第1章汽車機械常用材料應用

1、了解：了解：1、金屬材料分類、金屬材料分類2、汽車機械用有色金屬及其合金、汽車機械用有色金屬及其合金理解：理解：1、強度與塑性、強度與塑性2、硬度硬度3、韌性韌性4、疲勞疲勞掌握：非合金鋼的分類掌握：非合金鋼的分類、合金鋼合金鋼、鑄鋼鑄鋼、鑄鐵鑄鐵 第第1章章 汽車機械常用材料應用汽車機械常用材料應用學習目標：1.理解鋼鐵材料和鋼鐵基本組織；2.掌握非合金鋼、合金鋼、鑄鋼和鑄鐵牌號表示方法；3.了解有色金屬及其合金種類和新型材料；4.掌握材料的強度與塑性標準；5.掌握零件硬度測量的表示法；6.理解材料的沖擊韌性與疲勞極限的概念；7.理解金屬材料的工藝性能能力要求：1.能區(qū)分鋼鐵材料的種類；2.

2、能知道為汽車機械選擇合適的材料種類；3.能掌握材料硬度與塑性的關系 1.1 金屬材料的分類與組織金屬材料的分類與組織 1.2 汽車機械零件材料汽車機械零件材料 1.3 金屬的力學性能和工藝性能金屬的力學性能和工藝性能第第1章章 汽車機械常用材料應用汽車機械常用材料應用第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的分類與組織金屬材料的分類與組織一、金屬材料分類一、金屬材料分類二、鋼鐵基本組織二、鋼鐵基本組織三、鋼中常存雜質(zhì)元素的影響三、鋼中常存雜質(zhì)元素的影響一、金屬材料分類一、金屬材料分類金屬金屬是指具有良好的導電性和導熱性，是指具有良好的導電性和導熱性，具有一定的強度和塑性，并具有光澤的物質(zhì)。具有一定的強度和塑性，

3、并具有光澤的物質(zhì)。1鋼鐵材料鋼鐵材料由鐵或以鐵為主形成的物質(zhì)，稱為鋼鐵材料，鋼鐵由鐵或以鐵為主形成的物質(zhì)，稱為鋼鐵材料，鋼鐵材料是鐵和碳的合金。材料是鐵和碳的合金。鋼鐵材料按碳的質(zhì)量分數(shù)鋼鐵材料按碳的質(zhì)量分數(shù)WC進行分類進行分類工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵WC 0.0218%（1）鋼）鋼 鋼（鋼（0.0218% WC 2.11的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至1148時，將同時從液體中結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機械混合物，即萊氏體，常用符號Ld表示。由于奧氏體在727時轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以在室溫時萊氏體由珠光體和滲碳體所組成。為了區(qū)別起見，將727以上的萊氏體稱為高溫萊氏體Ld，在727以下的萊氏體稱為低溫萊氏體Ld，或稱

4、變態(tài)萊氏體。萊氏體的性能和滲碳體相似，硬度很高，塑性很差。第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的分類與組織金屬材料的分類與組織 三、鋼中常存雜質(zhì)元素的影響三、鋼中常存雜質(zhì)元素的影響 硫硫 磷磷第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的分類與組織金屬材料的分類與組織 硫硫 硫（硫（S）是由生鐵和燃料帶入的雜質(zhì)，煉鋼）是由生鐵和燃料帶入的雜質(zhì)，煉鋼時難以除盡。在固態(tài)下硫不溶于鐵，在鋼時難以除盡。在固態(tài)下硫不溶于鐵，在鋼中是有害元素。當鋼在中是有害元素。當鋼在1000 1200壓力壓力加工時，由于低熔點共晶體熔化，顯著減加工時，由于低熔點共晶體熔化，顯著減弱晶粒之間的聯(lián)系，使鋼材在壓力加工時弱晶粒之間的聯(lián)系，使鋼材在壓力加工時沿晶

5、界開裂，這種現(xiàn)象為熱脆。因此，鋼沿晶界開裂，這種現(xiàn)象為熱脆。因此，鋼中硫的質(zhì)量分數(shù)必須嚴格控制。中硫的質(zhì)量分數(shù)必須嚴格控制。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的分類與組織金屬材料的分類與組織 磷磷 磷（P）是由生鐵和燃料帶入的雜質(zhì)，煉鋼時難以除盡。磷能全部熔于鐵素體，提高了鐵素體的強度、硬度；但在室溫下鋼的塑性、韌性急劇下降，變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆。所以，磷是一種有害雜質(zhì)元素，因此要嚴格控制磷在鋼中的含量。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的分類與組織金屬材料的分類與組織 小結(jié) 1金屬材料分類 2鋼鐵基本組織 3鋼中常存雜質(zhì)元素的影響第二節(jié)第二節(jié) 汽車機械零件材料汽車機械零件材料 一、非合金鋼一、非合金鋼 二、合

6、金鋼二、合金鋼 三、鑄鋼三、鑄鋼 四、鑄鐵四、鑄鐵 五、有色金屬及其合金五、有色金屬及其合金 第二節(jié)第二節(jié) 汽車機械零件材料汽車機械零件材料 2）優(yōu)質(zhì)鋼 優(yōu)質(zhì)鋼是指在生產(chǎn)過程中需要特別控制硫、磷的含量。 硫、磷含量均應0.040%。 牌號用碳的質(zhì)量分數(shù)的萬分數(shù)表示 如10號鋼、20號鋼、35號鋼、45號鋼等。如20表示碳的質(zhì)量分數(shù)0.2%。 常用牌號如表1-2或GB/T 699-1999 。 2按含碳量分類按含碳量分類 1）低碳鋼）低碳鋼 低碳鋼是指碳的質(zhì)量分數(shù)低碳鋼是指碳的質(zhì)量分數(shù)Wc0.6% 的鐵碳的鐵碳合金。合金。 3按用途分類按用途分類 1）結(jié)構(gòu)鋼）結(jié)構(gòu)鋼 碳的質(zhì)量分數(shù)碳的質(zhì)量分數(shù)Wc

7、0.7%，這類鋼熱處理后具有高，這類鋼熱處理后具有高的硬度和耐磨性，主要用于制造工具，如制作的硬度和耐磨性，主要用于制造工具，如制作刃具、模具、量具等，用含碳量的千分數(shù)表示，刃具、模具、量具等，用含碳量的千分數(shù)表示，如如T7表示含碳量為千分之七。若為高級優(yōu)質(zhì)鋼表示含碳量為千分之七。若為高級優(yōu)質(zhì)鋼則在排號后附以則在排號后附以“A”字，如字，如T12A等。等。 牌號參見表牌號參見表1-3或合金工具鋼或合金工具鋼GB/T 1299-2000，高速工具鋼高速工具鋼GB/T 9943-2008 。 二、合金鋼二、合金鋼 常加的合金元素有：Mn（錳）、Si（硅）、Cr（鉻）、Ni（鎳）、Mo（鉬）、V（釩

8、）、Ti（鈦）、Nb（鈮）、Co（鈷）、Al（鋁）、B（硼）、Re（錸）等。 合金鋼的表示方法如40Cr、20CrMnTi、35SiMn、60Si2Mn、GCr15等。 牌號GB 3531-2008，GB/T8162-2008選用 第二節(jié)第二節(jié) 汽車機械零件材料汽車機械零件材料 六、新型材料六、新型材料 . 納米材料納米材料 2. 智能材料智能材料 3. 超導材料超導材料 4. 非晶態(tài)金屬非晶態(tài)金屬 5. 光導纖維光導纖維第二節(jié)第二節(jié) 汽車機械零件材料汽車機械零件材料 三、鑄鋼三、鑄鋼 鑄鋼牌號是 “ZG+數(shù)字+數(shù)字”。 第一組數(shù)字代表屈服極限，第二組數(shù)字代表強度極限。 合金鑄鋼是在的牌號前加

9、“ZG”后面的第一組數(shù)字表示鑄鋼的名義萬分碳含量的質(zhì)量分數(shù)，其后排列的是各主要合金元素符號及其名義質(zhì)量分數(shù)。 牌號參見GBT5613-1995 。第二節(jié)第二節(jié) 汽車機械零件材料汽車機械零件材料 四、鑄鐵四、鑄鐵 1普通灰鑄鐵普通灰鑄鐵 斷口呈灰色。牌號用：斷口呈灰色。牌號用：HT+數(shù)字數(shù)字 如：如：HT200、HT250等。等。 數(shù)字表示最低抗拉強度數(shù)字表示最低抗拉強度 200表示最低抗拉強度為表示最低抗拉強度為200MPa。 鑄鐵是含碳量鑄鐵是含碳量2.11%Wc6.69%或者組織中具或者組織中具有共晶組織的鐵碳合金。有共晶組織的鐵碳合金。 灰鑄鐵在機械中的應用灰鑄鐵在機械中的應用第二節(jié)第二

10、節(jié) 汽車機械零件材料汽車機械零件材料 四、鑄鐵四、鑄鐵 2球墨鑄鐵球墨鑄鐵 牌號牌號QT+數(shù)字數(shù)字+數(shù)字數(shù)字 第一組數(shù)字代表最低抗拉強度第一組數(shù)字代表最低抗拉強度 第二組數(shù)字代表斷后延伸率第二組數(shù)字代表斷后延伸率 如如QT500-7、QT900-2等。等。第二節(jié)第二節(jié) 汽車機械零件材料汽車機械零件材料 3可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 分類：黑心可鍛鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵與白心可鍛鑄鐵等。 性能：黑心可鍛鑄鐵具有一定的強度和較高的韌性；珠光體可鍛鑄鐵強度高、硬度高、耐磨性好。 牌號：黑心可鍛鑄鐵是“KTH+數(shù)字+數(shù)字”。 例：KTH300-6 ，強度-延伸率。 珠光體與白口可鍛鑄鐵：只是將KTH中的H改成Z與

11、B，其它不變。 用途：黑心可鍛鑄鐵用于制造承受沖擊和振動的零件。例如彈簧鋼板支座、機床上用的把手等。 珠光體與白口可鍛鑄鐵用于制造鑄造曲軸、凸輪軸、連桿及齒輪等重要零件。第二節(jié)第二節(jié) 汽車機械零件材料汽車機械零件材料 五、有色金屬及其合金五、有色金屬及其合金 1鋁及鋁合金鋁及鋁合金 1)工業(yè)純鋁 2)鋁合金 通過加入硅、銅、鎂、鋅、錳等合金元素 主要用于需要減輕質(zhì)量的零件和結(jié)構(gòu)。第二節(jié)第二節(jié) 汽車機械零件材料汽車機械零件材料 五、有色金屬及其合金五、有色金屬及其合金2銅及銅合金銅及銅合金 （1）純銅 （2）銅合金 1）錫青銅 2）鋁青銅 3）鈹青銅 第二節(jié)第二節(jié) 汽車機械零件材料汽車機械零件材

12、料 小結(jié) 一、非合金鋼一、非合金鋼 二、合金鋼二、合金鋼 三、鑄鋼三、鑄鋼 四、鑄鐵四、鑄鐵 五、有色金屬及其合金五、有色金屬及其合金第三節(jié)第三節(jié) 金屬材料的力學性能和工藝性能金屬材料的力學性能和工藝性能 金屬材料的力學性能是指金屬在力的作用金屬材料的力學性能是指金屬在力的作用下所顯示的如彈性、塑性、強度、硬度、下所顯示的如彈性、塑性、強度、硬度、韌性和疲勞強度等。韌性和疲勞強度等。 彈性是指物體在外力作用下改變其形狀和尺寸，當外力卸除后物體又回復到其原始形狀和尺寸的特性。1.3 金屬的力學性能和工藝性能 1強度與塑性 2硬度 3韌性 4疲勞 5工藝性能 一、強度與塑性一、強度與塑性 強度是指

13、金屬在外力作用下抵抗破壞的能強度是指金屬在外力作用下抵抗破壞的能力。力。 塑性是指金屬在外力作用下抵抗永久變形塑性是指金屬在外力作用下抵抗永久變形的能力。的能力。 1拉伸試驗拉伸試驗 1）拉伸試樣）拉伸試樣各種各樣試驗機各種各樣試驗機觀看試驗過程鑄鐵拉伸試驗塑材壓縮試驗 2強度指標強度指標 金屬材料抵抗拉伸力的強度指標有屈服極限、抗拉強度 1）屈服點和屈服應力AFSS2）抗拉強度AFbb3塑性指標塑性指標金屬材料的塑性，可以用拉伸試樣斷裂時的最大相對變形量來表示。1）斷后伸長率%100LLL0012）斷面收縮率 %100AAA010 二、硬度二、硬度 硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標，

14、也是指金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。 硬度測定指標分類硬度測定指標分類 1、布氏硬度（HBS） 2、洛氏硬度（HRC） 3、維氏硬度（HV） 硬度試驗機三、韌性三、韌性1試驗原理試驗原理擺錘具有勢能AKl。擺錘的剩余勢能為AK2擺錘沖斷試樣的沖擊功為：AK = AKlAK2 2沖擊韌度沖擊韌度 沖擊韌度用表示，單位是J/cm2。 AAakk 四、疲勞四、疲勞 1疲勞破壞現(xiàn)象疲勞破壞現(xiàn)象 機械零件中90以上是因疲勞造成的。 2疲勞強度疲勞強度金屬在循環(huán)應力作用下能經(jīng)受無限多次循環(huán)而不斷裂的最大應力值，稱為金屬的疲勞強度。對于對稱循環(huán)應力，其疲勞強度用1表示。工程中規(guī)定，

15、材工程中規(guī)定，材料在循環(huán)應力作料在循環(huán)應力作用下達到某一基用下達到某一基數(shù)而不斷裂時，數(shù)而不斷裂時，其最大應力就作其最大應力就作為該材料的疲勞為該材料的疲勞極限用極限用-1。一般鋼鐵材料的一般鋼鐵材料的循環(huán)基數(shù)取循環(huán)基數(shù)取N=107 。當金。當金屬材料在無數(shù)次屬材料在無數(shù)次N=107重復或交重復或交變載荷作用下而變載荷作用下而不致引起斷裂的不致引起斷裂的最大應力，叫做最大應力，叫做疲勞強度疲勞強度-1 五、工藝性能五、工藝性能 工藝性能是指金屬材料在制造機械零件和工藝性能是指金屬材料在制造機械零件和工具的過程中，適應各種冷、熱加工的性工具的過程中，適應各種冷、熱加工的性能。能。 1鑄造性能鑄造性能 2鍛造性能鍛造性能 3焊接性能焊接性能 4切削加工性能切削加工性能本章小結(jié)本章小結(jié)1.汽車機械常用材料分為塑性材料和脆性材料兩大類，塑性材料包括普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼和有色金屬等，是汽車機械用的最多的材料。2.材料在外力作用下的性能指標主要有強度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強度等。屈服極限是工程技術上重要的力學性能指標之一，也是大多數(shù)機械零件選材和設計的依據(jù)，屈服極限計算式為 抗拉強度是指試樣拉斷前承受的最大標稱拉應力，強度極限計算式為 試樣拉斷后標距伸長與原始標距的百分比稱為斷后伸長率，計算表達式為 洛氏硬度（HRC）， 洛氏硬度是生產(chǎn)中廣泛應用的一種硬度測定方法，常用來直