性能之間的關(guān)系，及其變化規(guī)律的重要工具。

掌握鐵碳合金相圖對于制定鋼鐵材料的熱加工工藝具有重要的指導(dǎo)意義。1．了解金屬及合金的結(jié)構(gòu)。2．熟悉鐵碳合金的基本組織。3.具有繪制鐵碳合金相圖的能力。學(xué)習(xí)目標(biāo)相關(guān)知識

一、金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

二、鐵碳合金基本組織三、鐵碳合金相圖四、鐵碳合金的分類一、金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶（1）晶體和非晶體

晶體：原子在空間呈有序排列的固態(tài)物質(zhì)。具有規(guī)則的外形；具有一定的熔點；具有各向異性。沒有規(guī)則的外形；沒有固定的熔點；具有各向同性。

非晶體：原子或分子無規(guī)則的堆積在一起的固態(tài)物質(zhì)。固態(tài)物質(zhì)根據(jù)其原子排列特征，可分為晶體和非晶體兩類。1.金屬的晶體結(jié)構(gòu)

晶體結(jié)構(gòu)：指在晶體內(nèi)部，原子、離子或原子集團(tuán)規(guī)則排列的方式。晶格：抽象的用于描述原子在晶體中排列方式的空間幾何格架。晶胞：組成晶格的能反映其特征和規(guī)律的最基本幾何單元。（2）晶格和晶胞

原子排列晶格晶胞（3）三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)α-鐵（912℃以下的鈍鐵）、鉻、鉬、鎢、釩體心立方晶格示意圖

原子排列晶格晶胞γ-鐵（1394－912℃的鈍鐵）、銅、鋁、鎳等

原子排列晶格晶胞面心立方晶格示意圖鈹、鎂、鋅、鎘等原子排列晶格晶胞密排六方晶格示意圖（4）實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)由許多晶粒組成的晶體稱為多晶體，實際金屬就是多晶體。實際金屬晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷：①點缺陷：不規(guī)則區(qū)域在空間三個方向上的尺寸都很小，主要是空位、間隙原子、置換原子。實際晶體中，排列不規(guī)則的區(qū)域稱為晶體缺陷。

在實際晶體結(jié)構(gòu)中，晶格的某些結(jié)點上沒有原子，則稱這結(jié)點為空位。位于晶格空隙之間的原子稱為間隙原子。

②線缺陷：不規(guī)則區(qū)域在一個方向的尺寸很大，在另外兩個方向的尺寸都很小，主要是位錯，即晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。

③面缺陷：一維尺度很小，而二維尺度較大的原子錯排區(qū)域，主要是晶界和亞晶界。2．金屬的結(jié)晶（1）結(jié)晶的基本概念

結(jié)晶：物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固，凝固后的固態(tài)物質(zhì)可以為晶態(tài)，也可以為非晶態(tài)。如果通過凝固形成晶體，稱為結(jié)晶。

金屬材料的凝固是典型的結(jié)晶過程，而玻璃的凝固過程是非晶體凝固過程。金屬的結(jié)晶：是指液態(tài)金屬凝固成固態(tài)金屬晶體的過程。純液態(tài)金屬的冷卻曲線（理想狀態(tài)）純液態(tài)金屬的冷卻曲線（實際狀態(tài)）時間/s0T0：理論結(jié)晶溫度T1：實際結(jié)晶溫度ΔT=T0-T1（過冷度）T0溫度/oCT1時間/sa：結(jié)晶開始點b：結(jié)晶終了點溫度/oCT0ab0

結(jié)晶平臺：由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致，即金屬液固轉(zhuǎn)變所釋放的潛熱與系統(tǒng)散熱量相等的結(jié)果。（2）金屬的結(jié)晶過程從宏觀角度看結(jié)晶規(guī)律：①結(jié)晶是在一定的過冷度下完成的，即存在過冷現(xiàn)象。②結(jié)晶過程是在恒溫下完成的。包括晶核形核和長大兩個基本過程。①形核方式：自發(fā)形核與非自發(fā)形核②長大方式：平面方式與樹枝狀方式從微觀角度看結(jié)晶規(guī)律：*自發(fā)形核從液態(tài)內(nèi)部由金屬本身原子自發(fā)長出結(jié)晶核心的過程叫做自發(fā)形核，形成的結(jié)晶核心叫做自發(fā)晶核。

*非自發(fā)形核

依附于雜質(zhì)而生成晶核的過程叫做非自發(fā)形核，形成的結(jié)晶核心叫做非自發(fā)晶核。①晶核的形成均勻長大②晶核的長大樹枝狀方式平面方式結(jié)論：金屬的結(jié)晶過程→形核與長大過程。金屬液形成晶核晶核長大形成晶體3．金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變體心立方晶格

體心立方晶格

面心立方晶格

物理性質(zhì)：純鐵在1538℃熔化，純鐵液體結(jié)晶為固體后，在冷卻至室溫過程中，經(jīng)歷兩次同素異晶轉(zhuǎn)變。

同素異晶：元素相同，結(jié)構(gòu)不同。

二次結(jié)晶4．合金的相結(jié)構(gòu)

▲合金：由兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)?！M元：組成合金的基本物質(zhì)。

▲相：指金屬或合金中具有相同成分、相同結(jié)構(gòu)并以界面相互分開的各個均勻的組成部分。

▲組織：指用肉眼或借助于放大鏡、顯微鏡觀察到的材料內(nèi)部的形態(tài)結(jié)構(gòu)。

如:

黃銅：Cu-Zn，鋁合金：Al-Si。（1）合金的基本概念

根據(jù)構(gòu)成合金各組元之間相互作用的不同，固態(tài)合金的相可分為固溶體、金屬化合物和機(jī)械混合物三類。①固溶體（2）合金的相結(jié)構(gòu)固溶體強(qiáng)度、硬度較低，塑性、韌性較好。

②金屬化合物③機(jī)械混合物

金屬化合物是合金組元之間相互發(fā)生作用而形成具有金屬特性的一種新相。

金屬化合物晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熔點高，硬而脆。

機(jī)械混合物的性能介于固溶體和金屬化合物之間，即強(qiáng)度、硬度較高，塑性、韌性較好。

二、鐵碳合金的基本組織

1.鐵素體：碳溶解在α-Fe中的間隙固溶體（F），它仍保持α-Fe的體心立方晶格結(jié)構(gòu)。

由于α-Fe晶粒間隙小，碳在α-Fe中溶解度極小，室溫時僅為0.0008%，727℃最大為0.0218%，所以是幾乎不含碳的純鐵。

塑性和沖擊韌度較好，而強(qiáng)度、硬度較低。鐵素體原子排列

因晶格間隙較大，碳在γ-Fe中的解度要比在α-Fe中大，在727℃時為0.77%，在1148℃時溶解度最大，可達(dá)2.11%。奧氏體的強(qiáng)度、硬度較低，但具有良好的塑性，是絕大多數(shù)鋼高溫進(jìn)行壓力加工的理想組織。2.奧氏體：碳溶解在γ-Fe中的間隙固溶體（A），它扔保持γ-Fe的面心立方晶格結(jié)構(gòu)。奧氏體原子排列

3.滲碳體：鐵與碳形成的金屬化合物（Fe3C）。含碳量為6.69%，硬度很高（大于800HBW），脆性大，塑性和沖擊韌度幾乎為零。4.珠光體：鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物（P）。力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，綜合性能良好。即強(qiáng)度較好，硬度適中，并具有一定的塑性。

鐵素體、奧氏體、滲碳體屬于單相組織，珠光體、萊氏體屬于兩相混合組織。

5.萊氏體：奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物（Ld）。萊氏體中由于大量滲碳體存在，其性能與滲碳體相似，即硬度高，塑性差。三、鐵碳合金相圖Fe3CFe2CFeC溫度FeC(6.69%C)Fe–C二元相圖1148℃1.共晶反應(yīng)

一定成分的液相在一定的溫度下，同時結(jié)晶出兩種成分和結(jié)構(gòu)均不相同的固相的反應(yīng)。L4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c共晶反應(yīng)的產(chǎn)物即萊氏體。

Ld

=A2.11%c+Fe3C6.69%c三種反應(yīng)

一定成分的固相在一定的溫度下，同時析出兩種成分和結(jié)構(gòu)均不相同的新的固相的反應(yīng)。A0.77%c

727℃F0.0218%c+Fe3C6.69%c共析反應(yīng)的產(chǎn)物即珠光體。

P=F0.0218%c+Fe3C6.69%c2.共析反應(yīng)三種反應(yīng)3.包晶反應(yīng)L0.53%c+δ0.09%c

1495℃A0.17%c

包晶反應(yīng)是一個液相與一個固相相互作用，生成一個新的固相的過程。三種反應(yīng)PSK共析線-A1線ECF共晶線ACD線—液相線AECF線—固相線GS線-A3線ES線-Acm線純鐵的熔點1538℃共晶點1148℃滲碳體熔點1227℃共析點727℃同素異晶轉(zhuǎn)變點912℃碳在奧氏體中的最大溶解度點1148℃

特性點的符號

溫度

t/℃

含碳量

wc%

含義ABCDEGPS

15381495114812271148912727727

00.534.36.692.1100.02180.77純鐵熔點包晶反應(yīng)液態(tài)合金的濃度共晶點

滲碳體的熔點（計算值）碳在γ-Fe中的最大溶解度點α-Feγ-Fe同素異晶轉(zhuǎn)變點碳在α-Fe中的最大溶解度點共析點鐵碳合金相圖中主要特性點的含義Fe-Fe3C相圖相區(qū)分析

單相區(qū)--5個:

液相區(qū)（L）--ABCD以上區(qū)域；固溶體區(qū)（δ）--AHNA；奧氏體區(qū)（A）--NJESGN；鐵素體區(qū)（F）--GPQ；滲碳體區(qū)（Fe3C）--DFKL線段區(qū)域。兩相區(qū)--7個:7個兩相區(qū)分別存在于兩個相應(yīng)的單相區(qū)之間。

L+δ--AHJBA；A+δ--HNJH；

L+A--BJECB；L+Fe3C--DCFD；

A+F--GPSG；A+Fe3C--ESKFCE；

F+Fe3C--PQLKSP。三相區(qū)--3個:（三個恒溫轉(zhuǎn)變：包晶、共晶、共析）包晶線--（發(fā)生在1495℃）水平線HJB（L+δ+A）；共晶線--（發(fā)生在1148℃）水平線ECF（L+A+Fe3C）；共析線--（發(fā)生在727℃）水平線PSK（F+A+Fe3C）。亞共析鋼過共析鋼

過共晶白口鑄鐵

亞共晶白口鑄鐵工業(yè)純鐵共析鋼共晶白口鑄鐵四、鐵碳合金的分類根據(jù)相圖，將鐵碳合金分為三大類7種：1.工業(yè)純鐵：wc

＜0.0218%；

2.鋼：（0.0218~2.11%）亞共析鋼（0.0218~0.77%）

共析鋼（0.77%）

過共析鋼（0.77~2.11%）

3.白口鑄鐵：（2.11~6.69%）亞共晶白口鑄鐵（2.11~4.30%）

共晶白口鑄鐵（4.30%）

過共晶白口鑄鐵（4.30~6.69%）

低碳鋼（0.0218~0.25%）中碳鋼（0.25~0.6%）高碳鋼（0.6~1.5%）工程實踐中鋼的分類：任務(wù)實施

鐵碳相圖的應(yīng)用：

一、在選材方面的應(yīng)用

二、在鑄造生產(chǎn)上的應(yīng)用

三、在鍛壓生產(chǎn)上的應(yīng)用

四、在焊接生產(chǎn)上的應(yīng)用

五、在熱處理方面的應(yīng)用一、在選材方面的應(yīng)用

需要塑性、韌性好的材料，可選用低碳鋼；對工作中承受沖擊載荷和要求較高強(qiáng)度的各種機(jī)械零件，希望強(qiáng)度和韌性都比較好，可選用中碳鋼；制造各種切削工具、模具及量具時，需要高的硬度、耐磨性，可選用高碳鋼。對于形狀復(fù)雜的箱體、機(jī)器底座等，可選用熔點低、流動性好的鑄鐵材料。二、在鑄造生產(chǎn)上的應(yīng)用

共晶成分的鐵碳合金熔點低，結(jié)晶溫度范圍小，具有良好的鑄造性能。在鑄造生產(chǎn)中，經(jīng)常選用接近共晶成分的鑄鐵。三、在鍛壓生產(chǎn)上的應(yīng)用

鋼在室溫時組織為兩相混合物，塑性較差，變形困難。奧氏體的強(qiáng)度較低，塑性較好，便于塑性變形。因此在進(jìn)行鍛壓和熱軋加工時，要把坯料加熱到奧氏體狀態(tài)。

溫度不同，鋼冷卻后的組織性能就不同，為了獲得均勻一致的組織和性能，需要在焊接后采用熱處理方法進(jìn)行改善。

鐵碳合金在固態(tài)加熱或冷卻過程中均有相的變化，所以鋼和鑄鐵可以進(jìn)行有相變的退火、正火、淬火和回火等熱處理。奧氏體有溶解碳和其他合金元素的能力，而且溶解度隨溫度的提高而增加。四、在焊接生產(chǎn)上的應(yīng)用五、在熱處理方面的應(yīng)用任務(wù)三汽車典型零件熱處理任務(wù)引入

汽車發(fā)動機(jī)曲軸軸頸處要求有高的硬度和耐磨性；汽車齒輪要求齒面具有足夠的硬度，同時齒心具有較好的韌性。

為達(dá)到使用要求，曲軸、齒輪必須進(jìn)行熱處理。那么，它們采用了哪些熱處理，其作用如何？任務(wù)分析

熱處理是汽車零部件在制造過程中重要工序，對發(fā)揮金屬材料的潛力、改善零件的使用性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長使用壽命具有極其重要的意義。此外，熱處理還能改善毛坯的工藝性能，為后續(xù)工序作準(zhǔn)備，以利于各種冷、熱加工。1．熟悉汽車常用材料的性能與特點。2．掌握汽車典型零件的熱處理方法及應(yīng)用。3．具有為汽車典型零件選擇合適熱處理的

能力。學(xué)習(xí)目標(biāo)相關(guān)知識

一、鋼的熱處理的組織改變原理二、鋼的熱處理

熱處理是將鋼鐵材料在固態(tài)下以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需組織和性能的工藝過程，可用下圖所示的工藝曲線表示。

實質(zhì)：在加熱、保溫和冷卻過程中，鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變其性能。

適用范圍：只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強(qiáng)化。

作用：充分發(fā)揮材料的性能潛力，提高零件質(zhì)量，延長零件壽命。目的：改善鋼（工件）的力學(xué)性能或工藝性能。理論依據(jù)：

鐵碳相圖一、鋼的熱處理的組織改變原理1．鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變（1）鋼的相變點平衡相變點：加熱相變點：冷卻相變點：A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm加熱工序目的：得到奧氏體（A）。FFe3CA未溶Fe3C殘余Fe3CAA共析鋼中奧氏體形成過程示意圖（1）奧氏體晶核的形成（2）奧氏體晶核的長大（3）剩余滲碳體的溶解（4）奧氏體的均勻化奧氏體形成過程四個階段：（2）奧氏體的形成

任何成分的鋼加熱到Ac1點以上時，都要發(fā)生珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變，并使其成分均勻化，即進(jìn)行奧氏體化。轉(zhuǎn)變過程遵從結(jié)晶的普遍規(guī)律。

使零件內(nèi)外溫度均勻和轉(zhuǎn)變完全，而且還可以獲得成分均勻的奧氏體，以便鋼冷卻后獲得良好的組織和性能。

冷卻方式隨爐緩冷空冷油冷水冷冷卻速度10℃/min10℃/s150℃/s600℃/s所得硬度12HRC26HRC41HRC63HRC表1-3 冷卻速度與力學(xué)性能2．鋼的熱處理保溫階段的目的3．鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變

珠光體

索氏體

（1）珠光體（P）：形成溫度為A1～650℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，硬度值小于20HRC。

（2）索氏體（S）：形成溫度為650～600℃，片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨，硬度值為22～35HRC。共析鋼冷卻轉(zhuǎn)變后所獲得組織的形成溫度和硬度：

（3）托氏體（T）：形成溫度為600～550℃，片層極薄，電鏡下可辨，硬度值為35～42HRC。托氏體

珠光體、索氏體、托氏體三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上有粗細(xì)之分，因此其界限也是相對的。上貝氏體下貝氏體（4）貝氏體（B）：

上貝氏體（B上）：形成溫度為550～350℃，在光鏡下呈羽毛狀，硬度值為40～45HRC。

下貝氏體（B下）：形成溫度為350～230℃，在光鏡下呈竹葉狀，硬度值為45～55HRC。（500×）（500×）板條狀--低碳馬氏體（C%＜0.2%），在光鏡下呈細(xì)板條狀；針片狀--高碳馬氏體（C%

＞1%），在光鏡下呈竹葉狀。板條狀馬氏體針片狀馬氏體（5）馬氏體（M）：形成溫度在230℃以下，硬度值為55～65HRC。（1000×）（1500×）熱處理普通熱處理表面熱處理退火、正火、淬火、回火。表面淬火化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火鋼的滲碳鋼的滲氮二、鋼的熱處理

根據(jù)熱處理的作用不同，熱處理一般可分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。

只有當(dāng)工件性能要求不高時，才作為最終熱處理。一般零件生產(chǎn)的工藝路線：

退火是將鋼件加熱到高于或低于鋼的臨界點，保溫一定時間，隨后在爐中或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的一種熱處理工藝，又稱“燜火”。

（一）普通熱處理1．退火加熱溫度Ac3+30～50℃消除殘余內(nèi)應(yīng)力500℃～650℃去應(yīng)力退火消除加工硬化①使Fe3C球化，降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能；②為淬火作組織準(zhǔn)備。Ac1+20～30℃球化退火不完全退火亞共折鋼①細(xì)化晶粒，均勻化組織；②降低硬度，便于切削加工；③消除內(nèi)應(yīng)力。適用鋼種退火目的退火工藝再結(jié)晶退火完全退火過共折鋼合金工具鋼所有碳鋼650℃～700℃所有碳鋼2.正火

正火是將鋼件加熱到Ac3（對于亞共析鋼）或Accm

（對于過共析鋼）以上30℃～50℃，保溫后從爐內(nèi)取出，在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火目的：

①對于低、中碳鋼（wc≤0.6%），目的與退火的相同。

②對于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。

③對于普通件，作為最終熱處理。正火與退火的區(qū)別：

①二者冷卻方式不同。

②正火的冷卻速度較退火快，得到的珠光體組織的片層間距較小，珠光體更為細(xì)薄，目的是使鋼的組織正?；砸喾Q?；幚怼?/p>

③正火和完全退火相比，能獲得更高的強(qiáng)度和硬度。

④正火生產(chǎn)周期較短，設(shè)備利用率較高，節(jié)約能源，成本較低，因此應(yīng)用廣泛。3.淬火

將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上30℃～50℃，保溫一定時間后，在水、鹽水或油等介質(zhì)中快速冷卻，從而獲得馬氏體或貝氏體組織的一種熱處理工藝。淬火目的：

①提高鋼的強(qiáng)度、硬度，使鋼強(qiáng)化；

②與不同回火處理相配合，獲得所需要的力學(xué)性能。淬透性和淬硬性：

淬透性：是指鋼在淬火時奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的難易程度。

淬硬性：是指鋼在理想條件下進(jìn)行淬火硬化所能達(dá)到的最高硬度的能力。4.回火

把淬火后的鋼件重新加熱到Ac1線以下，保溫一段時間，再以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鹉康模?/p>

①減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開裂。

②獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì)處理回火分類：名稱溫度組織用途材料硬度低溫回火150～250℃回火馬氏體耐磨件58～64HRC中溫回火350～500℃回火托氏體彈簧等35～45HRC高溫回火500～650℃回火索氏體調(diào)質(zhì)件200～330HBS

調(diào)質(zhì)處理，簡稱“調(diào)質(zhì)”，廣泛用于連桿、軸、齒輪等要求具有較好綜合力學(xué)性能的零件。柴油機(jī)連桿1.表面淬火（1）感應(yīng)加熱表面淬火基本原理：

感應(yīng)圈通入交流電→形成渦流（集膚效應(yīng)）→表層得A→水冷得M。電流頻率越高，集膚效應(yīng)越強(qiáng)烈，加熱層越薄。用鋼：中碳鋼、中碳合金鋼、40、45、40Cr。（二）表面熱處理（2）火焰加熱表面淬火a.設(shè)備簡單，操作方便，成本低。b.淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。c.適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。2.化學(xué)熱處理基本過程:

（1）分解:

化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子。

（2）吸收:

活性原子被零件表面吸收和溶解。（3）擴(kuò)散:

活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)散,形成一定厚度的擴(kuò)散層。（1）鋼的滲碳

目的：使低碳工件的表面層增碳，改善表層的熱處理性能。

滲碳用鋼：低碳鋼或低碳合金鋼。淬火工藝方法：①直接淬火法；②一次淬火法；③兩次淬火法。

工件滲碳后，必須進(jìn)行淬火和低溫回火。加熱溫度：900～950℃。滲氮用鋼：中碳合金鋼。

目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、熱硬性和耐腐蝕性。（2）鋼的滲氮?dú)怏w滲氮的特點：①表面硬度較高，可達(dá)69～72HRC。②工件變形很小，滲氮后工件的疲勞強(qiáng)度可提高15％～35％。③滲氮層具有高耐腐蝕性。加熱溫度：500～600℃。任務(wù)實施

一、汽車發(fā)動機(jī)中曲軸使用的熱處理工藝

及其作用

二、汽車齒輪使用的熱處理工藝及其作用一、汽車發(fā)動機(jī)中曲軸使用的熱處理工藝及其作用

發(fā)動機(jī)曲軸采用調(diào)質(zhì)處理和表面淬火（或滲氮處理）。發(fā)動機(jī)曲軸采用調(diào)質(zhì)處理，使材料具有較高的綜合力學(xué)性能，以適應(yīng)彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、沖擊等交變應(yīng)力的作用；軸頸表面再進(jìn)行表面淬火（高頻淬火）或滲氮處理，提高表面硬度及耐磨性，進(jìn)而承受較高的工作應(yīng)力。二、汽車齒輪使用的熱處理工藝及其作用

汽車齒輪采用滲碳處理或調(diào)質(zhì)處理。采用滲碳處理的作用是提高齒輪表層的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，進(jìn)而滿足齒輪齒面具有足夠的硬度，同時齒心具有較好的韌性的性能要求。采用調(diào)質(zhì)處理使齒輪獲得較高的強(qiáng)度和韌性，即具有較好的綜合力學(xué)性能，進(jìn)而滿足齒輪齒面具有足夠的硬度，同時齒心具有較好的韌性的性能要求。任務(wù)四汽車零件常用材料任務(wù)引入

汽車中不可拆的、最小的組成部分是零件，那么汽車零件常用材料有哪些？常用材料的牌號、性能和特點如何？任務(wù)分析

現(xiàn)代汽車技術(shù)飛速發(fā)展，用來制造汽車零件的材料更是五花八門，用于制造汽車工程結(jié)構(gòu)、零件和工具的固體材料分為金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料三大類。1．了解汽車零件常用材料的分類及牌號。2．具有對汽車典型零件進(jìn)行選材的能力。學(xué)習(xí)目標(biāo)相關(guān)知識

一、金屬材料

二、非金屬材料三、復(fù)合材料金屬材料黑色金屬材料：有色金屬材料：

鐵、鉻和錳及這三種金屬的合金，尤其是鐵碳合金，稱為黑色金屬。

除鐵、鉻和錳（合金）以外的金屬（合金），稱為有色金屬。（一）黑色金屬材料1．鋼（1）碳素鋼中的常存雜質(zhì)元素及對碳素鋼性能的影響

在碳鋼中的常存元素一般指：Si、Mn

--冶煉時作為脫氧劑加入而殘留在鋼中的，對性能無不利影響；S、P

--

冶煉時從原料或大氣中帶入鋼中，難以徹底清除而存在的有害元素。

通常把含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%的鐵碳合金稱為鋼。其中非合金鋼（碳素鋼）價格低廉，工藝性能好，是機(jī)械工業(yè)中用量最大的金屬材料。一、金屬材料常存元素對碳素鋼性能的影響：

①硫：常以FeS形式存在。S易與Fe形成FeS，而FeS與Fe又能形成低熔點的共晶體（985℃），分布在A的晶界上，在熱加工（1150～1200℃）過程中造成沿晶界開裂－－熱脆。

但適量的S可改善鋼的切削性能。鋼中的硫應(yīng)控制在0.045%以下。S+Fe→FeS有害元素：

②磷：P可溶入鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但顯著降低了塑性和韌性，特別是低溫下會使鋼脆化－－冷脆。

炮彈鋼中加入較多的

P，可使炮彈爆炸時產(chǎn)生更多的彈片，使之有更大的殺傷力。

比利時阿爾伯特運(yùn)河鋼橋因磷高產(chǎn)生冷脆于1938年冬發(fā)生斷裂墜入河中。

③硅：Si是脫氧劑，是對鋼有利的雜質(zhì)元素，Si提高強(qiáng)度，強(qiáng)化鐵素體。有益元素：

④錳：Mn是脫氧劑，Mn可優(yōu)先與S反應(yīng)生成MnS，起到脫氧去硫的作用，從而可降低鋼的熱脆性。FeS+Mn→Fe+MnSMnS熔點高（1600℃）。

（2）鋼的分類③按冶煉方法：轉(zhuǎn)爐鋼、平爐鋼、電爐鋼①按用途：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼、專業(yè)用鋼②按鋼的質(zhì)量（P、S含量）：普通碳素鋼：WP

0.045％WS0.055％優(yōu)質(zhì)碳素鋼：WP

0.040％WS0.040％高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：WP0.035％WS

0.030％④按鋼的含碳量：

低碳鋼：WC

0.25％ 中碳鋼：0.25％<WC

0.6％ 高碳鋼：WC>0.6％⑤按合金元素的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)：低合金鋼、高合金鋼分類：

①一般工程結(jié)構(gòu)用鋼

a.碳素結(jié)構(gòu)鋼b.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

c.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼d.鑄造碳鋼

②滲碳鋼③調(diào)質(zhì)鋼

④彈簧鋼⑤滾動軸承鋼1）結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊鋼的性能、用途和牌號等知識：凡用于各種機(jī)器零件及各種工程結(jié)構(gòu)的鋼都稱為結(jié)構(gòu)鋼。

鋼的牌號簡稱鋼號，是對每一種具體鋼產(chǎn)品所取的名稱，是人們了解鋼的一種共同語言。鋼的牌號：Q+屈服點數(shù)值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號Q

235

B

b

┬┬┬┬

││

│└脫氧方法：F、b、Z、TZ││

└質(zhì)量等級：A、B、C、D（表示P,S含量不同）

│└屈服點（強(qiáng)度）值（MPa）└屈服點“屈”字的拼音首位字母

牌號舉例：Q195F、Q215AF、Q235Bb、Q255A、Q275

質(zhì)量等級：A、B、C、D四個等級。其中A級鋼硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，D級鋼硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，即

A、B、C、D

表示鋼材質(zhì)量依次提高。

脫氧方法：F、b、Z、TZ（特殊鎮(zhèn)靜鋼）；其中Z、TZ在牌號中不標(biāo)出。①

一般工程結(jié)構(gòu)用鋼a.碳素結(jié)構(gòu)鋼

用途：通常軋制成型材，如鋼板、鋼管，用于橋梁、建筑、車輛行業(yè)；這類鋼一般在熱軋狀態(tài)使用，不再進(jìn)行熱處理。螺紋鋼熱軋鋼板鋼的牌號：用2位數(shù)字表示，數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。

50Mn（F）A

┬┬┬

┬

│││

└質(zhì)量等級：無符號（優(yōu)質(zhì)）、A（高級優(yōu)質(zhì)）

││└脫氧方法：同碳素結(jié)構(gòu)鋼

│└錳元素：含Mn較高（0.70%～1.00%）時標(biāo)出

└含碳量：以平均萬分之幾表示

牌號舉例：08F、45、20A、40Mn、70Mn

例子：45鋼表示平均含碳量為0.45％的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，鋼號為“45”，它不是順序號，所以不能讀成45號鋼。

沸騰鋼數(shù)字后加F，如08F；含錳量較高的鋼數(shù)字后加Mn，如40Mn。

b.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼用途：主要用來制造各種機(jī)器零件，使用前一般都需要進(jìn)行熱處理。螺旋彈簧曲軸聯(lián)軸器

齒輪鋼的牌號：Q+屈服點數(shù)值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號

Q

390A

┬┬┬

││└質(zhì)量等級：A、B、C、D、E

│└屈服點（強(qiáng)度）值（MPa）

└屈服點“屈”字的拼音首位字母

牌號舉例：Q295、Q345、Q390。

注：低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在低碳碳素鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素（<3％）得到的鋼，這類鋼比相同含碳量碳素鋼的強(qiáng)度約高10%～30%，因此得名，又常被稱為“普低鋼”。

錳是低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的主加元素。c.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

用途：主要用于制造汽車、橋梁、大型結(jié)構(gòu)鋼等。這類鋼通常是在熱軋或正火狀態(tài)下使用，一般不再進(jìn)行熱處理。英國福斯灣河橋蕪湖長江大橋儲氣罐輪船鋼的牌號：“ZG”+最低屈服點

+最低抗拉強(qiáng)度

例子：ZG200-400

表示最低屈服點為200MPa和最低抗拉強(qiáng)度為400MPa的鑄造碳鋼。用途：主要用于制造形狀復(fù)雜，并需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件，如齒輪、聯(lián)軸器等。

大齒輪d.鑄造碳鋼

鋼的牌號：牌號中的前2位數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，其它數(shù)字表示其前面元素平均含量的百分?jǐn)?shù)。

指經(jīng)滲碳處理、淬火+低溫回火后使用的鋼。②滲碳鋼

牌號舉例：15、18、20、20CrMnTi、20Mn2B、20MnVB。成分特點：低碳，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.10%～0.25%。經(jīng)滲碳處理后的性能特點是工件表層強(qiáng)度高、心部具有良好的塑性和韌性。用途：主要用于制造承受沖擊載荷和摩擦磨損的機(jī)械零件，如汽車變速器齒輪、內(nèi)燃機(jī)凸輪軸、活塞銷等。汽車變速器齒輪傳動齒輪凸輪軸活塞銷（20Cr）

鋼的牌號：2位數(shù)字，鋼號中的數(shù)字表示平均碳含量的萬分之幾。

經(jīng)調(diào)質(zhì)后使用的鋼，分為碳素調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼。③調(diào)質(zhì)鋼

牌號舉例：40、45、40Cr、40MnB。成分特點：中碳，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.30%～0.5%。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的性能特點是零件具有高強(qiáng)度、高韌性相結(jié)合的良好綜合力學(xué)性能。用途：主要用于制造在重載荷下，同時又受沖擊載荷作用的一些重要零件，如汽車上的軸類件、連桿等。破碎機(jī)主軸機(jī)床齒輪單缸汽車曲軸連桿調(diào)質(zhì)件（螺桿）曲軸

鋼的牌號：2位數(shù)字，鋼號中的數(shù)字表示平均碳含量的萬分之幾。牌號舉例：65，70，65Mn是典型的彈簧鋼牌號。

成分特點：中高碳，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.45%～0.7%。熱處理：淬火+中溫回火，獲得回火托氏體組織。彈簧鋼具有高的彈性極限和屈強(qiáng)比，還應(yīng)具有足夠的疲勞強(qiáng)度和韌性。用途：主要用于制造彈簧等彈性元件。分為碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼（Si、Mn、Cr等）。④彈簧鋼拉力彈簧離合器彈簧蝶形彈簧汽車板簧汽車彈簧

鋼的牌號：“G”，表示滾動軸承鋼類。高碳鉻軸承鋼鋼號的碳含量不標(biāo)出，鉻的平均含量以千分之幾表示。如，GCr15。成分特點：高碳，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.95%～1.15%。

熱處理：淬火+低溫回火，極細(xì)的回火馬氏體。用途：主要用于制造滾動軸承的內(nèi)、外套圈以及滾動體。⑤滾動軸承鋼推力球軸承滾針軸承圓柱滾子軸承自動調(diào)心球軸承滾珠軸承2）工具鋼①碳素工具鋼用于制造各種工具的鋼稱為工具鋼。

鋼的牌號：T+數(shù)字

鋼號中的數(shù)字表示平均碳含量，以平均碳含量的千分之幾表示。例如：“T8”表示平均碳含量為0.8%。錳含量較高者，在鋼號最后標(biāo)出“Mn”，例如“T8Mn”。

碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)鋼，在鋼號最后加注字母“A”表示該鋼是高級優(yōu)質(zhì)鋼。銼刀手錘木工鑿鉆頭絲錐銼刀手鋸條②合金工具鋼

鋼的牌號：數(shù)字+元素符號+數(shù)字鋼號中的首位數(shù)字表示平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)，當(dāng)其＜1%時標(biāo)出，≥1%時不標(biāo)出。元素符號及后面的數(shù)字表示所含合金元素及其平均含量的百分?jǐn)?shù)。若合金元素平均含量＜1.5%，則不標(biāo)出。例如：9SiCr表示平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%，平均含硅、鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)均＜1.5%的鉻鋼；Cr12MoV則表示平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1%，平均含鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，含鉬、釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜1.5%的鉻鉬釩鋼。合金工具鋼常用來制作各種刃具、量具和模具。模具量具刃具按用途刃具鋼模具鋼量具鋼②合金工具鋼a.刃具鋼刃具鋼是用來制造各種切削加工工具（車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、絲錐、板牙等）的鋼種。9SiCr、9Cr2銑刀刨刀

車刀

板牙絲錐b.量具鋼量具鋼是用來制造各種測量工具（卡尺、千分尺、塊規(guī)、塞規(guī)及螺旋測微儀等）的鋼種。CrWMn、SiMn千分尺塞規(guī)卡尺量塊電子卡尺c.模具鋼模具鋼是用來制造冷沖模、熱鍛模、壓鑄模等模具的鋼種。常用牌號：5CrMnMo、Cr12W、9Mn2V。汽車四缸壓鑄模普通熱鍛模具冷鐓模具冷沖模具壓鑄模③高速工具鋼

齒輪滾刀銑刀插齒刀

高速工具鋼的鋼號一般不標(biāo)出碳含量，只標(biāo)出各種合金元素平均含量的百分之幾。如，W18Cr4V。

高速工具鋼通常用作高速切削工具，簡稱高速鋼，俗稱鋒鋼。主要用于制造高效率的切削刀具。W18Cr4V、W6Mo5Cr4V23）特殊鋼在自然環(huán)境或一定工業(yè)介質(zhì)中具有耐腐蝕性能的鋼種。具有某些特殊的物理、化學(xué)和力學(xué)性能的鋼。在高溫下具有良好的抗氧化性能并具有較高強(qiáng)度的鋼種。在沖擊和摩擦條件下產(chǎn)生加工硬化而具有高耐磨性的高錳鋼。②耐熱鋼①不銹鋼③耐磨鋼①不銹鋼

主要用于制造各種管道、閥門、醫(yī)療手術(shù)器械、防銹刃具等在各種腐蝕介質(zhì)中工作的零件或構(gòu)件。2Cr13、1Cr18Ni19Ti

不銹鋼刀不銹鋼制渦輪葉片管板式換熱器不銹鋼剪刀船用螺旋槳②耐熱鋼

主要用于制造高壓鍋爐、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)及航空發(fā)動機(jī)等在高溫下工作的機(jī)械零件或構(gòu)件。4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo渦輪機(jī)機(jī)殼汽輪機(jī)葉片汽車閥門鍋爐管③耐磨鋼

主要用于制造抗沖擊而又耐磨的零件，如拖拉機(jī)的履帶板、挖掘機(jī)鏟齒和鐵路道岔等。ZGMn13挖掘機(jī)斗齒鐵路道岔履帶2.鑄鐵

鑄鐵是含碳量大于2.11%，并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵碳合金。鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡便、成本低廉等優(yōu)點，因而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。鑄鐵曲軸

碳在鑄鐵中的存在形式有兩種，即石墨和碳化物。根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式的不同，鑄鐵可分為以下三種：

（1）白口鑄鐵--碳幾乎全部以Fe3C形式存在。

（2）麻口鑄鐵--碳以石墨和Fe3C兩種形式存在的鑄鐵。

（3）灰口鑄鐵（工程鑄鐵）--碳除了微量溶于鐵素體外主要以石墨形式存在的鑄鐵。根據(jù)石墨形貌的不同，灰口鑄鐵可分為：（1）灰鑄鐵（片狀石墨）（3）球墨鑄鐵（球狀石墨）（2）可鍛鑄鐵（團(tuán)絮狀石墨）（4）蠕墨鑄鐵（蠕蟲狀石墨）片狀石墨團(tuán)絮狀石墨蠕蟲狀石墨球狀石墨（1）灰鑄鐵☆

灰鑄鐵的牌號：

“HT”+最低抗拉強(qiáng)度值。例子：HT200表示最低抗拉強(qiáng)度為200MPa的灰鑄鐵。☆

灰鑄鐵的性能特點：

力學(xué)性能較低；鑄造性、切削加工性、減震性、耐磨性好；缺口敏感性低?；诣T鐵齒輪箱氣缸套活塞環(huán)☆

灰鑄鐵的用途：

制造承受壓力和震動的零件，如機(jī)床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。變速箱體重型機(jī)床床身（HT250）大型船用柴油機(jī)氣缸體（HT300）（2）可鍛鑄鐵★

可鍛鑄鐵的牌號：

“KT”+基體種類+最低抗拉強(qiáng)度值

+最低斷后伸長率值。鐵素體基用黑心“KTH”表示；珠光體基用“KTZ”表示。KTH370-12表示鐵素體可鍛鑄鐵σb≥370MPa，δ≥12％。★可鍛鑄鐵的性能特點：

力學(xué)性能優(yōu)于灰鑄鐵；強(qiáng)度為碳鋼的40～70%，接近于鑄鋼。名為可鍛，實不可鍛。★可鍛鑄鐵的用途：

用于制造形狀復(fù)雜且承受振動載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機(jī)的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等。◆

球墨鑄鐵的牌號：

“QT”+

最低抗拉強(qiáng)度值

+最低斷后伸長率值。例子：QT400-15表示抗拉強(qiáng)度不低于400MPa，伸長率不低于15％的球墨鑄鐵。（3）球墨鑄鐵◆

球墨鑄鐵的性能特點：

力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過灰鑄鐵；鑄造性能、切削加工性能、減震性、耐磨性好；缺口敏感性低?！?/p>

球墨鑄鐵的用途：

承受震動、載荷大的零件，如曲軸、傳動齒輪等。核燃料貯存運(yùn)輸容器(QT350-22)◆

蠕墨鑄鐵的牌號：

RuT

+最低抗拉強(qiáng)度值。（4）蠕墨鑄鐵◆蠕墨鑄鐵的性能特點：

強(qiáng)度較高，其力學(xué)性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間?！?/p>

蠕墨鑄鐵的用途：

用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度要求高的鑄件，如柴油機(jī)氣缸、氣缸蓋、排氣閥等。制動鼓閥門柴油機(jī)氣缸（二）有色金屬材料1．鋁與鋁合金

密度小；熔點低，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，塑性好，強(qiáng)度、硬度低的金屬。主要用作導(dǎo)電材料或制造耐腐蝕零件

。鋁線（1）純鋁（2）鋁合金

在鋁中加入一定的合金元素使之合金化，可獲得較高的強(qiáng)度，并保持良好的加工性能。

根據(jù)成分及生產(chǎn)工藝特點，分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。前者塑性優(yōu)良，適于壓力加工；后者塑性低，更適于鑄造成形。汽缸蓋活塞

1）變形鋁合金牌號：

“L”+“F”、“Y”、“C”、“D”表示，分別為防銹鋁合金（LF）、硬鋁合金（LY）、超硬鋁合金（LC）、鍛鋁合金（LD）和鍛鋁合金（LT），后面數(shù)字為序號。

如：LF5、LF21；LY1、LY11；LC4、LC6；LD5、LD7；LT1。

鋁合金的類型和牌號：

2）鑄造鋁合金牌號：

“ZL+3位數(shù)”表示，第1位數(shù)表示合金系列，后2位數(shù)為序號。

合金系列：1—鋁硅合金，2—鋁銅合金，3—鋁鎂合金，4—鋁鋅合金。

序號：01，02，03等。

如：ZL101、ZL201、ZL301、ZL401等。

2．銅與銅合金（1）純銅

純銅外觀呈紫紅色，又稱紫銅，具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、極好的塑性以及較好的耐腐蝕性，但力學(xué)性能較差，不宜用來制造結(jié)構(gòu)零件，常用來制造導(dǎo)電材料和耐腐蝕性元件。（2）黃銅

Cu-Zn

二元合金為普通黃銅；Cu-Zn+其它合金元素的黃銅為特殊黃銅。

普通黃銅牌號：“H”+數(shù)字表示，數(shù)字表示銅的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如：H70。

特殊黃銅牌號：“H”+其它元素+銅百分?jǐn)?shù)+其它元素百分?jǐn)?shù)表示。如：HSn62-1，表示W(wǎng)Cu=62%，WSn=1%，其余為Zn的錫黃銅。汽車機(jī)油泵襯套Cu-Sn二元合金為青銅，包括錫青銅和無錫青銅。

牌號：“Q”+主加元素符號+主加元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)+其它元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。如：QSn4-3表示W(wǎng)Sn=4%、WZn=3%，其余為Cu的錫青銅。鋁青銅主要用來制造各種彈性元件、高強(qiáng)度零件、耐磨零件、軸承、軸瓦、齒輪、摩擦片、蝸輪等。

馬踏飛燕司母戊鼎（3）青銅船用軟管快速接頭閥3.鋅與鋅合金4.鈦與鈦合金

鋅的密度略小于鋼鐵，熔點為419.5℃。鋅合金是在Zn中加入了Al、Cu、Mg的鋅基合金。目前，鋅合金可用于制造汽車上的汽油泵殼、機(jī)油泵殼、變速器殼、車門手柄、雨刮器電機(jī)、減速器殼體、安全帶扣和內(nèi)飾件等。

鈦的密度約為鐵的1/2，呈銀灰色，熔點為1668℃，耐腐蝕性比不銹鋼還好，抗拉強(qiáng)度為300MPa～700MPa，韌性與鋼鐵相當(dāng)。缺點是成本高，加工性差，切削加工、焊接、表面處理都較困難。為了提高鈦在室溫時的強(qiáng)度和在高溫下的耐熱性等，加入Al、Mo、V、Mn、Cr、Fe等合金元素，以得到不同類型的鈦合金。鈦合金已用于制造發(fā)動機(jī)零件及軸、輪盤類等在高溫、重載下工作的零部件。5.鎂與鎂合金

鎂在金屬中是最輕的，密度為1.7，約為鋁的2/3，約為鋼鐵的1/4，熔點為650℃。鎂的加工性比鋁好，延展性好，有優(yōu)良的減震性，但耐腐蝕性比鋁差，成本高。

鎂合金是在鎂中加入鋁、鋅、錳的合金。主要用于制造汽車離合器殼、車輪輪轂、變速器手柄等。鎂合金汽車輪轂鎂合金方向盤骨架6．軸承合金（1）錫基軸承合金（錫基巴氏合金）（2）鉛基軸承合金（鉛基巴氏合金）。主要用于制造滑動軸承的軸瓦。二、非金屬材料1．塑料

塑料是一種以有機(jī)合成樹脂為主要組成的高分子材料，它通?？稍诩訜?、加壓的條件下被塑造或固化成形，得到所需要的固體制品。

汽車用工程塑料，在汽車上主要用作結(jié)構(gòu)件，這要求塑料具有足夠強(qiáng)度、抗蠕變特性以及尺寸穩(wěn)定性。隨著現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展，工程塑料能夠滿足這些技術(shù)要求。汽車上常用的工程塑料有聚丙烯（PP），聚乙烯（PE），聚苯乙烯（PS），ABS塑料、聚酯酞胺、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛樹脂等。在汽車上，采用聚乙烯制造汽油箱。2．橡膠（1）車用橡膠的品種1）汽車輪胎（2）橡膠制品在汽車上的應(yīng)用汽車內(nèi)胎-丁基橡膠①天然橡膠②合成橡膠③再生膠2）密封制品①密封條

②油封③皮碗

④防塵套⑤膠管

⑥膠帶⑦減振塊3．玻璃4．摩擦材料

汽車摩擦材料主要由增強(qiáng)材料、黏結(jié)材料及填充材料等組成。主要用于制造汽車制動摩擦片、汽車離合器摩擦片及手制動摩擦片等。（1）鋼化玻璃（2）夾層玻璃（3）防爆玻璃（4）中空玻璃（5）防水玻璃（6）防霧玻璃（7）特種擋風(fēng)玻璃5．陶瓷材料

陶瓷材料是用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機(jī)非金屬材料。（2）汽車用結(jié)構(gòu)陶瓷材料

功能陶瓷材料在各種傳感器中得到非常廣泛的應(yīng)用