汽車中常用的金屬材料課件

1、汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ)第一章第一章 汽車汽車常用工程材料常用工程材料 一、金屬材料的主要性能一、金屬材料的主要性能二、汽車常用金屬材料二、汽車常用金屬材料三、汽車材料的熱處理三、汽車材料的熱處理四、汽車非金屬材料四、汽車非金屬材料本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容第二講第二講 汽車常用材料汽車常用材料 v碳素鋼v合金鋼v鑄鐵v有色金屬及合金v非金屬材料v復(fù)合材料 鑄鐵鑄鐵 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11、小于6.67的鐵碳合金為鑄鐵。 鋼鐵材料 以鐵、碳為基礎(chǔ)的鐵碳合金。 碳素鋼碳素鋼 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(含碳量)小于2.11的鐵碳合金稱為碳素鋼。一、碳鋼一、碳鋼(1)按按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分分低碳鋼低碳鋼W

2、(C) 0.25%中碳鋼中碳鋼 0.25% W(C) 0.6%高碳鋼高碳鋼W(C) 0.6%(2)按按鋼的質(zhì)量鋼的質(zhì)量分（分（S、P含量）含量） 普通碳素鋼普通碳素鋼 Ws 0.055%，Wp 0.045% 優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼 Ws、 Wp 0.040% 高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼 Ws 0.030% ，Wp 0.035% 1.1.碳鋼的分類碳鋼的分類(3)按按鋼的用途鋼的用途分分碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 ：用于制造各種機(jī)械零件、工程構(gòu)件。一：用于制造各種機(jī)械零件、工程構(gòu)件。一般為低、中碳鋼。般為低、中碳鋼。碳素工具鋼碳素工具鋼 ：用于制造各種工具。一般為高碳鋼。：用于制造各種工具。一般為高碳

3、鋼。(4)按按冶煉方法冶煉方法分分 鎮(zhèn)靜鋼：是鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵、鋁進(jìn)行充分鎮(zhèn)靜鋼：是鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵、鋁進(jìn)行充分脫氧，注入模子后，鋼液不發(fā)生碳脫氧，注入模子后，鋼液不發(fā)生碳氧反應(yīng)而處于鎮(zhèn)靜狀氧反應(yīng)而處于鎮(zhèn)靜狀態(tài)，故稱鎮(zhèn)靜鋼（態(tài)，故稱鎮(zhèn)靜鋼（Z）。）。 沸騰鋼：是在冶煉后期將鋼液用少量錳鐵輕度脫氧，沸騰鋼：是在冶煉后期將鋼液用少量錳鐵輕度脫氧，鋼液氧含量較高，注入錠模后發(fā)生碳鋼液氧含量較高，注入錠模后發(fā)生碳氧反應(yīng)，析出大量氧反應(yīng)，析出大量的的CO氣體，引起鋼液沸騰，故稱為沸騰鋼（氣體，引起鋼液沸騰，故稱為沸騰鋼（F）。）。1.1.碳鋼的分類碳鋼的分類1.1.碳鋼的分類碳鋼的分類雜

4、質(zhì)元素對鋼性能的影響 1.有益元素 Si 有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,能脫氧。 Mn 脫氧、去硫,提高鋼的強(qiáng)度和硬度。2.有害元素: P 有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,低溫韌性差 ( 冷脆 )。 S 能引起鋼在熱加工時或高溫工作下開裂 ( 熱裂 )。2.2.碳鋼的牌號及用途碳鋼的牌號及用途碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼碳素工具鋼 （1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 有害雜質(zhì)硫、磷和非金屬夾雜物較多，同等情況下塑性、有害雜質(zhì)硫、磷和非金屬夾雜物較多，同等情況下塑性、韌性較低；但冶煉容易、工藝性好且價格便宜，能滿足一般韌性較低；但冶煉容易、工藝性好且價格便宜，能滿足一般工程構(gòu)件和普

5、通零件的性能要求，因此應(yīng)用廣泛。工程構(gòu)件和普通零件的性能要求，因此應(yīng)用廣泛。一般用于一般用于受力不大、制造要求不高的機(jī)械零件受力不大、制造要求不高的機(jī)械零件（如螺釘、螺母）和廠（如螺釘、螺母）和廠房、橋梁、船舶等建造結(jié)構(gòu)件。房、橋梁、船舶等建造結(jié)構(gòu)件。 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點的漢語拼音第一個字普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點的漢語拼音第一個字母母“Q”、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號和脫氧方法符號四個部、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號和脫氧方法符號四個部分按順序組成。如：分按順序組成。如：Q235AF表示屈服點為表示屈服點為235MPa的的A級級沸騰鋼。沸騰鋼。 用途鋼板、鋼筋、型鋼等，作橋梁、

6、建筑等構(gòu)件。鋼板、鋼筋、型鋼等，作橋梁、建筑等構(gòu)件。 多邊型角鋼多邊型角鋼螺釘、鉚釘螺釘、鉚釘鋼筋、螺紋鋼鋼筋、螺紋鋼建筑構(gòu)件建筑構(gòu)件鋼橋梁鋼橋梁（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 有害雜質(zhì)硫、磷和非金屬夾雜物較少，品質(zhì)較高，塑有害雜質(zhì)硫、磷和非金屬夾雜物較少，品質(zhì)較高，塑性、韌性比（普通）碳素鋼好。主要用于制造較重要性、韌性比（普通）碳素鋼好。主要用于制造較重要的機(jī)械零件。的機(jī)械零件。 優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，兩位數(shù)字表優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，兩位數(shù)字表示該鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。如示該鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。如45鋼表示平均含碳鋼表示平均含碳量為量為0.45的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)

7、鋼。若含錳量較高，數(shù)字的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。若含錳量較高，數(shù)字后面應(yīng)加后面應(yīng)加“Mn”，以示區(qū)別。如：，以示區(qū)別。如：60Mn。用途用途較重要的零件，如較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧齒輪、軸、連桿、彈簧等。等。 熱處理：熱處理：滲碳、淬火、回火等。滲碳、淬火、回火等。上海桑塔納發(fā)動機(jī)曲軸就是采用優(yōu)質(zhì)上海桑塔納發(fā)動機(jī)曲軸就是采用優(yōu)質(zhì)5050號中號中碳素鋼鍛制而成，先正火后半精加工，最后碳素鋼鍛制而成，先正火后半精加工，最后經(jīng)中頻淬火后再精加工經(jīng)中頻淬火后再精加工 汽車曲軸汽車曲軸常用鋼號及其應(yīng)用常用鋼號及其應(yīng)用08 08 、 10 10鋼鋼: :強(qiáng)度低強(qiáng)度低, ,塑性好塑性好, ,具有良好的沖

8、壓具有良好的沖壓、拉深及拉深及焊接性能焊接性能, ,用于制造冷沖壓件用于制造冷沖壓件, ,如汽車和拖拉機(jī)油箱如汽車和拖拉機(jī)油箱、儀儀表板表板、汽缸蓋襯墊汽缸蓋襯墊、連桿軸瓦的鋼背連桿軸瓦的鋼背、曲軸止推片等曲軸止推片等. .15 15 、2020鋼鋼: :滲碳滲碳, ,表硬內(nèi)韌表硬內(nèi)韌, ,作凸輪、小齒輪、摩擦片、作凸輪、小齒輪、摩擦片、活塞銷、搖臂等活塞銷、搖臂等30553055鋼鋼: :調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì), ,綜合機(jī)械性能好綜合機(jī)械性能好, ,制齒輪、連桿、軸類等制齒輪、連桿、軸類等60706070鋼鋼, ,淬火淬火, ,中回中回, ,制造彈性元件制造彈性元件, ,如汽車氣門彈簧如汽車氣門彈簧. .

9、 （3）碳素工具鋼的牌號、性能及用途）碳素工具鋼的牌號、性能及用途 碳素工具鋼的牌號由漢字碳素工具鋼的牌號由漢字“碳碳”的漢語拼音第一個字母的漢語拼音第一個字母“T”加上阿拉伯?dāng)?shù)字組成，其數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千加上阿拉伯?dāng)?shù)字組成，其數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千分?jǐn)?shù)。分?jǐn)?shù)。如：如：T8鋼表示平均含碳量為鋼表示平均含碳量為0.8的碳素工具鋼。若的碳素工具鋼。若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則應(yīng)在牌號后面標(biāo)以字母為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則應(yīng)在牌號后面標(biāo)以字母A，如，如T12A鋼表示平均含碳量為鋼表示平均含碳量為1.2的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。 碳素工具鋼的含碳量在碳素工具鋼的含碳量在0.7

10、0以上，硬度高，耐磨性好，以上，硬度高，耐磨性好，碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。碳素工具鋼主要用于碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。碳素工具鋼主要用于制造刀具、模具和量具。制造刀具、模具和量具。用途用途沖頭、鑿子、鉆頭、銼刀、量規(guī)等。沖頭、鑿子、鉆頭、銼刀、量規(guī)等。 螺紋量規(guī)螺紋量規(guī)熱處理熱處理：淬火：淬火 + + 低溫回火低溫回火 合金鋼合金鋼 在碳鋼的基礎(chǔ)上加入有益的其他元素形成的鋼，稱為合金鋼。 常用的合金元素有：鉻(Cr)、鎳(Ni)、硅(si）、鋁(Al)、硼(B)、鎢(w)、鉬(Mo)、鈦(Ti)及稀土元素Re等。二、合金鋼二、合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼合金工具鋼特殊

11、性能鋼特殊性能鋼 類型：碳鋼碳鋼：價格低，但是，力學(xué)性能低，淬透性低，回火抗力：價格低，但是，力學(xué)性能低，淬透性低，回火抗力差，耐熱、耐低溫、耐蝕等特殊性能差。差，耐熱、耐低溫、耐蝕等特殊性能差。 合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號由兩位數(shù)字元素符號（或漢由兩位數(shù)字元素符號（或漢字）數(shù)字三個部分組成。前兩位數(shù)字表示該鋼的平字）數(shù)字三個部分組成。前兩位數(shù)字表示該鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)；元素符號（或漢字）表示鋼中含均含碳量的萬分?jǐn)?shù)；元素符號（或漢字）表示鋼中含有的主要合金元素，后面的數(shù)字表示合金元素的含量。有的主要合金元素，后面的數(shù)字表示合金元素的含量。合金元素含量小于合金元素含量小于1.5時不標(biāo)時

12、不標(biāo)。 如：如：40Cr鋼表示平均含碳量為鋼表示平均含碳量為0.40，主要合金，主要合金元素為元素為Cr，其含量在，其含量在1.5以下的合金結(jié)構(gòu)鋼；以下的合金結(jié)構(gòu)鋼；60Si2Mn鋼表示平均含碳量為鋼表示平均含碳量為0.60，主要合金元素，主要合金元素為為Si、Mn，其平均含量分別為，其平均含量分別為2、1.5的合金結(jié)的合金結(jié)構(gòu)鋼。構(gòu)鋼。 1 1低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼鋼號鋼號舊鋼號舊鋼號主主 要要 化化 學(xué)學(xué) 成成 分分，% %機(jī)械性能機(jī)械性能CMnSi，s ，MPab ，MPa5 ，%Q29509MnNb12Mn0.160.801.500.5529557023Q34516Mn16MnRe0

13、.180.201.001.600.553456302122Q39016MnNb15MnTi0.201.001.600.553906501920Q42014MnVTiRe15MnVN0.201.001.700.554206801819Q46014MnMoV18MnMoNb0.201.001.700.5546072017常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號、成分、性能常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號、成分、性能（厚度（厚度(直徑直徑)16mm，AKV 34J）成分成分 w(C)w(C)0.2% 0.2% ，主加元素主加元素MnMn，附加附加V V、TiTi、NbNb。性能性能 強(qiáng)度、韌性高，焊接、冷成形性能好。強(qiáng)度、韌性

14、高，焊接、冷成形性能好。( (摘自摘自GB/T1591-1994)GB/T1591-1994)高壓容器高壓容器橋梁橋梁船舶船舶車輛車輛應(yīng)用應(yīng)用2 2合金合金調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼成分成分 w(C)=0.25w(C)=0.250.50%0.50%，合金元素消除回火脆性合金元素消除回火脆性。 MnMn、CrCr、NiNi、B B、 SiSi用來提高淬透性，用來提高淬透性，MoMo、W W可抑制可抑制第二類回火脆性，第二類回火脆性，TiTi、V V細(xì)化晶粒。細(xì)化晶粒。性能性能 綜合機(jī)械性能高綜合機(jī)械性能高調(diào)質(zhì)鋼的牌號（摘自調(diào)質(zhì)鋼的牌號（摘自GB/T3077GB/T307719991999）淬淬透透性性鋼號鋼號

15、主主 要要 成成 分分, , %淬火淬火回火回火CMnSiCr低低450.420.500.500.800.170.37830840水水580640空空40Cr0.370.450.500.80Cr 0.81.10850油油500 水，油水，油中中高高35CrMo0.320.400.400.70Cr 0.81.10850油油550 水，油水，油38CrMoAlA0.350.42Al 0.71.1Cr 1.351.65940水，油水，油640水，油水，油40CrMnMo0.370.450.901.20Cr 0.91.20850油油600 水，油水，油機(jī)械性能機(jī)械性能 bMPasMPaaKU2J600

16、3553940MnB0.370.441.101.400.200.40850油油500 水，油水，油9807854798078547980835639808357198078563熱處理熱處理應(yīng)用應(yīng)用: : 軸類、連桿、齒輪軸類、連桿、齒輪 4040CrCr，一般尺寸重要零件，如齒輪、主軸。一般尺寸重要零件，如齒輪、主軸。 3535CrMoCrMo，較大截面零件，如曲軸、連桿。較大截面零件，如曲軸、連桿。 4040CrNiMoCrNiMo，大截面重載零件，如汽輪機(jī)主軸和葉輪。大截面重載零件，如汽輪機(jī)主軸和葉輪。調(diào)質(zhì)，可附加表面淬火或化學(xué)熱處理調(diào)質(zhì)，可附加表面淬火或化學(xué)熱處理。 應(yīng)用應(yīng)用: :汽車

17、曲軸汽車曲軸圓錐齒輪圓錐齒輪3 3合金合金滲碳鋼滲碳鋼成分成分 w(C)=0.1w(C)=0.10.25%, 0.25%, 韌性好。合金元韌性好。合金元素提高淬透性、耐磨性素提高淬透性、耐磨性, , 細(xì)化晶粒。細(xì)化晶粒。 Cr、Ni、Mo、W、Mn、Si和B提高淬透性， Ti細(xì)化晶粒性能性能 滲層硬度高，耐磨，抗接觸疲勞；心滲層硬度高，耐磨，抗接觸疲勞；心部韌性高、強(qiáng)度大。部韌性高、強(qiáng)度大。3 3合金合金滲碳鋼滲碳鋼滲滲C鋼的牌號（摘自鋼的牌號（摘自GB/T3077-1999GB/T3077-1999）（滲（滲C C: 930: 930，回火：回火：200 200 ）主主 要要 化化 學(xué)學(xué) 成

18、成 分分, %預(yù)備處理預(yù)備處理淬火淬火, CMnCr，Ni0.170.240.170.240.500.801.301.600.701.00 880 800水水, 油油880水水, 油油0.170.230.170.230.901.200.801.100.901.201.001.30 850 油油880 870 油油鋼號鋼號20Cr20MnV20CrMn20CrMnTi淬淬透透性性低低中中高高18Cr2Ni4WA20Cr2Ni4A0.130.190.170.23W0.81.20.300.601.351.654.04.51.251.653.253.75950 850空空 880 780油油機(jī)械性能機(jī)

19、械性能bMPasMPa83535785540 05909301080735835118011808351080aKU2J475547557863熱處理應(yīng)用應(yīng)用 耐磨件耐磨件 2020CrCr，小軸、活塞銷、小齒小軸、活塞銷、小齒輪。輪。 2020CrMnTiCrMnTi，汽車齒輪。汽車齒輪。1818Cr2Ni4WACr2Ni4WA，如曲軸、連桿。如曲軸、連桿。 滲碳滲碳 淬火淬火 低溫回火低溫回火4 4合金合金彈簧鋼彈簧鋼成分成分 w(C)=0.450.70 %， Si, Mn為主要元素，提為主要元素，提高屈強(qiáng)比。高屈強(qiáng)比。性能性能 屈強(qiáng)比和疲勞抗力高，塑性大屈強(qiáng)比和疲勞抗力高，塑性大，耐震動

20、、沖擊。耐震動、沖擊。4 4合金合金彈簧鋼彈簧鋼鋼號鋼號主主 要要 成成 分分, , %淬火淬火 油油 回回火火機(jī)械性能機(jī)械性能 CMnSi, CrbMPasMPa10%akkJ/m2650.620.700.500.800.170.37840油油50010008009450850.820.900.500.800.170.37820油油48011501000660065Mn0.620.700.901.200.170.37830油油5401000800880060Si2Mn0.560.640.600.901.502.00870油油48013001200580050CrVA0.460.540.500

21、.80Cr 0.81.10850油油500130011505 9800（摘自（摘自GB/T12221985） 汽車板簧汽車板簧火車螺旋彈簧火車螺旋彈簧應(yīng)用應(yīng)用 6565MnMn、60Si2Mn60Si2Mn：汽車，拖拉機(jī)，機(jī)車的板簧和螺旋彈簧。汽車，拖拉機(jī)，機(jī)車的板簧和螺旋彈簧。汽車板簧汽車板簧大型熱卷彈簧大型熱卷彈簧熱卷大彈簧熱卷大彈簧彈簧絲彈簧絲合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素制成的。合金工具鋼具有更高硬度、耐磨性，更好的淬透性、熱硬性和回火穩(wěn)定性等。因而可以制造刃具、模具、量具和其它工具。合金工具鋼合金工具鋼 合金刃具鋼合金刃具鋼：主要用來制造金屬切削刀具。：主要用來制造金屬

22、切削刀具。 合金模具鋼合金模具鋼：主要用來制造各種金屬成形用的模具。：主要用來制造各種金屬成形用的模具。 合金量具鋼合金量具鋼：量具用來測量工件尺寸的工具（如游標(biāo)卡：量具用來測量工件尺寸的工具（如游標(biāo)卡尺、量規(guī)。尺、量規(guī)。量量 具具刃刃 具具模模 具具合金工具鋼的牌號合金工具鋼的牌號由數(shù)字元素符號（或漢字）數(shù)字三由數(shù)字元素符號（或漢字）數(shù)字三個部分組成。前面的數(shù)字表示該鋼的平均含碳量的千分?jǐn)?shù)個部分組成。前面的數(shù)字表示該鋼的平均含碳量的千分?jǐn)?shù)（當(dāng)含碳量（當(dāng)含碳量1時，則不予標(biāo)出）；元素符號（或漢字）時，則不予標(biāo)出）；元素符號（或漢字）表示鋼中含有的主要合金元素，后面的數(shù)字表示合金元素表示鋼中含有

23、的主要合金元素，后面的數(shù)字表示合金元素的含量。合金元素含量小于的含量。合金元素含量小于1.5時不標(biāo)時不標(biāo)。如：。如：9SiCr鋼表鋼表示平均含碳量為示平均含碳量為0.9，主要合金元素為，主要合金元素為Si、Cr，其含量，其含量均在均在1.5以下的合金工具鋼；以下的合金工具鋼；Cr12MoV鋼表示平均含碳鋼表示平均含碳量量1，主要合金元素為，主要合金元素為Cr，其平均含量分別為，其平均含量分別為12合合金元素金元素Mo、V，其平均含量均，其平均含量均1.5的合金工具鋼。的合金工具鋼。1 1不銹鋼不銹鋼2 2耐熱鋼耐熱鋼3 3耐磨鋼耐磨鋼三三 特殊性能鋼特殊性能鋼耐耐 熱熱 鋼鋼 的的 用用 途途發(fā)動機(jī)葉片發(fā)動機(jī)葉片航空發(fā)動機(jī)航空發(fā)動機(jī)汽輪機(jī)葉片汽輪機(jī)葉片汽車閥門汽車閥門耐磨鋼用途耐磨鋼用途用途：履帶、鐵道岔道用途：履帶、鐵道岔道、挖掘機(jī)、拖拉機(jī)、坦克的履帶板等挖掘機(jī)、拖拉機(jī)、坦克的履帶板等 代表牌號代表牌號Mn13Mn13 含碳量大于含碳量大于2.11%2.11%、并含有較多硅、錳、硫、磷等、并含有較多硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)元素的鐵碳合金稱為鑄鐵雜質(zhì)元素的鐵碳合金稱為鑄鐵。 根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)不同，鑄鐵可分為：灰鑄鐵中的石墨呈片狀；可鍛鑄鐵中的石墨呈團(tuán)絮狀；球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，蠕墨鑄鐵中的石墨呈蠕蟲