汽車應用材料第一章課件

1、汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章1.1.材料發(fā)展經歷的幾個時代材料發(fā)展經歷的幾個時代 石器石器 青銅器青銅器 鐵器鐵器 鋼鐵、鋼鐵、 鋁合鋁合金金 復合材料、鈦鎂金屬、納復合材料、鈦鎂金屬、納米材料米材料新石器時代的石制農具新石器時代的石制農具司母戊鼎司母戊鼎通高133厘米,橫長110厘米,寬78厘米,重875公斤.根據(jù)目前發(fā)掘的商代熔銅坩鍋,一次約能熔銅12.7公斤.鑄造司母戊這樣的大鼎,就需要七十多個坩鍋.如果一個坩鍋配備三至四人,就需要二、三百人同時操作。云版又叫“點”，是軍營中遇有急事敲打報警用的。此塊云版用生鐵鑄成，上下兩端勾卷如云，故名。 材料科學簡介材料科學簡介汽車應用材料

2、汽車應用材料 第一章第一章2.2.材料在的現(xiàn)代科技中的地位材料在的現(xiàn)代科技中的地位 2121世紀三大科技世紀三大科技 信息技術信息技術 生物技術生物技術 納米材料材料超微外觀 大體結構納米人工骨一張納米光盤將可記錄1000部電影 材料科學材料科學是其基礎是其基礎 能源技術能源技術汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章3.3.材料是汽車工業(yè)的基礎材料是汽車工業(yè)的基礎 汽車應用材料包括了制造汽車各種零部件汽車應用材料包括了制造汽車各種零部件用的汽車工程材料，以及汽車在使用過程中使用的汽車工程材料，以及汽車在使用過程中使用的燃料和工作液等汽車運行材料。用的燃料和工作液等汽車運行材料。 汽車應用材料汽

3、車應用材料 第一章第一章一、汽車的主要構成一、汽車的主要構成 二、汽車應用材料的組成二、汽車應用材料的組成三、汽車應用材料張望三、汽車應用材料張望四、該課程的性質、任務和學習方法四、該課程的性質、任務和學習方法第一節(jié)第一節(jié) 汽車應用材料概述汽車應用材料概述汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章典型轎車構造圖典型轎車構造圖汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章一一. .汽車的結構組成（三大部分）汽車的結構組成（三大部分）發(fā)動機：發(fā)動機：內燃機（動力、原動部分）內燃機（動力、原動部分）底盤底盤：傳動系、轉向系、制動系、傳動系、轉向系、制動系、 行駛系（傳動、控制部分）行駛系（傳動、控制部分）車身車

4、身: :（工作部分）（工作部分）汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章發(fā)動機發(fā)動機底盤底盤車身車身汽車結構組成汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 通常，一輛汽車由約通常，一輛汽車由約3 3萬個零部件組裝而成。萬個零部件組裝而成。汽車上每個汽車零件的生產制造都涉及到材料汽車上每個汽車零件的生產制造都涉及到材料問題。問題。 據(jù)統(tǒng)計，汽車上的零部件采用了據(jù)統(tǒng)計，汽車上的零部件采用了4 4千余種千余種不同的材料加工制造。從汽車的不同的材料加工制造。從汽車的設計、選材、設計、選材、加工制造加工制造，到汽車的，到汽車的使用、維修和養(yǎng)護使用、維修和養(yǎng)護無一不無一不涉及到材料。涉及到材料。 二二. .汽車

5、應用材料的組成汽車應用材料的組成現(xiàn)代汽車要滿足現(xiàn)代汽車要滿足: : 安全、舒適、自重輕、污染排放低、能耗小、價格安全、舒適、自重輕、污染排放低、能耗小、價格低等要求低等要求. .材料是首要考慮方面。材料是首要考慮方面。 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章1.1.汽車工程材料汽車工程材料: : ( (包括分類包括分類, ,性能性能, ,牌號牌號, ,熱處理工藝及應用熱處理工藝及應用) )2.2.汽車運行材料汽車運行材料: :二二. .汽車應用材料的組成汽車應用材料的組成汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 1.1.汽車工程材料的分類汽車工程材料的分類 金屬材料金屬材料（ 純金屬及合金 ）

6、黑色金屬（黑色金屬（ 鋼鐵鋼鐵 ) ) 有色金屬有色金屬 (Cu(Cu、AlAl、TiTi、Mg )Mg ) 有機高分子材料（主要成分、）有機高分子材料（主要成分、） 塑料、橡膠、塑料、橡膠、合成纖維等合成纖維等 無機材料無機材料 玻璃、水泥、陶瓷等玻璃、水泥、陶瓷等 非金屬材料非金屬材料 復合材料復合材料玻璃纖維增強塑料等汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 以現(xiàn)代轎車用材為例，按照重量來換算，以現(xiàn)代轎車用材為例，按照重量來換算，鋼材占汽車自重的鋼材占汽車自重的55%-60%55%-60%，鑄鐵占鑄鐵占12%-5%12%-5%，有色金屬占有色金屬占6% 10%6% 10%，塑料占塑料占8%

7、 12%8% 12%，橡膠占，橡膠占4%4%，玻璃占，玻璃占3%3%，其他材料（油漆、各種液體等）占其他材料（油漆、各種液體等）占12% 6%12% 6%。2.汽車材料的應用汽車材料的應用汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 車用汽油車用汽油 燃料燃料 輕柴油輕柴油 其它代用燃料其它代用燃料 發(fā)動機油發(fā)動機油 車輛齒輪油車輛齒輪油 潤滑油潤滑油 液力傳動油液力傳動油 液壓油液壓油 潤滑脂潤滑脂 制動液制動液 工作液工作液 減振器液減振器液 發(fā)動機冷卻液發(fā)動機冷卻液 制冷劑制冷劑 輪胎輪胎汽車運行材料汽車運行材料3.汽車運行材料汽車運行材料汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章三三. .汽車材

8、料的展望汽車材料的展望o汽車工業(yè)發(fā)展的方向汽車工業(yè)發(fā)展的方向: :汽車輕量化和減少污染汽車輕量化和減少污染o汽車材料總的發(fā)展趨勢是：汽車材料總的發(fā)展趨勢是： 結構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、復合材料等輕型、新型材料取代鋼鐵材料。 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 幾種新興材料簡介幾種新興材料簡介1.1.鎂合金鎂合金 magnesiummagnesium 密度低、比強度和比剛度較高。密度低、比強度和比剛度較高。鎂鎂鋁鋁鈦鈦鐵鐵密度密度1.741.742.72.74.54.57

9、.87.8 鎂、鋁合金和復合材料鎂、鋁合金和復合材料 汽車輕量化的材料汽車輕量化的材料 減少油耗減少油耗鎂合金方向盤骨架鎂合金汽車輪鎂合金汽車輪轂轂鎂合金汽缸蓋鎂合金汽缸蓋 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章2.2.形狀記憶合金形狀記憶合金塑性 變形塑性 變形加熱加熱形狀記憶合金普通材料2( 2 1 )形狀記憶效應示意圖應用應用: :豐田汽車的散熱器護攔活門豐田汽車的散熱器護攔活門. . 日產汽車冷卻風扇離合器日產汽車冷卻風扇離合器. .汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章3.3.復合材料復合材料 玻璃纖維增強塑料（玻璃鋼）玻璃纖維增強塑料（玻璃鋼） 比強度高、耐腐蝕比強度高、耐腐蝕.

10、.直升飛機的旋翼直升飛機的旋翼汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章4.4.納米材料納米材料 顆粒直徑顆粒直徑 0.l0.l100 100 納米（原子、分子尺度）納米（原子、分子尺度） 具有卓越的性能和特殊功能，如：具有卓越的性能和特殊功能，如： 納米級銅不導電；納米級銅不導電； 納米冰柜可抑制細菌生長。納米冰柜可抑制細菌生長。5.5.其它材料其它材料 超導材料 貯氫材料 分離膜材料汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章u認識汽車工程材料性能特點及控制技術認識汽車工程材料性能特點及控制技術u掌握汽車工程材料的類型、性能特點、牌掌握汽車工程材料的類型、性能特點、牌號及應用。號及應用。u了解新型材

11、料應用及發(fā)展趨勢了解新型材料應用及發(fā)展趨勢四四.本課程學習目的及要求本課程學習目的及要求汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 抓好基本學習環(huán)節(jié)抓好基本學習環(huán)節(jié)注重理論知識的實際應用注重理論知識的實際應用總結歸納總結歸納本課程學習方法本課程學習方法汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章第二節(jié)第二節(jié) 材料的性能材料的性能 一一. . 材料的力學性能材料的力學性能 二二. . 材料的物理性能材料的物理性能 三三. . 材料的化學性能材料的化學性能 四四. . 材料的工藝性能材料的工藝性能汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章第二節(jié)第二節(jié) 材料的性能材料的性能 材料的性能包括使用性能和工藝性能。材料

12、的性能包括使用性能和工藝性能。 u使用性能：使用性能：是指零部件在正常使用條件下材料所表是指零部件在正常使用條件下材料所表 現(xiàn)出來的性能?，F(xiàn)出來的性能。 主要包括主要包括力學性能、物理性能和化學性能力學性能、物理性能和化學性能。u工藝性能：工藝性能：是指材料在被制成各種零部件的過程中是指材料在被制成各種零部件的過程中 適應加工的性能。適應加工的性能。 對于金屬材料來講，工藝性能主要包括了對于金屬材料來講，工藝性能主要包括了鑄造鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理工藝性能理工藝性能。汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章一一. . 材料的

13、力學性能材料的力學性能 u材料的力學性能：材料的力學性能：是指材料在是指材料在外加載荷外加載荷作用作用 下下所表現(xiàn)出來的性能。所表現(xiàn)出來的性能。 包括包括強度強度、塑性塑性、硬度硬度、韌度韌度、疲勞強度疲勞強度及及斷裂韌斷裂韌度度等；等； u力學性能指標力學性能指標：用來表征材料力學性能的各種臨用來表征材料力學性能的各種臨界值或規(guī)定值界值或規(guī)定值. .可通過可通過試驗測定試驗測定. .汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章根據(jù)根據(jù)外加載荷外加載荷的性質，載荷分為：的性質，載荷分為： 1 1、靜載荷、靜載荷 2 2、沖擊載荷、沖擊載荷 3 3、交變載荷。、交變載荷。 金屬材料金屬材料 （受載）（

14、受載）- -變形變形, ,分：分： 彈性變形彈性變形：載荷卸除后恢復原狀：載荷卸除后恢復原狀 塑性變形塑性變形：載荷卸除后不能恢復：載荷卸除后不能恢復, ,也叫永也叫永久變形。久變形。( (如圖如圖) )一一. . 材料的力學性能材料的力學性能 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章拉壓實驗拉壓實驗拉壓圖拉壓圖應力應變圖應力應變圖力學性能（指力學性能（指標）標） 1)1)彈性彈性：材料保持彈性變形的能力：材料保持彈性變形的能力. .（彈性（彈性模量，彈性極限）模量，彈性極限） 2)2)強度強度：指材料抵抗破壞（塑性變形或斷裂）：指材料抵抗破壞（塑性變形或斷裂）的能力。的能力。 3)3)塑性塑性

15、：指材料在斷裂前產生永久變形而不：指材料在斷裂前產生永久變形而不被破壞的能力。被破壞的能力。 ( (一一) )材料的拉壓試驗材料的拉壓試驗汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章1 1拉伸試驗拉伸試驗 o根據(jù)國家標準根據(jù)國家標準金屬材料拉伸試驗金屬材料拉伸試驗（GB228-GB228-20022002）規(guī)定，將材料制成標準拉伸試樣，在試驗）規(guī)定，將材料制成標準拉伸試樣，在試驗機上加載拉伸至斷裂，得機上加載拉伸至斷裂，得 拉伸圖拉伸圖：F-LF-L曲線；曲線； 再作出再作出 應力應力- -應變圖應變圖，圖圖1-71-7為低碳鋼應力為低碳鋼應力- -應變曲線。應變曲線。( (一一) )材料的拉壓試驗

16、材料的拉壓試驗汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章圖圖1-6 1-6 低碳鋼的低碳鋼的F-LF-L曲線曲線 ( (一一) )材料的拉壓試驗材料的拉壓試驗汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章圖圖1-71-7低碳鋼的低碳鋼的-曲線曲線 (一一)材料的拉壓試驗材料的拉壓試驗汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 塑性材料塑性材料：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：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-曲線有很大差異。反映出其所具有不同的抗拉性能特點。( (一一) )材料的拉壓試

17、驗材料的拉壓試驗汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 2.2.材料的材料的彈性彈性指標指標 （1 1）彈性模量彈性模量E E 表征了材料抵抗彈性變表征了材料抵抗彈性變形的能力，也稱之為形的能力，也稱之為剛度剛度E=/=tan E=/=tan （MPaMPa） 式中，式中，為彈性變形階段的應力，為彈性變形階段的應力，為相為相應的應變，應的應變，tantan為拉伸曲線的斜率。為拉伸曲線的斜率。 ( (一一) )材料的拉壓試驗材料的拉壓試驗汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 (2)(2)彈性極限彈性極限e e ： 指材料在彈性變形階段所能承受的最大應力。指材料在彈性變形階段所能承受的最大應力。

18、 e e = F = Fe e /A /A0 0 （MPaMPa） 式中，式中，F(xiàn) Fe e是試樣不產生塑性變形時的最大載荷（是試樣不產生塑性變形時的最大載荷（N N）；）；A A0 0是試樣的原始橫截面積（是試樣的原始橫截面積（mmmm2 2）。）。e e表示材料保持表示材料保持彈性變形的最大應力。彈性變形的最大應力。 2.2.材料的彈性指標材料的彈性指標( (一一) )材料的拉壓試驗材料的拉壓試驗汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 3.3.材料的材料的強度強度指標指標 （1 1）屈服點屈服點ss ：表示材料產生屈服時對應的應力。：表示材料產生屈服時對應的應力。屈服點也稱為屈服強度。屈服

19、點也稱為屈服強度。 s= Fs/Ao s= Fs/Ao （MPaMPa） 式中，式中，F(xiàn)sFs為試樣發(fā)生屈服變形時的載荷（為試樣發(fā)生屈服變形時的載荷（N N），），A A0 0為試樣原始橫截面積（為試樣原始橫截面積（mmmm2 2）。）。 （2 2）抗拉強度抗拉強度b b 指試樣在拉伸過程中所能承受的最指試樣在拉伸過程中所能承受的最大應力值。大應力值。 b b=F=Fb b/A/Ao o （MPaMPa） 式中，式中，F(xiàn) Fb b是試樣斷裂前所承受的最大載荷是試樣斷裂前所承受的最大載荷(N),A(N),Ao o是是試樣的原始橫截面積試樣的原始橫截面積( (2 2) )。汽車應用材料汽車應用材料

20、 第一章第一章 抗拉強度抗拉強度：b b，它是設計和選材的主要依據(jù)之一，是它是設計和選材的主要依據(jù)之一，是工程技術上的主要強度指標。工程技術上的主要強度指標。 屈強比：屈強比：s s/b b，是一個有意義的指標。其比值越大，是一個有意義的指標。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，該比值亦不宜過大，適當?shù)谋戎狄话阍谝诉^大，適當?shù)谋戎狄话阍?.650.650.750.75之間。之間。 比強度：比強度：b b/，它表征了材料強度與密度之間的關，它表征了材料強度與密度之間的關系。在考慮汽車輕量化的問題時，常常用到這個指標。系。在考慮汽車輕量

21、化的問題時，常常用到這個指標。 3.3.材料的材料的強度強度指標指標 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章4.4.材料的塑性指標材料的塑性指標 （1）伸長率伸長率 ：是指試樣拉斷后，標距伸長量與是指試樣拉斷后，標距伸長量與原始標距的百分比。即原始標距的百分比。即式中，式中，l l1 1是試樣斷裂后的標距（），是試樣斷裂后的標距（），l l 0 0是試樣是試樣的原始標距（），同一材料的伸長率與試樣的原始標距（），同一材料的伸長率與試樣尺寸有關。尺寸有關。%100001lll汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 （2 2）斷面收縮率斷面收縮率： 是指試樣拉斷后橫截是指試樣拉斷后橫截面積的縮減量

22、與原始橫截面積之比。面積的縮減量與原始橫截面積之比。 即即= = （A A0 0 - A - A1 1） / A/ A0 0 100% 100% 式中式中,A,A1 1是試樣斷裂處的最小橫斷面積是試樣斷裂處的最小橫斷面積（2 2），），A A0 0 是試樣的原始橫截面積是試樣的原始橫截面積( (2 2) )。4.4.材料的塑性指標材料的塑性指標 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章( (二二) )硬度硬度 材料抵抗其他硬物壓入其表面的能力。衡材料抵抗其他硬物壓入其表面的能力。衡量材料軟硬程度量材料軟硬程度最常用的硬度試驗為最常用的硬度試驗為 布氏硬度（布氏硬度（HBHB）( (如圖）如圖）

23、洛氏硬度洛氏硬度(HR)(HR) . .此外，還有維氏硬度此外，還有維氏硬度(HV)(HV)、肖氏硬度（彈性回跳、肖氏硬度（彈性回跳法）、顯微硬度和錘擊式布氏硬度等。法）、顯微硬度和錘擊式布氏硬度等。汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章1 1布氏硬度布氏硬度 測試原理：用一定大小的載荷測試原理：用一定大小的載荷F F，把直徑為，把直徑為D D的的硬質合金球硬質合金球壓入被測試樣表面，保持規(guī)定時壓入被測試樣表面，保持規(guī)定時間后卸除載荷，移去壓頭，用讀數(shù)顯微鏡測出間后卸除載荷，移去壓頭，用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕平均直徑壓痕平均直徑d d。用載荷。用載荷F F除以

24、壓痕的表面積所除以壓痕的表面積所得的商，即為被測材料的布氏硬度值。得的商，即為被測材料的布氏硬度值。 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章1 1布氏硬度布氏硬度 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 用用硬質合金球硬質合金球作為壓頭所測得的布氏硬度用作為壓頭所測得的布氏硬度用符號符號HBWHBW表示，適用于測量表示，適用于測量硬度不超過硬度不超過650650的材料。的材料。 1 1布氏硬度布氏硬度 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 u 布氏硬度的布氏硬度的表示方法表示方法規(guī)定為：規(guī)定為： 符號符號HBSHBS和和HBWHBW前面的數(shù)值為硬度值，符號后前面的數(shù)值為硬度值，符號后面按以下

25、順序表示試驗條件：壓頭球體直徑面按以下順序表示試驗條件：壓頭球體直徑（）、試驗載荷（）、試驗載荷（KgfKgf）、試驗載荷保持時）、試驗載荷保持時間（間（S S）（）（101015S15S不標注）。不標注）。 例例120 HBW10/1000/30120 HBW10/1000/30 實驗測量實驗測量dd查表查表硬度硬度1 1布氏硬度布氏硬度 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章2.2.洛氏硬度洛氏硬度 洛氏硬度采用直接測量壓痕深度來確定洛氏硬度采用直接測量壓痕深度來確定度值的。度值的。試驗原理試驗原理如圖如圖1 1-9-91 1 - 9 - 9所示。所示。 我國常用的是我國常用的是HRAHR

26、A、HRBHRB、HRCHRC三種，試驗三種，試驗條件及應用范圍見表條件及應用范圍見表1-21-2。 洛氏硬度值的表示方法洛氏硬度值的表示方法規(guī)定為：硬度符號規(guī)定為：硬度符號前面注明硬度值，例如前面注明硬度值，例如52HRC52HRC、70HRA70HRA。 在硬度和強度之間，存在著一定的換算關在硬度和強度之間，存在著一定的換算關系，如表系，如表1-31-3所示。所示。 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章( (三三) )沖擊韌度沖擊韌度 材料抵抗沖擊載荷的能力，是指材料在受材料抵抗沖擊載荷的能力，是指材料在受到沖擊

27、載荷而斷裂之前吸收能量并進行塑性變到沖擊載荷而斷裂之前吸收能量并進行塑性變形的能力。形的能力。 對于兩種不同的沖擊載荷，分別采用了對于兩種不同的沖擊載荷，分別采用了沖擊韌度沖擊韌度和和多沖抗力多沖抗力兩個指標來衡量材料的沖擊兩個指標來衡量材料的沖擊性能。性能。汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章1.1.沖擊韌度沖擊韌度 沖擊韌度通常是采用一次擺錘沖擊試驗來沖擊韌度通常是采用一次擺錘沖擊試驗來測定的。測定的。沖擊試驗沖擊試驗的原理如圖的原理如圖1-101-10所示。所示。 在忽略機械摩擦和空氣阻力等條件下，擺在忽略機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錘沖斷試樣所消耗的沖擊功A

28、 Ak k可以從試驗機刻可以從試驗機刻度盤上直接讀出。且度盤上直接讀出。且 A Ak k = G (H-h) = G (H-h) （J J） 式中，式中，G G為擺錘產生的重力（為擺錘產生的重力（N N）。）。 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章 將沖擊功將沖擊功Ak除以缺口處的截面積，即為除以缺口處的截面積，即為材料的沖擊韌度材料的沖擊韌度ak,則則ak = （Jcm2） 根據(jù)試樣缺口形式的不同，根據(jù)試樣缺口形式的不同，U型缺口試樣測型缺口試樣測得的沖擊韌度用得的沖擊韌度用aku表示，表示，V型缺口測得的沖擊型缺口測得的沖擊韌度用韌度用akv 表示。

29、表示。 1.1.沖擊韌度沖擊韌度FAK汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章2.2.多沖抗力多沖抗力 多沖抗力一般采用小能量多沖試驗進多沖抗力一般采用小能量多沖試驗進行測定。圖行測定。圖1-91-9所示為落錘式多次沖擊彎所示為落錘式多次沖擊彎曲試驗示意圖，將材料制成標準試樣放在曲試驗示意圖，將材料制成標準試樣放在試驗機上，使之受到錘頭的小能量（試驗機上，使之受到錘頭的小能量（1500J)1500J)多次沖擊。多次沖擊。 ( (三三) )沖擊韌度沖擊韌度 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章3.3.材料的低溫沖擊性能材料的低溫沖擊性能 材料材料韌性韌性狀態(tài)變?yōu)闋顟B(tài)變?yōu)榇嘈源嘈誀顟B(tài)的溫度狀態(tài)的溫

30、度TKTK稱稱為該材料的脆性轉變溫度。為該材料的脆性轉變溫度。 材料沖擊韌性與溫度有關材料沖擊韌性與溫度有關。 ( (三三) )沖擊韌度沖擊韌度 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章( (四四) )疲勞強度疲勞強度 承受交變應力的零件，在工作應力低于材料的屈服承受交變應力的零件，在工作應力低于材料的屈服強度的情況下較長時間工作時，會產生裂紋或突然斷裂，強度的情況下較長時間工作時，會產生裂紋或突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為疲勞失效或疲勞破壞疲勞失效或疲勞破壞。 疲勞失效疲勞失效原因分析原因分析: :由于材料表面或內部存在有劃由于材料表面或內部存在有劃痕

31、、尖角、夾雜等痕、尖角、夾雜等缺陷缺陷，這些有缺陷部位的局部應力大，這些有缺陷部位的局部應力大于屈服點，會產生局部變形于屈服點，會產生局部變形引起微裂紋引起微裂紋，成為疲勞源，成為疲勞源，隨著應力循環(huán)次數(shù)的增加，微裂紋逐漸隨著應力循環(huán)次數(shù)的增加，微裂紋逐漸擴展擴展，使零件承，使零件承載的橫截面大大減少，以至于不能承受載荷而突然載的橫截面大大減少，以至于不能承受載荷而突然斷裂斷裂?？梢酝ㄟ^疲勞試驗，繪制疲勞曲線進行測定。可以通過疲勞試驗，繪制疲勞曲線進行測定。汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章1.1.疲勞曲線疲勞曲線 測定材料的疲勞強度。測定材料的疲勞強度。 2.疲勞極限疲勞極限: 使試樣不

32、發(fā)生疲勞斷裂的最大循環(huán)應力。使試樣不發(fā)生疲勞斷裂的最大循環(huán)應力。(四四)疲勞強度疲勞強度汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章3.3.斷裂韌度斷裂韌度: :材料抵抗裂紋擴展斷裂的能力材料抵抗裂紋擴展斷裂的能力。 實際上零件內往往存在著實際上零件內往往存在著微裂紋、以及夾微裂紋、以及夾雜、氣孔雜、氣孔等類裂紋的缺陷。當材料受外力作用等類裂紋的缺陷。當材料受外力作用時，這些裂紋的尖端附近便出現(xiàn)應力集中，形時，這些裂紋的尖端附近便出現(xiàn)應力集中，形成一個裂紋尖端應力場，可能產生失穩(wěn)而擴展，成一個裂紋尖端應力場，可能產生失穩(wěn)而擴展，導致機件斷裂。導致機件斷裂。( (

33、四四) )疲勞強度疲勞強度汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章二二. .材料的理化性能材料的理化性能 指材料的固有屬性，指材料的固有屬性，如如密度、熔點、導熱性、導電性、熱膨脹性、密度、熔點、導熱性、導電性、熱膨脹性、磁性和色澤磁性和色澤等。等。 1 1材料的物理性能材料的物理性能汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章名稱定義表示符號單位意義密度單位體積物質的質量 kg/m3 材料的密度關系到產品的重量和效能。熔點材料由固態(tài)向液態(tài)轉變的溫度。 制定冶煉、鑄造、鍛造和焊接等熱加工工藝規(guī)范的一個重要的參數(shù)。導熱性指材料傳導熱量的能力。 瓦特每米開爾文 W/(mK) 材料的熱導率越大，導熱性就越好

34、。 導電性材料傳導電流的能力稱為導電性。 .cm1/(.cm)1 1材料的物理性能材料的物理性能汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章名稱名稱定義定義表示符表示符號號單位單位意義意義熱膨脹熱膨脹性性材料隨著溫度的變化產生膨脹、收縮的特性。 線膨脹系數(shù)L和體膨脹系數(shù)v 生產中，在熱加工和熱處理時要考慮材料的熱膨脹性的影響，可減少工件的變形和開裂。磁性磁性材料能被磁場吸引或被磁化的性能稱為磁性或導磁性。 磁導率 亨利每米 /m 1 1材料的物理性能材料的物理性能汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章2.2.材料的化學性能材料的化學性能 化學性能化學性能: :是指材料抵抗周圍介質侵蝕的是指材料抵抗周

35、圍介質侵蝕的能力。能力。 對于金屬材料來說，指對于金屬材料來說，指耐蝕性耐蝕性和和抗氧化抗氧化性性。 對于非金屬材料，還存在著對于非金屬材料，還存在著化學穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、抗老化能力和耐熱性抗老化能力和耐熱性等問題。等問題。二二. .材料的理化性能材料的理化性能汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章材料在常溫下抵抗周圍介質（如大氣、燃氣、水、材料在常溫下抵抗周圍介質（如大氣、燃氣、水、酸、堿、鹽等）腐蝕的能力。酸、堿、鹽等）腐蝕的能力。 化學腐蝕化學腐蝕 電化學腐蝕。電化學腐蝕。腐蝕防護途徑腐蝕防護途徑： 1 1、采用耐蝕性好的不銹鋼、鋁合金等，、采用耐蝕性好的不銹鋼、鋁合金等， 2 2、采

36、用適當?shù)耐苛线M行涂覆；、采用適當?shù)耐苛线M行涂覆； 3 3、結構設計（防行成閉合回路），、結構設計（防行成閉合回路）， 4 4、陰極保護。、陰極保護。1)耐蝕性耐蝕性2.2.材料的化學性能材料的化學性能汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章2) 2) 抗氧化性抗氧化性 指材料在高溫下抵抗氧化的能力，又稱為指材料在高溫下抵抗氧化的能力，又稱為熱熱穩(wěn)定性穩(wěn)定性。 在鋼中加入在鋼中加入CrCr、SiSi等元素，可大大提高鋼等元素，可大大提高鋼的抗氧化性。的抗氧化性。2.2.材料的化學性能材料的化學性能汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章鑄造性能：鑄造性能：流動性、收縮性、偏析流動性、收縮性、偏析熱處

37、理性能：熱處理性能：淬透性淬透性鍛造性能：鍛造性能：塑性、變形抗力塑性、變形抗力焊接性能：焊接性能：焊接性、碳當量焊接性、碳當量切削性能：切削性能：表面粗糙度、刀具壽命表面粗糙度、刀具壽命三三. . 材料的工藝性能材料的工藝性能 是指材料在被制成各種零部件的過程中適應加工是指材料在被制成各種零部件的過程中適應加工的性能。包括的性能。包括: :汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章1. 1. 零件的失效形式零件的失效形式2 . 2 . 零件零件的的選材原則選材原則第三節(jié)第三節(jié) 零件材料的選用零件材料的選用學習目標學習目標: :認識零件失效形式，掌握選材的一般認識零件失效形式，掌握選材的一般原則和

38、方法，典型零件的選材分析原則和方法，典型零件的選材分析 學習內容學習內容: :汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章一一. .零件的失效形式零件的失效形式 o失效的概念失效的概念: :零件由于某種原因而喪失原設計所規(guī)定的功能。零件由于某種原因而喪失原設計所規(guī)定的功能。 完全破壞完全破壞 包括包括 嚴重損壞嚴重損壞 未達功能要求（安全工作）未達功能要求（安全工作）汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章( (一一) )零件常見的失效形式零件常見的失效形式u過量變形失效過量變形失效彈變、塑變、蠕變彈變、塑變、蠕變u斷裂失效斷裂失效過載斷裂，疲勞斷裂過載斷裂，疲勞斷裂u表面損傷失效表面損傷失效磨損，點

39、蝕、膠合磨損，點蝕、膠合一一. .零件的失效形式零件的失效形式 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章1.1.輪齒折斷輪齒折斷 ：輪齒象一個懸臂梁，受載后齒根部輪齒象一個懸臂梁，受載后齒根部 產生的產生的彎曲應力最大。當該應力值超過材料的彎曲疲勞極限時，彎曲應力最大。當該應力值超過材料的彎曲疲勞極限時，齒根處產生疲勞裂紋，并不斷擴展使輪齒斷裂。此外，突齒根處產生疲勞裂紋，并不斷擴展使輪齒斷裂。此外，突然過載、嚴重磨損及安裝制造誤差等也會造成輪齒折斷。然過載、嚴重磨損及安裝制造誤差等也會造成輪齒折斷。提高輪齒抗折斷能力的措施之一：提高輪齒抗折斷能力的措施之一：對輪齒進行表面處理以提高齒面硬對輪齒

40、進行表面處理以提高齒面硬度度。齒輪常見的失效形式齒輪常見的失效形式: :汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章2.2.齒面磨損：齒面磨損：灰塵、砂粒、金屬微粒等落入輪齒間，會使齒灰塵、砂粒、金屬微粒等落入輪齒間，會使齒面間產生摩擦磨損。嚴重時會因齒面減薄過多而折斷。磨損面間產生摩擦磨損。嚴重時會因齒面減薄過多而折斷。磨損是開式傳動的主要失效形式。是開式傳動的主要失效形式。主要措施：主要措施：采用閉式傳動；提高齒面硬度；降低齒面粗糙采用閉式傳動；提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；采用清潔的潤滑油。度；采用清潔的潤滑油。齒輪常見的失效形式齒輪常見的失效形式: :汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章3

41、.3.齒面點蝕：齒面點蝕：輪齒工作面某一固定點受到近似脈動的變應力作用，由于疲勞而產生的麻點狀剝蝕損傷的現(xiàn)象。點蝕是閉式傳動常見的失效形式。開始齒輪由于磨損很少出現(xiàn)點蝕。點蝕首先出現(xiàn)在節(jié)線附近。主要措施：主要措施：提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大潤滑提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大潤滑油粘度；采用合理變位。油粘度；采用合理變位。汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章4.4.齒面膠合：齒面膠合：高速重載傳動中，齒面間壓力大，瞬時溫度高，高速重載傳動中，齒面間壓力大，瞬時溫度高，潤滑油模被破壞，齒面間會發(fā)生粘接在一起的現(xiàn)象，在輪齒潤滑油模被破壞，齒面間會發(fā)生粘接在一起的現(xiàn)象，在輪齒表面沿滑動方

42、向出現(xiàn)條狀傷痕，稱為膠合。表面沿滑動方向出現(xiàn)條狀傷痕，稱為膠合。防止膠合的措施：防止膠合的措施：提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大潤滑油粘度；限制油溫。潤滑油粘度；限制油溫。齒輪常見的失效形式齒輪常見的失效形式: :汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章5.5.塑性變形：塑性變形：重載且摩擦力很大時，齒面較軟的輪齒表面就會沿摩擦力方向產生塑性變形。措施：措施：提高齒面硬度；增大潤滑油粘度。提高齒面硬度；增大潤滑油粘度。主動齒輪齒面所受摩擦力背離節(jié)線，齒面在節(jié)線附近下凹；從動齒輪齒面所受摩擦力指向節(jié)線，齒面在節(jié)線附近上凸。齒輪常見的失效形式齒輪常見的失效形式汽車

43、應用材料汽車應用材料 第一章第一章( (二二) )失效原因失效原因 u1.1.設計不合理設計不合理u2.2.選材不合理選材不合理u3.3.加工工藝不當加工工藝不當u4.4.安裝使用不正確安裝使用不正確一一. .零件的失效形式零件的失效形式 汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章二二. . 選材原則選材原則 選材的動機選材的動機 開發(fā)新產品、產品的改進和開發(fā)新產品、產品的改進和 更新?lián)Q代。更新?lián)Q代。 選材原則選材原則使用性能使用性能 工藝性能工藝性能 經濟性經濟性 環(huán)境與資源原則環(huán)境與資源原則汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章1. 1. 材料的使用性能材料的使用性能 首要原則首要原則) )零

44、件的工作條件和失效形式零件的工作條件和失效形式 零件零件工作條件工作條件常見失效形式常見失效形式性能要求性能要求應力應力種類種類載荷載荷性質性質受載受載狀態(tài)狀態(tài)螺栓螺栓拉、剪拉、剪靜載靜載-過量變形，斷裂過量變形，斷裂強度，塑性強度，塑性傳動軸傳動軸彎、扭彎、扭循環(huán)循環(huán)沖擊沖擊軸頸軸頸摩擦摩擦疲勞斷裂，過量變疲勞斷裂，過量變形，軸頸磨損形，軸頸磨損綜合力學性能綜合力學性能傳動齒輪傳動齒輪壓、彎壓、彎循環(huán)循環(huán)沖擊沖擊摩擦摩擦振動振動斷齒，磨損，斷齒，磨損，疲勞斷裂，接觸疲疲勞斷裂，接觸疲勞勞表面高硬度及疲勞極表面高硬度及疲勞極限，心部強度及韌性限，心部強度及韌性彈簧彈簧扭、彎扭、彎交變交變沖擊沖

45、擊振動振動彈性失穩(wěn)，彈性失穩(wěn)，疲勞破壞疲勞破壞彈性極限，屈強比彈性極限，屈強比，疲勞極限，疲勞極限零件失效的原因零件失效的原因 設計、材料、加工、安裝和使用設計、材料、加工、安裝和使用。汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章) )工作環(huán)境工作環(huán)境 溫度，介質（如腐蝕，摩擦）。溫度，介質（如腐蝕，摩擦）。) )特殊功能要求特殊功能要求 導電性、磁性、熱膨脹性、比重、外觀導電性、磁性、熱膨脹性、比重、外觀等。等。) )性能要求的指標化性能要求的指標化 如強硬度、塑韌性等的具體數(shù)值。如強硬度、塑韌性等的具體數(shù)值。手冊數(shù)據(jù)、經驗公式的局限性手冊數(shù)據(jù)、經驗公式的局限性 力學性能與零件尺寸有力學性能與零件

46、尺寸有關關4040鋼不同尺寸毛坯的力學性能鋼不同尺寸毛坯的力學性能 熱處理條件熱處理條件毛坯尺寸毛坯尺寸/mm/mmb / MPa/ %AKU / J850淬火淬火580016120307501580500回火回火5070015561006001340汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章2 2、工藝性能、工藝性能 鑄、鍛、焊、機加工、熱處理鑄、鍛、焊、機加工、熱處理零件的加工工藝路線零件的加工工藝路線一般零件一般零件 毛坯毛坯 正火或退火正火或退火 切削加工切削加工軸、齒輪等軸、齒輪等毛坯毛坯 預先熱處理（正火、退火）預先熱處理（正火、退火） 粗加工粗加工 最終熱處理（淬火回火，時效，滲最終熱處理（淬火回火，時效，滲C C等）等）精加工精加工汽車應用材料汽車應用材料 第一章第一章3 3、經濟性、經濟性 根本原則根本原則) )產品成本分析產品成本分析基本材料的成本（價格、利用率）基本材料的成本（價格、利用率） 占總成本的占總成本的3070%3070%制造（加工）成本制造（加工）成本 約占零件成本的約占零件成本的30%30%加工成本加工成本 = = 工具與設備費用工具與設備費用 + + 每件