模塊二 汽車工程材料基礎(chǔ)知識

PAGE3·PAGE6·模塊二汽車工程材料基礎(chǔ)知識1、金屬材料的力學(xué)性能指的是什么？主要有那些指標(biāo)來衡量？答：在外力作用下，材料所表現(xiàn)出來的一系列特性和抵抗破壞的能力稱力學(xué)性能。材料的力學(xué)性能指標(biāo)分為強(qiáng)度、塑性、硬度，沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度等。2．什么是彈性變形？什么是塑性變形？答：隨著載荷的存在而產(chǎn)生、隨著載荷的去除而消失的變形稱為彈性變形。載荷卸掉后形變不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。3．什么是強(qiáng)度？什么是塑性？衡量這兩種性能的指標(biāo)有哪些？各用什么符號表示？答：金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強(qiáng)度。根據(jù)載荷的不同，可分為抗拉強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度等幾種。材料經(jīng)受較大塑性變形而不破壞的能力稱為塑性，用斷后伸長率和斷面收縮率來表示。4．什么是硬度？HBW、HRA、HRB、HRC各代表什么方法測出的硬度？答：硬度是材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，也可以說是指金屬材料抵抗比它更硬物體壓入其表面的能力。HBW布氏硬度；HRA、HRB、HRC都是洛氏硬度，只是壓頭以及總載荷不同：壓頭分別是金剛石圓錐、1/16鋼球、金剛石圓；總載荷分別為60kgf、100kgf、150kgf。5．什么是沖擊韌性？用什么符號表示？答：材料抵抗沖擊載荷作用的能力稱為沖擊韌性。用沖擊韌度k（J/m2）表示。6．什么是疲勞現(xiàn)象？為什么金屬的疲勞破壞具有很大的危險(xiǎn)性？答：當(dāng)零件在交變載荷作用下，在應(yīng)力遠(yuǎn)低于該材料的強(qiáng)度極限，甚至低于屈服極限時(shí)也會發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為金屬的疲勞，由此引起的斷裂稱為疲勞斷裂。由于斷裂通常發(fā)生在零件的使用過程中，且都不會出現(xiàn)明顯的塑性變形，斷裂時(shí)突然發(fā)生的，所以具有很大的危險(xiǎn)性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，損壞的機(jī)械零件中，有80～90%是由于金屬的疲勞造成的。7．汽車鋼板彈簧在長期工作后突然斷裂屬于哪類問題？與材料的哪些性能有關(guān)？答：屬于疲勞斷裂。主要與材料的疲勞強(qiáng)度有關(guān)。8．什么是金屬材料的工藝性能？它包括哪些具體的性能？答：工藝性能，是指材料在各種加工過程中所表現(xiàn)出來的適應(yīng)能力和難易程度。對于金屬材料來講，工藝性能主要包括鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能。9．隨著鋼中含碳量的增加，鋼的力學(xué)性能有何變化？為什么？圖5.13碳鋼的力學(xué)性能與碳含量的關(guān)系答：隨著鐵碳合金的碳含量增大，其室溫組織按F→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Ld′→Ld′→Ld′+Fe3CⅡ→Fe3C的順序變化。而P和Ld′都是F和Fe3C的機(jī)械混合物。所以，可以認(rèn)為鐵碳合金組織是隨著碳含量增大從F→F+Fe3C→Fe3C變化，并且兩者相對量的變化規(guī)律亦呈直線關(guān)系。圖5.13碳鋼的力學(xué)性能與碳含量的關(guān)系鐵素體強(qiáng)度、硬度低，但塑性、韌性好，起基體相作用；滲碳體則很硬脆，是強(qiáng)化相。因此，隨著碳含量的增加，鐵碳合金的硬度越來越高，而塑性、韌性越來越低。圖5.13為實(shí)驗(yàn)測得的碳含量wC與力學(xué)性能之間的關(guān)系曲線，可見韌性曲線k值下降的幅度比塑性指標(biāo)和要快，這說明韌性指標(biāo)對滲碳體量的增加更敏感。硬度的變化基本上是隨碳含量的增加呈直線上升。而強(qiáng)度是一個(gè)對組織形態(tài)很敏感的力學(xué)性能，在亞共析區(qū)，因?yàn)橹挥需F素體和滲碳體兩種組織的相對量變化，強(qiáng)度基本上是隨碳含量增加而直線上升；當(dāng)碳含量超過0.77%而進(jìn)入過共析區(qū)時(shí)，其組織為珠光體和滲碳體，由于有游離滲碳體的存在，使強(qiáng)度的增加趨緩；另外，二次滲碳體是在原先奧氏體的晶界處析出的，當(dāng)wC超過0.9%后，隨著碳含量增加，滲碳體含量增多，逐漸形成網(wǎng)狀，大大削弱了晶粒間的結(jié)合力，使強(qiáng)度急劇降低。因此在wC為0.9%處出現(xiàn)強(qiáng)度最大值，隨后強(qiáng)度則不斷下降。10.按用途分，碳鋼可分為哪幾類？各自的牌號如何表示？主要應(yīng)用如何？答：按用途分：①碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用做各種工程構(gòu)件、橋梁、建筑構(gòu)件和機(jī)器零部件等，一般為中低碳鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)雜質(zhì)含量高低又分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點(diǎn)“屈”字的拼音字首Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號和脫氧方法符號四個(gè)部分按順序組成。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼含碳量0.05%～0.9%，有害雜質(zhì)含量很少，通常經(jīng)過熱處理后可提高力學(xué)性能。由于其性能比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼好，所以應(yīng)用廣泛，常制造各種較重要的機(jī)械零件，如汽車中底盤中的大部分零件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用平均含碳量的萬分之幾（兩位數(shù)字）表示。如鋼號45，表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。②碳素工具鋼：主要用于制作各種刃具、量具、模具，一般為高碳鋼。碳素工具鋼的牌號用“T”加數(shù)字表示?！癟”為“碳”字的漢語拼音字首，數(shù)字表示平均含碳量的千分?jǐn)?shù)。11．指出Q235、45、T12的類型、含義、用途。Q235：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度為235Mpa。碳含量較低，而硫、磷等有害雜質(zhì)的含量較高，故強(qiáng)度不高，但塑性、韌性較好，焊接性能好，價(jià)格低廉，可用于制造焊、鉚、螺栓連接的一般工程構(gòu)件和不重要的一般機(jī)械零件，如貨車車架、發(fā)動機(jī)支架、后視鏡支桿等。45：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)wC為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，有害雜質(zhì)含量很少，通常經(jīng)過熱處理后可提高力學(xué)性能。常用于制造各種較重要的機(jī)械零件，比如汽車底盤中的大部分零件。T12：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)wC為1.2%的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。常用于制造刃具、量具、模具等。12．說明下列材料的牌號、含義。Q235、25、65Mn、T10、20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、QT400-15、HT250、ZG200-400、H68Q235：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度為235Mpa。碳含量較低，而硫、磷等有害雜質(zhì)的含量較高，故強(qiáng)度不高，但塑性、韌性較好，焊接性能好，價(jià)格低廉，可用于制造焊、鉚、螺栓連接的一般工程構(gòu)件和不重要的一般機(jī)械零件，如貨車車架、發(fā)動機(jī)支架、后視鏡支桿等。25：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)wC為0.25%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，有害雜質(zhì)含量很少，通常經(jīng)過熱處理后可提高力學(xué)性能。常用于制造各種較重要的機(jī)械零件。65Mn：優(yōu)質(zhì)碳素鋼，高的抗拉強(qiáng)度、屈強(qiáng)比（s/b）、疲勞強(qiáng)度，用于制造汽車彈簧、板簧和螺旋彈簧等彈性元件及耐磨件。T10：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)wC為1.0%的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。有一定的韌性和較高硬度，常用于制造絲錐、冷沖模等。20CrMnTi：合金滲碳鋼；經(jīng)滲碳熱處理后其表層硬度和耐磨性高，而心部具有高的韌性；一般用于制作汽車上各種變速齒輪等零件。40Cr：合金調(diào)質(zhì)鋼；具有較好的綜合力學(xué)性能；一般用于制作重要的齒輪、軸等零件。60Si2Mn：合金彈簧鋼；具有高的屈服強(qiáng)度和高的屈強(qiáng)比，足夠的韌性、塑性和彈性極限。一般用于制作彈簧零件。QT400-15：表示最低抗拉強(qiáng)度為400MPa，最小伸長率為15％的球墨鑄鐵，可制造一些受力復(fù)雜而強(qiáng)度、韌性及耐磨性要求高的零件。HT250：表示是最小抗拉強(qiáng)度為250MPa的灰鑄鐵，常用于制造形狀復(fù)雜但力學(xué)性能要求不高的箱體、叉架、殼體類零件，如缸蓋、缸體、變速撥叉、變速器殼等ZG200-400：表示屈服點(diǎn)為200MPA，抗拉強(qiáng)度為400MPA的高強(qiáng)度鑄造碳鋼。H68：表示平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%的普通黃銅。黃銅在轎車上用作轉(zhuǎn)向節(jié)襯套、鋼板彈簧襯套、抽套等耐磨件，也可用作散熱器冷凝器、冷卻管，還可用作裝飾件、供水排水管、油管接頭、制動三通接頭、墊片和墊圈。13.有色金屬與黑色金屬相比較，具有哪些優(yōu)良的性能，汽車上常用的有色金屬有哪幾種？答：有色金屬與黑色金屬相比較，產(chǎn)量低、價(jià)格高。但非鐵合金具有某些特殊的優(yōu)越性能，如密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等，成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的材料，在汽車中的應(yīng)用也日益廣泛。14、什么是熱處理？熱處理的主要對象是什么？常用的熱處理方法有哪些？答：金屬材料的熱處理是指金屬材料在固態(tài)下，采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的一種工藝方法。熱處理的主要對象是鋼。鋼的熱處理方法有退火、正火、淬火、回火及各種表面熱處理等。15、淬火鋼為什么必須回火？答：淬火處理所獲得的淬火馬氏體組織很硬、很脆，并存在很大的內(nèi)應(yīng)力而易于突然變形和開裂，因此除等溫淬火外，一切淬火鋼都必須進(jìn)行回火后才能使用。淬火后必須立即回火，其間隔時(shí)間最長也不宜超過一小時(shí)。回火的目的是消除或減少淬火應(yīng)力，降低脆性，防止零件變形開裂；穩(wěn)定組織，從而穩(wěn)定零件尺寸；調(diào)整力學(xué)性能，滿足零件的性能要求。16、表面熱處理的目的是什么？常用的表面熱處理方式有哪些？答：通過對金屬材料進(jìn)行表面熱處理，使零件表面具有高的硬度和耐磨性，而心部則保持其本身的塑性和韌性。常用的表面熱處理方法包括表面淬火和表面化學(xué)熱處理，前者只改變表面組織而不改變表面成分；后者同時(shí)改變表面組織和成分。17、工程上常用的非金屬材料包括哪幾類？各具有什么特性？在汽車上各有哪些應(yīng)用？汽車上常用的非金屬材料有：有機(jī)高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料。高分子材料質(zhì)輕、耐蝕、減振、價(jià)廉等。塑料在汽車上的應(yīng)用范圍涉及汽車的內(nèi)飾件、外裝件、功能件，如保險(xiǎn)杠、散熱器格柵、儀表板、燃油箱等。橡膠是在汽車上應(yīng)用廣泛，約占汽車總質(zhì)量的3%~6%，橡膠制品分布于汽車發(fā)動機(jī)及其附件、傳動、轉(zhuǎn)向、懸架、制動、電氣儀表及車身等系統(tǒng)內(nèi)，廣泛用做密封、減振、膠管、傳動帶與輪胎。陶瓷的共同特征是：耐熱性優(yōu)良；除絕緣性、半導(dǎo)體性之外，還具有磁性、介電性等多種功能；不易變形，斷裂時(shí)屬于脆性破壞；韌性低。特種陶瓷中的氧化鋁陶瓷高溫強(qiáng)度高、硬度高、耐磨性好，具有良好的絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性。但抗熱振性能差，不能承受溫度的突變。在汽車工業(yè)中的典型用途為火花塞絕緣體，汽車排氣凈化器、發(fā)動機(jī)缸蓋底板、缸套、活塞頂?shù)纫灿玫搅颂沾刹牧?。玻璃在汽車上主要用于車窗、擋風(fēng)玻璃等，轎車上玻璃的使用量約占轎車總質(zhì)量的3%。復(fù)合材料是指兩種或兩種以