汽車機(jī)械基礎(chǔ)第3章-汽車典型零件材料的選擇課件

1、第1篇 汽車工程材料 金屬材料的力學(xué)性能第1章常用金屬材料 第2章汽車典型零件材料的選擇 第3章非金屬材料第4章第3章 汽車典型零件材料的選擇 零件材料選擇的基本原則及方法3.1汽車典型零件的選材 3.2能力訓(xùn)練與拓展思考題3.1零件材料選擇的基本原則及方法機(jī)械零件材料的選擇一般遵守以下幾點。（1）材料使用性能應(yīng)滿足零件的使用要求。（2）材料的工藝性應(yīng)滿足加工要求。（3）選材時還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性。在保證產(chǎn)品使用性能的前提下，盡量采用生產(chǎn)和使用成本較低的材料。 （4）環(huán)境與資源原則。選材時，應(yīng)該充分考慮對環(huán)境的影響。要減少材料使用量、延長零件壽命、材料再利用率高、環(huán)境污染小、廢氣排放少、材料回收及降

2、解等對環(huán)境有益的原則進(jìn)行選材（5）積極推廣應(yīng)用新材料。3.2 汽車典型零件的選材3.2.1 發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇這里將介紹以下幾個部件的主體選材1、變速器齒輪2、車輛螺旋彈簧3、活塞銷4、發(fā)動機(jī)連桿5、曲軸6、凸輪軸7、氣門彈簧8、汽車半軸1、變速器齒輪的選材工 作 條 件小 齒 輪大 齒 輪速度載荷材料熱處理硬度材料熱處理硬度低速中載45正火200250HBS35正火150180HBSZG310-570調(diào)質(zhì)200250HBSZG270-500調(diào)質(zhì)190230HBS重載45整體淬火3848HRC35、ZG270-500整體淬火3540HRC中速中載45調(diào)質(zhì)220250HBS35、Z

3、G270-500調(diào)質(zhì)190230HBS45整體淬火3848HRC35整體淬火3540HRC40Cr40MnB調(diào)質(zhì)230280HBS45、50調(diào)質(zhì)220250HBSZG270-500180230HBS35、40190230HBS重載45整體淬火3848HRC35整體淬火3540HRC表面淬火4550HRC45調(diào)質(zhì)220250HBS40Cr40MnB整體淬火5342HRC35、40整體淬火3540HRC表面淬火5256HRC45、50表面淬火4550HRC高速中載，無猛烈沖擊40Cr40MnB整體淬火3542HRC35、40整體淬火3540HRC表面淬火5256HRC45、50表面淬火4550HR

4、C中載，有沖擊20Cr20Mn2B20MnVB20CrMnTi滲碳淬火5662HRCZG310-570正火160210HRC35調(diào)質(zhì)190230HBS20Cr20MnVB滲碳淬火5662HRC3.2 汽車典型零件的選材3.2.1 發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇2、車輛螺旋彈簧的選材該類彈簧在長期沖擊震動以及交變應(yīng)力作用下，利用彈性變形吸收沖擊能量來起到緩和沖擊力的效果，同時要求承受一定壓力，因此要求具有高的彈性極限，高的強(qiáng)度、足夠的韌性等，根據(jù)車輛載重的不同，選用不同的材料。輕型汽車常選用65Mn、60Si2Mn鋼；中型或重型汽車，板簧選用50CrMn, 55SiMnVB鋼；重型載重汽車大截

5、面板簧選用55SiMnMoV，55SiMnMoVNb鋼。3.2 汽車典型零件的選材3.2.1 發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇3、活塞銷的選材具有足夠的強(qiáng)度、剛度和韌性，表面耐磨性好、高的抗疲勞強(qiáng)度，質(zhì)量盡可能小，同時要求配合面有很高的光潔度、尺寸精度等。活塞銷的主要失效形式為表面磨損和疲勞裂紋。常見的材料為20、15C、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、20CrMnVB、20CrMnMo等低碳合金鋼。3.2 汽車典型零件的選材3.2.1 發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇4、發(fā)動機(jī)連桿的選材連桿的工作條件要求連桿既有較高的強(qiáng)度和抗疲勞性能；又有足夠的剛性和韌性。此外還應(yīng)盡量減小連桿自身的

6、質(zhì)量，以減小慣性力的作用。連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形，因此要求連桿材料必須具備優(yōu)良的綜合力學(xué)性能及高的抗疲勞強(qiáng)度。根據(jù)連桿的工作條件和失效形式，連桿通常采用中碳鋼和合金鋼模鍛或輥鍛而成，常用的材料有40、45、50、45Mn2、40Cr、35CrMo、42CrMo等3.2 汽車典型零件的選材3.2.1 發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇5.曲軸的選材曲軸必須具有足夠的強(qiáng)度、硬度、良好的耐磨性和高的抗疲勞性能、質(zhì)量要小、各工作表面要求耐磨、潤滑良好。曲軸的失效形式主要是疲勞斷裂和軸頸處磨損，有時也發(fā)生沖擊過載斷裂，個別情況下發(fā)生塑性變形或腐蝕失效。根據(jù)曲軸的工作條件和失效形式，對于中等

7、噸位的汽車和轎車，曲軸常用的材料為球墨鑄鐵和鋼。3.2 汽車典型零件的選材3.2.1 發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇6、凸輪軸選材凸輪軸必須具有良好的接觸疲勞強(qiáng)度和抗擦傷性，高硬度和較好的耐磨性，接觸表面具有足夠的強(qiáng)度和剛性，可承受氣門開啟的周期性沖擊載荷的作用。凸輪軸常用材料及熱處理工藝如表3-3所示。材 料預(yù)備熱處理熱 處 理15、20、15Cr、20Cr鋼調(diào)質(zhì)或正火滲碳淬火+低溫回火40、45、50鋼調(diào)質(zhì)或正火感應(yīng)淬火+低溫回火稀土鎂球墨鑄鐵正火感應(yīng)淬火或等溫淬火+低溫回火銅釩鉬合金鑄鐵低溫回火感應(yīng)淬火+低溫回火3.2 汽車典型零件的選材3.2.1 發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇7、

8、氣門彈簧選材氣門彈簧要求彈性好，屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度高，有一定的耐熱性。氣門彈簧也可用冷拔后經(jīng)油淬及回火后的鋼絲制造，繞制后經(jīng)300350加熱消除冷卷簧時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。氣門彈簧加工藝路線一般為冷卷成型淬火中溫回火噴丸強(qiáng)化兩端磨平。3.2 汽車典型零件的選材3.2.1 發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇8、汽車半軸選材 半軸的失效形式主要是疲勞斷裂（包括扭轉(zhuǎn)疲勞和彎曲疲勞斷裂）、過量變形、斷裂和表面過度磨損汽 車 類 型材 料預(yù)備熱處理整體調(diào)質(zhì)感應(yīng)淬火滲碳淬火桿部硬度/HRC法蘭硬度/HBW層深/mm硬度/HRC層深/mm硬度/HRC轎車和越野車40Cr254037442492.55455840Mn

9、B414724718CrMnTi1.51.8586342CrMo正火2832575458載貨汽車40Cr正火36496212CrNi4A正火1.21.6586340MnB正火47525840MnB正火187241HBW475263重型車40CrMnMo正火229269HBW40Cr退火255HBW3744247710505540CrNi47MnTi退火8106.57536054573.2.1 發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇1轎車身結(jié)構(gòu)簡介現(xiàn)代的轎車車身大都采用承載式車身，車身零件種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。按照車身零件的安裝位置和功用，可分為車身覆蓋件和車身構(gòu)架。車身覆蓋件是汽車車身的主要零件，影響

10、著汽車的美觀程度，因此質(zhì)量要求比較高。車身構(gòu)架包括底板總成和安全結(jié)構(gòu)件3.2.2 轎車車身常用材料2轎車車身材料的種類轎車車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同零件的結(jié)構(gòu)和功用不同，對材料的使用性能要求也不同，為滿足汽車節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適的要求，實現(xiàn)輕量化、高強(qiáng)度、高性能的目標(biāo)，構(gòu)成汽車的材料有很多種。通常按照材料的成分，將汽車材料分為金屬材料和非金屬材料兩大類。3.2.2 轎車車身常用材料1轎車身結(jié)構(gòu)簡介現(xiàn)代的轎車車身大都采用承載式車身，車身零件種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。按照車身零件的安裝位置和功用，可分為車身覆蓋件和車身構(gòu)架。車身覆蓋件是汽車車身的主要零件，影響著汽車的美觀程度，因此質(zhì)量要求比較高。車身構(gòu)架包括

11、底板總成和安全結(jié)構(gòu)件3.2.2 轎車車身常用材料3轎車身常用鋼材3.2.2 轎車車身常用材料類 型牌 號應(yīng) 用 方 式沸騰鋼05F、08F、10F、15F、20F沖壓件、結(jié)構(gòu)件鎮(zhèn)靜鋼05、08、10、15、20沖壓件、結(jié)構(gòu)件專用鋼08Mn、16Mn、06Ti、10Ti大梁專用Al脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板08Al沖壓件低碳鋼（ST）DC01、DC03、DC04、DC05、DC06沖壓件沖壓用BLC、BLD、BUSD、BUFD、BSUFD沖壓件高強(qiáng)度BP、BH、BLa、DP、TRIP沖壓件、結(jié)構(gòu)件熱軋鋼SAPH（310、370、400、440）結(jié)構(gòu)件表3-5汽車車身常用鋼材的類型、牌號能力訓(xùn)練與拓展1幾種

12、熱處理類型（1）整體熱處理：對工件整體進(jìn)行穿透加熱的熱處理。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。（2）局部熱處理：僅對工件的某一部位或幾個部位進(jìn)行熱處理的工藝。（3）表面熱處理：為改變工件表面的組織與性能，僅對其表面進(jìn)行的熱處理工藝。能力訓(xùn)練與拓展1幾種熱處理類型（4）化學(xué)熱處理：將工件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理?；瘜W(xué)熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學(xué)成分。主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬、復(fù)合滲等（5）預(yù)備熱處理：為調(diào)整原始組織，以保證工件最終熱處理或（和）切削件質(zhì)量，預(yù)先熱處理的工藝。

13、（6）穩(wěn)定化處理：為使工件在長期服役的條件下形狀和尺寸變化能夠保持在規(guī)定范圍內(nèi)的熱處理。能力訓(xùn)練與拓展2常用熱處理工藝簡述退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”熱處理工藝一般包括加熱、保溫和冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。 退火：指金屬材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋３忠欢ǖ臅r間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。 正火：工件加熱到奧氏體化后在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。 淬火：工件加熱到奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻獲得馬氏體或（和）貝氏體組織的熱處理工藝。能力訓(xùn)練與拓展2常用熱處理工藝簡述退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”熱處理工藝一般包括加熱、

14、保溫和冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。 回火：指鋼件經(jīng)淬硬后，再加熱到710以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。 固溶處理：指使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體并提高韌性及抗蝕性能，消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工成型的工藝。 時效處理和時效：工件經(jīng)過固溶熱處理或淬火后在室溫放置或稍高于室溫的適當(dāng)溫度保持，以達(dá)到沉淀硬化的目的。在室溫下稱為自然時效，在高于室溫下進(jìn)行的稱人工時效。能力訓(xùn)練與拓展2常用熱處理工藝簡述 鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是對鋼的表層同時滲入碳和氮的過程。 調(diào)質(zhì)處理：一般習(xí)慣將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理。 釬焊：用釬料將兩種工件黏合在一起的熱處理工藝。復(fù)習(xí)思考題3-1 什么是熱處理？零件熱處理的類型有哪些？ 3-2 熱處理的技術(shù)內(nèi)容包括哪些？3-3 熱處理的工藝有哪些？3-4 汽車車身常用材料有哪些？3-5 彈簧的工作條件是什么樣的，常見的失效形式有哪些？氣門彈