《汽車機械基礎(chǔ)》第6章

汽車機械常用的材料第二篇1第6章金屬材料的性能6.1金屬材料的機械性能6.2金屬材料的工藝性能26.1金屬材料的機械性能金屬材料的機械性能是指金屬材料在各種載荷（外力）作用下表現(xiàn)出來的抵抗能力，包括強度、塑性、硬度、彈性、剛度、沖擊韌度及疲勞強度等。36.1.1拉伸試驗拉伸試驗是將預(yù)先制成的拉伸試樣裝在拉力試驗機上，隨后對試樣緩慢地施加拉力，使其隨著拉力不斷增加而變形，直至拉斷為止。在此過程中，試驗機能自動繪制出載荷和試樣伸長量的關(guān)系曲線，此曲線稱為拉伸曲線，低碳鋼的拉伸曲線如圖6-2所示。試樣通常采用圓柱形，其尺寸應(yīng)符合國家相關(guān)標準，如圖6-3所示。4圖6-2低碳鋼的拉伸曲線圖圖6-3拉伸試樣6.1.2強度金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力稱為強度，常用的強度指標有屈服強度和抗拉強度等。5材料受到外力作用發(fā)生變形，同時在材料內(nèi)部會產(chǎn)生一個抵抗變形的力，該力稱為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力，單位為帕，用Pa或N/表示，工程上的常用單位為兆帕，用MPa或N/表示。1．屈服強度屈服強度是指材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達到塑性變形發(fā)生而力不增加的應(yīng)力點，它分為上屈服強度和下屈服強度（舊國家標準中用表示）。6——試樣發(fā)生屈服而應(yīng)力首次下降前承受的最大載荷，單位為N；

——試樣發(fā)生屈服時承受的最小載荷，單位為N；

——試樣原始截面積，單位為。對于無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料（如高碳鋼、鑄鐵），測量屈服點很困難，通常規(guī)定殘余伸長為0.2%時的應(yīng)力（舊國家標準用表示）作為屈服強度指標，稱為規(guī)定殘余伸長應(yīng)力。2．抗拉強度抗拉強度（舊國家標準用表示）是指材料在拉斷前所承受的最大應(yīng)力，單位為MPa。7抗拉強度計算公式為:——試樣斷裂前所承受的最大載荷，單位為N；

——試樣原始截面積，單位為。6.1.3塑性金屬材料在載荷的作用下，產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力稱為塑性。81．斷后伸長率斷后伸長率A是指試樣拉斷后的標距伸長量和原始標距之比的百分率，即2．斷面收縮率斷面收縮率Z是斷后試樣橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積之比的百分率，即斷后伸長率A在舊國家標準中用表示，斷面收縮率Z在舊國家標準中用表示。6.1.4硬度如圖6-4所示，采用直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定載荷F的作用下，壓入被測金屬表面，保持一定時間后卸除載荷，測定壓痕直徑d，求出壓痕球形的表面積，壓痕單位表面積上所承受的平均壓力（）即為布氏硬度值。1．布氏硬度試驗法（HB）9圖6-4布氏硬度試驗原理圖布氏硬度主要用來測量鑄鐵、有色金屬及經(jīng)退火、正火和調(diào)質(zhì)處理的金屬材料。2．洛氏硬度試驗法（HR）此方法采用頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為1.5875mm（）的淬火鋼球作為壓頭，如圖6-5所示。試驗時先施加初載荷，使壓頭與試樣表面接觸良好，保證測量準確，再施加主載荷，保持到規(guī)定的時間后再卸除主載荷，依據(jù)壓痕的深度來確定材料的硬度值，洛氏硬度用符號HR表示。10圖6-5洛氏硬度試驗原理圖3．維氏硬度試驗法（HV）維氏硬度試驗法與布氏硬度試驗法原理基本相同，只是將壓頭由小圓球換成正四棱錐金剛石，產(chǎn)生的壓痕為四方錐形。維氏硬度用符號HV表示，單位是MPa。116.1.5沖擊韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌度。12沖擊韌度的測定方法如圖6-7所示，將被測材料制成標準缺口試樣，放在沖擊試驗機上，置于一定高度的重錘自由落下，將試樣一次沖斷。沖斷試樣所消耗的能量稱為沖擊功，其數(shù)值為重錘沖斷試樣的勢能差，可由試驗機的表盤上直接讀出。試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功稱為沖擊韌度值，單位為

，即圖6-7沖擊試驗簡圖6.1.6疲勞強度汽車中的許多零件，都要受到大小和方向呈周期性變化的載荷作用。這種交變載荷雖然小于材料的強度極限，甚至小于其彈性極限，但經(jīng)多次循環(huán)后，在沒有明顯的外觀變形時也會發(fā)生斷裂，這種破壞稱為疲勞破壞或疲勞斷裂。13疲勞強度是表示材料經(jīng)受無限次周期性交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力。圖6-8汽車活塞連桿組和曲軸飛輪組

圖6-9幾種材料的疲勞曲線6.2金屬材料的工藝性能6.2.1鑄造性能鑄造性能是指金屬在鑄造成型的過程中獲得準確結(jié)構(gòu)和形狀鑄件的能力，具體包括液態(tài)金屬的流動性、冷卻凝固過程中收縮偏析的大小，以及對氣體的排除和吸收等性能。14（a）發(fā)動機缸體

（b）變速器殼體圖6-10鑄造的汽車零件6.2.2壓力加工性能壓力加工性能是指金屬材料利用壓力加工方法成型的難易程度，其性能的好壞主要取決于金屬的塑性和變形抗力。塑性越好，變形抗力越小，壓力加工性能越好。壓力加工的方法有自由鍛、模鍛、板料沖壓、軋制、拉拔、擠壓等。其中，汽車零部件壓力加工中常用的有模鍛和板料沖壓。15（a）鍛造加工的汽車零件

（b）沖壓加工成的發(fā)動機頂蓋圖6-11壓力加工的汽車零件6.2.3焊接性能焊接性能是指材料在特定的施工條件下焊接成所需構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役條件要求的性能。16汽車車身殼體是由百余種、甚至數(shù)百種（如轎車）薄板沖壓件連接而成。由于車身沖壓件的材料大都具有良好焊接性能的低碳鋼，所以焊接是現(xiàn)代車身制造中應(yīng)用最廣泛的連接方式。圖6-12轎車地板總成和側(cè)圍總成的焊接6.2.4切削加工性能切削加工性能是指金屬材料被切削加工的難易程度。切削性能與金屬材料的硬度、導(dǎo)熱性、冷變形強化等因素有關(guān)。切削加工完成的表面比較光滑，因此，需要配合的部位和零件的精加工通常都是通過切削加工完成。如圖