汽車材料基礎(chǔ)知識(shí)

關(guān)于汽車材料基礎(chǔ)知識(shí)§1-1汽車材料概述了解汽車材料的分類方法。簡(jiǎn)單了解各類汽車材料在汽車上的應(yīng)用情況。了解汽車材料技術(shù)的發(fā)展對(duì)汽車工業(yè)的影響。第2頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天材料：指能為人類制造有用器件的物質(zhì)?，F(xiàn)代工程材料按用途大致可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。汽車材料：指汽車生產(chǎn)制造以及汽車運(yùn)行中所用到的材料，通常分為汽車零部件材料和汽車運(yùn)行材料兩大類?；靖拍畹?頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、汽車零部件材料汽車零部件常用材料的分類工程上，通常把用于制造汽車的工程材料統(tǒng)稱為汽車零部件材料。第4頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天20世紀(jì)70年代以來，汽車工業(yè)遇到了三大課題——污染、安全、節(jié)能。為適應(yīng)安全、節(jié)能的要求，在汽車中特別是轎車中開始大量應(yīng)用非金屬材料，所以在汽車制造中鋼鐵的用量有所下降，而有色金屬、非金屬材料和復(fù)合材料等新材料的用量正在上升。第5頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天國(guó)產(chǎn)中型載貨汽車的材料構(gòu)成比國(guó)產(chǎn)轎車的材料構(gòu)成比第6頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天轎車發(fā)動(dòng)機(jī)材料應(yīng)用實(shí)例轎車發(fā)動(dòng)機(jī)及其零件組成：第7頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天轎車發(fā)動(dòng)機(jī)材料應(yīng)用第8頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天隨著對(duì)車輛經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性要求的不斷提高，非金屬件在汽車上的應(yīng)用也越來越廣泛。塑料件在汽車上的應(yīng)用第9頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、汽車運(yùn)行材料汽車使用的燃料、潤(rùn)滑劑、工作液等統(tǒng)稱為汽車運(yùn)行材料。汽車運(yùn)行材料的分類第10頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.汽車燃料目前汽油和柴油仍是汽車的主要燃料。目前已應(yīng)用的石油替代燃料主要有天然氣、液化石油氣、醇類燃料（甲醇汽油、乙醇汽油）和電能等汽車新能源。使用液化石油氣轎車給車輛加注乙醇汽油第11頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.潤(rùn)滑材料常用的潤(rùn)滑材料有發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油、齒輪油和潤(rùn)滑脂等。發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油主要是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸、連桿、活塞、氣缸壁、凸輪軸、氣門等摩擦零件進(jìn)行潤(rùn)滑。齒輪油主要用于變速器、后橋齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦處的潤(rùn)滑。潤(rùn)滑脂主要用于汽車傳動(dòng)軸（十字軸軸承、滑動(dòng)叉）、輪轂軸承、鋼板彈簧銷、轉(zhuǎn)向節(jié)銷、萬(wàn)向節(jié)銷等部位的潤(rùn)滑。第12頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.汽車工作液汽車的各個(gè)工作系統(tǒng)需使用各種工作介質(zhì)用以保障汽車的正常工作和安全行駛。例如，液壓制動(dòng)系統(tǒng)需使用的制動(dòng)液，冷卻系需使用的防凍液等工作介質(zhì)，這些材料統(tǒng)稱為汽車工作液。發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的添加防凍液的添加第13頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天總之，汽車材料種類繁多，性能各異，它們是汽車制造、運(yùn)行和維護(hù)的基礎(chǔ)。汽車的各項(xiàng)使用性能和使用壽命都離不開所用材料的性能的保證。因此，只有了解汽車材料的性能及其應(yīng)用，才能正確、合理地選用材料，使汽車充分發(fā)揮其良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能。第14頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天§1-2金屬材料的性能1.了解金屬的物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能和工藝性能。2．掌握材料強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度的概念、應(yīng)用。3.掌握各種有色金屬材料在汽車上的應(yīng)用。4.能正確對(duì)汽車上使用的金屬材料進(jìn)行識(shí)別。第15頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、金屬的物理性能金屬的物理性能是金屬材料的固有性能。第16頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天密度是指物質(zhì)單位體積的質(zhì)量，用符號(hào)ρ表示，單位為kg/m3。密度大于5×103kg/m3的金屬稱為重金屬，密度小5×103kg/m3的金屬稱為輕金屬。在汽車工業(yè)中，為了增加有效裝載質(zhì)量，應(yīng)盡量使用輕質(zhì)材料。鋁合金活塞1.密度第17頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.熔點(diǎn)金屬材料從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度稱為熔點(diǎn)，以攝氏度（°C）表示。各種金屬都有其固定的熔點(diǎn)，常用金屬中鎢、鉻等的熔點(diǎn)較高。錫、鉛等的熔點(diǎn)較低。通常熔點(diǎn)低的金屬材料加工時(shí)易于進(jìn)行鑄造和焊接。第18頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.導(dǎo)電性金屬傳導(dǎo)電流的性能稱為導(dǎo)電性。衡量材料導(dǎo)電性的指標(biāo)是電阻率，電阻率用符號(hào)ρ表示，單位為Ω·m（即歐姆·米）。電阻率越小，金屬的導(dǎo)電性越好。常用金屬中銀、銅、鋁等的導(dǎo)電性較好，。導(dǎo)電性差的合金，如鎳-鉻合金、鐵-鉻-鋁合金。第19頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.導(dǎo)熱性材料傳導(dǎo)熱量的性能稱為導(dǎo)熱性。通常用熱導(dǎo)率來衡量金屬的導(dǎo)熱性，熱導(dǎo)率用符號(hào)λ表示，其單位為W/（m·K），即瓦特/（米·開爾文）。導(dǎo)熱性好的金屬散熱性能好，常采用導(dǎo)熱性好的鋁、銅等金屬材料制造汽車散熱器。汽車散熱器觀看視頻第20頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天5.熱膨脹性金屬材料隨溫度變化而膨脹、收縮的特性稱為熱膨脹性。常用線膨脹系數(shù)和體脹系數(shù)來衡量金屬的熱膨脹性，線膨脹系數(shù)用符號(hào)α表示，其單位為1/℃。線膨脹系數(shù)越大，金屬的熱膨脹性也越大。觀看視頻第21頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.磁性金屬導(dǎo)磁的性能稱為磁性。通常用磁導(dǎo)率來衡量金屬的磁性，一般用符號(hào)μ表示，其單位為H/m（即亨利/米）。磁導(dǎo)率越高，金屬的磁性越好。金屬材料可分為鐵磁性材料、順磁性材料和抗磁性材料三類。觀看視頻第22頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天鐵磁性材料：可用于制作變壓器、電動(dòng)機(jī)、測(cè)量?jī)x等抗磁性材料：用于要求避免電磁場(chǎng)干擾的零件和結(jié)構(gòu)材料如航海羅盤第23頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、金屬的化學(xué)性能化學(xué)性能是指在室溫或高溫條件下金屬抵抗各種化學(xué)腐蝕的能力。第24頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天1．耐腐蝕性金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用等各種腐蝕的能力稱為耐腐蝕性。改變金屬材料成分和表面處理的方法（如油漆、電鍍等）提高金屬的耐腐蝕性。第25頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天腐蝕對(duì)金屬材料的危害很大，不僅使金屬材料本身受到損失，嚴(yán)重還會(huì)使汽車零部件遭到破壞。提高金屬材料的耐腐蝕性能，對(duì)現(xiàn)實(shí)具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。第26頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．抗氧化性金屬材料在加熱時(shí)抵抗氧化作用的能力稱為抗氧化性。材料的氧化隨溫度升高而加速，例如在鑄造、鍛造、熱處理、焊接等熱加工作業(yè)時(shí)，會(huì)造成材料過量的損耗和形成各種缺陷。因此，在高溫下工作的零部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門、活塞等零件，必須采用抗氧化性好的材料制造。第27頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天3．化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性稱為熱穩(wěn)定性。在高溫條件下的零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞、活塞環(huán)工作在高溫高壓的環(huán)境中，需要選擇熱穩(wěn)定性好的材料制造。第28頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、金屬的力學(xué)性能機(jī)械零件在使用過程中受到各種載荷的作用所反映出來的性能，稱為材料的力學(xué)性能。汽車零部件在使用過程中，必然會(huì)受到各種外力的作用，如發(fā)動(dòng)機(jī)上的連桿在工作中不僅受到拉力、壓力作用。還要受到?jīng)_擊力的作用，這就要求材料必須具有一種抵抗外力作用而不至被破壞的能力，這就是材料的力學(xué)性能。第29頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天金屬材料在加工和使用過程中，都會(huì)受到外力的作用，這種外力通常稱為載荷。（1）載荷按作用性質(zhì)不同，可分為靜載荷、沖擊載荷和交變載荷三類。第30頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天靜載荷：大小和方向不變或變化緩慢的場(chǎng)合第31頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天沖擊載荷：突然增加的載荷第32頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天交變載荷：大小和方向隨著時(shí)間做周期性變化的載荷第33頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）載荷按作用方式不同，可分為拉伸、壓縮、彎曲、剪切和扭轉(zhuǎn)五種基本形式。第34頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天載荷的作用形式a）拉伸b）壓縮c）彎曲d）剪切e）扭轉(zhuǎn)第35頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天金屬材料在載荷作用下，形狀和尺寸的變化稱為變形。變形一般分為彈性變形和塑性變形。（1）金屬材料在外力作用下而發(fā)生變形，當(dāng)外力去除后，能夠消失的變形稱為彈性變形。（2）不能消失的變形稱為塑性變形，也稱為殘余變形或永久變形。第36頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天

金屬材料的選用離不開對(duì)金屬力學(xué)性能的分析。橋梁鋼纜汽車輪胎螺栓第37頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天材料的力學(xué)性能是影響材料選用的至關(guān)重要的因素。第38頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天1．強(qiáng)度強(qiáng)度是指在外力（載荷）作用下，金屬材料抵抗永久變形和斷裂的能力，強(qiáng)度通常用應(yīng)力表示。應(yīng)力是指材料單位橫截面積上所產(chǎn)生的抵抗力，用符號(hào)σ表示，單位為Pa（即N/m2）。金屬材料有多種強(qiáng)度，通常用屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度作為基本強(qiáng)度指標(biāo)。其值可以通過拉伸試驗(yàn)來測(cè)定。第39頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天

拉伸試樣第40頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天金屬材料在載荷作用下發(fā)生塑性變形而不斷裂的能力稱為塑性。金屬材料的塑性也可通過拉伸試驗(yàn)測(cè)定，常用斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率來表示。2．塑性塑性指標(biāo)第41頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率是指試樣標(biāo)距長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比，用符號(hào)A表示。（2）斷面收縮率斷面收縮率是指試樣拉斷處橫截面積的減少量與原始橫截面積的百分比，用符號(hào)Z表示。斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率的值越大，表示材料的塑性越好。塑性和強(qiáng)度是金屬材料最重要的力學(xué)性能指標(biāo)。第42頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天3．硬度硬度是指材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃痕的能力，用符號(hào)HB表示。材料硬度越高，其耐磨性越好。常用的有布氏硬度和洛氏硬度兩種。（1）布氏硬度布氏硬度試驗(yàn)是使用一定直徑的硬質(zhì)合金球體，以規(guī)定試驗(yàn)力壓入試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，然后用測(cè)得的表面壓痕直徑來計(jì)算硬度，布氏硬度用符號(hào)HBW表示，如175HBW。數(shù)值越大，表示材料硬度越高。第43頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天布氏硬度測(cè)定第44頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)采用金剛石圓錐體或淬火鋼球壓頭壓入金屬表面，保持一定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，以測(cè)得的壓痕深度來計(jì)算洛氏硬度，用符號(hào)HR表示。一般來說，金屬材料的硬度越高，其耐磨性越好。另外，材料的硬度和強(qiáng)度也有一定的關(guān)系，一般硬度高，則強(qiáng)度也高。第45頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天洛氏硬度測(cè)定第46頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天4．韌性韌性是指材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力。材料的韌性是通過沖擊試驗(yàn)的方法測(cè)驗(yàn)出來的，沖擊韌度越高，韌性越好。沖擊試驗(yàn)第47頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天5．疲勞強(qiáng)度汽車工業(yè)中很多機(jī)械零件如軸、齒輪、連桿、彈簧等，在工作過程中往往會(huì)受到大小、方向隨時(shí)間呈周期性變化的應(yīng)力作用，這種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。疲勞強(qiáng)度是指材料在無數(shù)次交變應(yīng)力作用下而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力，用符號(hào)σ-1表示，單位為Pa（N/m2）。金屬材料的各種力學(xué)性能之間有一定聯(lián)系。因此，在選用材料時(shí)要兼顧其各項(xiàng)力學(xué)性能。第48頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、金屬的工藝性能金屬的工藝性能是指金屬材料適應(yīng)各種加工工藝方法的能力。第49頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天1．鑄造性能鑄造性能是指金屬材料是否能用鑄造方法獲得優(yōu)良鑄件的能力，主要有流動(dòng)性、收縮性、吸氣性等。鑄造加工第50頁(yè),共56頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．壓力加工性能壓力加工性能是指金屬材料在冷、熱狀態(tài)下進(jìn)行壓力加工的難易程度