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汽车常用工程材料.ppt
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1、第二部分第二部分 汽汽车材料材料第第6章章 汽汽车常用工程材料常用工程材料 www.xunchi- 1.本章本章导读n n 一般来一般来一般来一般来讲讲,一,一,一,一辆辆汽汽汽汽车车由由由由3 3万个零件万个零件万个零件万个零件组组装而成。汽装而成。汽装而成。汽装而成。汽车车上每上每上每上每个零件的生个零件的生个零件的生个零件的生产产制造都涉及到材料制造都涉及到材料制造都涉及到材料制造都涉及到材料问题问题。据。据。据。据统计统计,汽,汽,汽,汽车车上上上上的零部件采用了的零部件采用了的零部件采用了的零部件采用了40004000余种不同的材料加工制造。从汽余种不同的材料加工制造。从汽余种不同的
2、材料加工制造。从汽余种不同的材料加工制造。从汽车车的的的的设计设计、选选材、加工制造、到汽材、加工制造、到汽材、加工制造、到汽材、加工制造、到汽车车的使用、的使用、的使用、的使用、维维修和养修和养修和养修和养护护无一不涉及到材料。无一不涉及到材料。无一不涉及到材料。无一不涉及到材料。n n用以制造各种汽用以制造各种汽用以制造各种汽用以制造各种汽车车零件的材料零件的材料零件的材料零件的材料统统称称称称为为汽汽汽汽车车工程材料。一工程材料。一工程材料。一工程材料。一般将其分般将其分般将其分般将其分为为两大两大两大两大类类:金属材料和非金属材料。在目前机:金属材料和非金属材料。在目前机:金属材料和非
3、金属材料。在目前机:金属材料和非金属材料。在目前机械工械工械工械工业业生生生生产产中,普遍使用中,普遍使用中,普遍使用中,普遍使用钢铁钢铁、铜铜、铝铝等金属材料;此等金属材料;此等金属材料;此等金属材料;此外,工程塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料的外,工程塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料的外,工程塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料的外,工程塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料的应应用也日用也日用也日用也日趋趋广泛。具体分广泛。具体分广泛。具体分广泛。具体分类类如下。如下。如下。如下。2.3.本章要点本章要点n n1 1金属材料的主要性能金属材料的主要性能金属材料的主要性能金属材料的主要性能n n2 2汽汽汽汽车车常
4、用金属材料和非金属材料的分常用金属材料和非金属材料的分常用金属材料和非金属材料的分常用金属材料和非金属材料的分类类、特点及、特点及、特点及、特点及应应用用用用n n3 3钢热处钢热处理的特点、方法及理的特点、方法及理的特点、方法及理的特点、方法及应应用用用用n n4 4汽汽汽汽车车新型材料的新型材料的新型材料的新型材料的选选用用用用4.6.1 金属材料的主要性能金属材料的主要性能n n6.1.1金属材料的力学性能金属材料的力学性能n n金属材料的力学性能主要决定于材料本身的化学成分、金属材料的力学性能主要决定于材料本身的化学成分、金属材料的力学性能主要决定于材料本身的化学成分、金属材料的力学性
5、能主要决定于材料本身的化学成分、组织结组织结构、冶金构、冶金构、冶金构、冶金质质量、表面和内部的缺陷等内在因素,量、表面和内部的缺陷等内在因素,量、表面和内部的缺陷等内在因素,量、表面和内部的缺陷等内在因素,但一些外在因素如但一些外在因素如但一些外在因素如但一些外在因素如载载荷性荷性荷性荷性质质、温度、温度、温度、温度、环环境介境介境介境介质质等也会影等也会影等也会影等也会影响到材料的力学性能。因此,力学性能不响到材料的力学性能。因此,力学性能不响到材料的力学性能。因此,力学性能不响到材料的力学性能。因此,力学性能不仅仅是是是是验验收,收,收,收,鉴鉴定材料性能的主要依据,而且也是零件定材料性
6、能的主要依据,而且也是零件定材料性能的主要依据,而且也是零件定材料性能的主要依据,而且也是零件设计设计和和和和选择选择材料材料材料材料的重要依据。的重要依据。的重要依据。的重要依据。n n属材料的力学性能是指金属材料在外加属材料的力学性能是指金属材料在外加属材料的力学性能是指金属材料在外加属材料的力学性能是指金属材料在外加载载荷(外力)作荷(外力)作荷(外力)作荷(外力)作用下表用下表用下表用下表现现出来的特性。出来的特性。出来的特性。出来的特性。载载荷按其作用形式的不同,分荷按其作用形式的不同,分荷按其作用形式的不同,分荷按其作用形式的不同,分为为静静静静载载荷、冲荷、冲荷、冲荷、冲击载击载
7、荷和交荷和交荷和交荷和交变载变载荷等。荷等。荷等。荷等。n n一一一一 金属材料的静金属材料的静金属材料的静金属材料的静态态力学性能力学性能力学性能力学性能 金属的静金属的静金属的静金属的静态态力学性能指力学性能指力学性能指力学性能指标标包括塑性、包括塑性、包括塑性、包括塑性、强强度、硬度等。下面以低碳度、硬度等。下面以低碳度、硬度等。下面以低碳度、硬度等。下面以低碳钢钢静静静静载载荷拉伸荷拉伸荷拉伸荷拉伸试验为试验为例例例例说说明金属材料的各个静明金属材料的各个静明金属材料的各个静明金属材料的各个静态态力学性能指力学性能指力学性能指力学性能指标标。5.n n1.1.静静静静载载荷拉伸荷拉伸荷
8、拉伸荷拉伸试验试验n n静静静静载载荷拉伸荷拉伸荷拉伸荷拉伸试验试验是材料学里非常重要的是材料学里非常重要的是材料学里非常重要的是材料学里非常重要的试验试验,通,通,通,通过过拉伸拉伸拉伸拉伸试验试验可以可以可以可以测测定金属的定金属的定金属的定金属的强强度和塑性指度和塑性指度和塑性指度和塑性指标标。n n静静静静载载荷拉伸荷拉伸荷拉伸荷拉伸试验试验的原理:用静拉力(的原理:用静拉力(的原理:用静拉力(的原理:用静拉力(载载荷)荷)荷)荷)对对待待待待测样测样本本本本进进行行行行轴轴向拉伸,同向拉伸,同向拉伸,同向拉伸,同时连续测时连续测量并量并量并量并记录试验记录试验力的大小和相力的大小和相
9、力的大小和相力的大小和相应应的的的的试样试样伸伸伸伸长长量,一直到量,一直到量,一直到量,一直到试样试样断裂。根据断裂。根据断裂。根据断裂。根据测测量的数据,量的数据,量的数据,量的数据,即可得出有关的力学性能指即可得出有关的力学性能指即可得出有关的力学性能指即可得出有关的力学性能指标标,如,如,如,如图图6-16-1所示。所示。所示。所示。图图6-1 6-1 静静静静载载荷拉伸荷拉伸荷拉伸荷拉伸试验试验6.n n图图6-26-2所示是低碳所示是低碳所示是低碳所示是低碳钢钢拉伸曲拉伸曲拉伸曲拉伸曲线图线图。纵纵坐坐坐坐标标表示表示表示表示试样试样受到受到受到受到的静拉力(的静拉力(的静拉力(的
10、静拉力(载载荷)荷)荷)荷)F F,单单位位位位为为NN,横坐,横坐,横坐,横坐标标表示表示表示表示试样试样的伸的伸的伸的伸长长量量量量L L,单单位位位位为为mmmm。图图6-5 6-5 洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度试验试验原理原理原理原理图图 2.2.维维氏硬度氏硬度氏硬度氏硬度n n维维氏硬度的氏硬度的氏硬度的氏硬度的测测量原理基本与布氏硬度相同,不同的是所量原理基本与布氏硬度相同,不同的是所量原理基本与布氏硬度相同,不同的是所量原理基本与布氏硬度相同,不同的是所加加加加载载荷荷荷荷较较小,小,小,小,压头压头是是是是顶顶角角角角为为136136的正四棱的正四棱的正四棱的正四棱锥锥金
11、金金金刚刚石石石石压头压头,在被在被在被在被测测材料的表面得到的是四方材料的表面得到的是四方材料的表面得到的是四方材料的表面得到的是四方锥锥形形形形压压痕。痕。痕。痕。7.n n二、二、二、二、金属材料的金属材料的金属材料的金属材料的动态动态力学性能力学性能力学性能力学性能n n1 1冲冲冲冲击韧击韧度度度度n n冲冲冲冲击韧击韧度是指零件承受一次或数次大能量冲度是指零件承受一次或数次大能量冲度是指零件承受一次或数次大能量冲度是指零件承受一次或数次大能量冲击击的能力。的能力。的能力。的能力。通常采用一次通常采用一次通常采用一次通常采用一次摆锤摆锤冲冲冲冲击试验击试验来来来来测测定材料的冲定材料
12、的冲定材料的冲定材料的冲击韧击韧度度度度kkn nk=Akk=AkF Fn n式中,式中,式中,式中,AkAk为为冲冲冲冲击击功(功(功(功(J J),F,F为试样为试样缺口缺口缺口缺口处处的截面的截面的截面的截面积积(cm2cm2),k,k的的的的单单位位位位为为J Jcmcm2 2。n n2 2 疲疲疲疲劳强劳强度度度度n n疲疲疲疲劳强劳强度是指材料度是指材料度是指材料度是指材料经经无数次的无数次的无数次的无数次的应应力循力循力循力循环环仍不断裂的最大仍不断裂的最大仍不断裂的最大仍不断裂的最大应应力,用以表征材料抵抗疲力,用以表征材料抵抗疲力,用以表征材料抵抗疲力,用以表征材料抵抗疲劳劳
13、断裂的能力。断裂的能力。断裂的能力。断裂的能力。测试测试材料的材料的材料的材料的疲疲疲疲劳强劳强度最度最度最度最简单简单的方法是旋的方法是旋的方法是旋的方法是旋转转弯曲疲弯曲疲弯曲疲弯曲疲劳试验劳试验。试验测试验测得得得得的材料所受循的材料所受循的材料所受循的材料所受循环应环应力力力力 与断裂前的循与断裂前的循与断裂前的循与断裂前的循环环次数次数次数次数NN的关系曲的关系曲的关系曲的关系曲线线称称称称为为疲疲疲疲劳劳曲曲曲曲线线,如,如,如,如图图6-7 6-7 所示。由所示。由所示。由所示。由图图中可以看出,循中可以看出,循中可以看出,循中可以看出,循环应环应力越小,力越小,力越小,力越小,
14、则则材料断裂前所承受的循材料断裂前所承受的循材料断裂前所承受的循材料断裂前所承受的循环环次数越多。当次数越多。当次数越多。当次数越多。当应应力降低到某一力降低到某一力降低到某一力降低到某一值时值时,曲,曲,曲,曲线趋线趋于水平,即表示在于水平,即表示在于水平,即表示在于水平,即表示在该应该应力力力力作用下,材料作用下,材料作用下,材料作用下,材料经经无数次的无数次的无数次的无数次的应应力作用达到某一基数而不断力作用达到某一基数而不断力作用达到某一基数而不断力作用达到某一基数而不断时时,其最大,其最大,其最大,其最大应应力就作力就作力就作力就作为该为该材料的疲材料的疲材料的疲材料的疲劳劳极限,一
15、般极限,一般极限,一般极限,一般钢铁钢铁材材材材料的循料的循料的循料的循环环次数取次数取次数取次数取107107次。次。次。次。8.图图6-6 6-6 疲疲疲疲劳劳曲曲曲曲线线示意示意示意示意图图n n6.1.2 金属材料的物理、化学及工金属材料的物理、化学及工艺性能性能n n1 1 材料的物理性能材料的物理性能材料的物理性能材料的物理性能n n材料的物理性能是指材料的固有属性,如密度、熔点、材料的物理性能是指材料的固有属性,如密度、熔点、材料的物理性能是指材料的固有属性,如密度、熔点、材料的物理性能是指材料的固有属性,如密度、熔点、导热导热性、性、性、性、导电导电性、性、性、性、热热膨膨膨膨
16、胀胀性、磁性和色性、磁性和色性、磁性和色性、磁性和色泽泽等。常用金属等。常用金属等。常用金属等。常用金属材料的物理性能材料的物理性能材料的物理性能材料的物理性能见见表表表表6-16-1n n表表表表6-1 6-1 常用金属材料的物理性能常用金属材料的物理性能常用金属材料的物理性能常用金属材料的物理性能9.注:密度的注:密度的注:密度的注:密度的单单位位位位为为(kg/mkg/m)x10 x10;熔点的;熔点的;熔点的;熔点的单单位位位位为为;热热导导率的率的率的率的单单位位位位为为W/(mW/(m K)K);线线膨膨膨膨胀胀系数的系数的系数的系数的单单位位位位为为K-1x10-6K-1x10-
17、6;电电阻率的阻率的阻率的阻率的单单位位位位为为(mm)x10-6x10-6;磁;磁;磁;磁导导率的率的率的率的单单位位位位为为H/mH/m。10.n n(1 1)密度)密度)密度)密度 材料的密度是指材料的密度是指材料的密度是指材料的密度是指单单位体位体位体位体积积物物物物质质的的的的质质量,用符量,用符量,用符量,用符号号号号 表示,表示,表示,表示,单单位位位位为为kgkgm3.m3.n n(2 2)熔点)熔点)熔点)熔点 熔点是指材料由固熔点是指材料由固熔点是指材料由固熔点是指材料由固态态向液向液向液向液态转变态转变的温度。的温度。的温度。的温度。n n(3 3)导热导热性性性性 材料
18、的材料的材料的材料的导热导热性是指材料性是指材料性是指材料性是指材料传导热传导热量的能力。量的能力。量的能力。量的能力。常用常用常用常用导热导热率(亦称率(亦称率(亦称率(亦称导热导热系数)系数)系数)系数)表示,表示,表示,表示,单单位位位位为为WW(mm K K)。)。)。)。n n(4 4)导电导电性性性性 材料材料材料材料传导电传导电流的能力称流的能力称流的能力称流的能力称为导电为导电性。性。性。性。n n(5 5)热热膨膨膨膨胀胀性性性性 材料的材料的材料的材料的热热膨膨膨膨胀胀性是指材料随着温度的性是指材料随着温度的性是指材料随着温度的性是指材料随着温度的变变化化化化产产生膨生膨生
19、膨生膨胀胀、收、收、收、收缩缩的特性。的特性。的特性。的特性。(6 6)磁性)磁性)磁性)磁性 材料能被磁材料能被磁材料能被磁材料能被磁场场吸引或被磁化的性能称吸引或被磁化的性能称吸引或被磁化的性能称吸引或被磁化的性能称为为磁性磁性磁性磁性或或或或导导磁性。磁性。磁性。磁性。2 2材料的化学性能材料的化学性能材料的化学性能材料的化学性能材料的化学性能是指材料抵抗周材料的化学性能是指材料抵抗周材料的化学性能是指材料抵抗周材料的化学性能是指材料抵抗周围围介介介介质质侵侵侵侵蚀蚀的能力。的能力。的能力。的能力。11.n n(1 1)耐)耐)耐)耐蚀蚀性性性性 (2 2)抗氧化性)抗氧化性)抗氧化性)
20、抗氧化性 n n3 3材料的工材料的工材料的工材料的工艺艺性能性能性能性能n n金属材料的工金属材料的工金属材料的工金属材料的工艺艺性能是指金属材料在加工性能是指金属材料在加工性能是指金属材料在加工性能是指金属材料在加工过过程中所具有程中所具有程中所具有程中所具有的和表的和表的和表的和表现现出来的性能。出来的性能。出来的性能。出来的性能。n n(1 1)铸铸造性能(造性能(造性能(造性能(2 2)锻锻造性能(造性能(造性能(造性能(3 3)焊焊接性能(接性能(接性能(接性能(4 4)切削)切削)切削)切削加工性能(加工性能(加工性能(加工性能(5 5)热处热处理工理工理工理工艺艺性能性能性能性
21、能6.2 汽汽车常用金属材料常用金属材料n n根据含碳量的不同,可将根据含碳量的不同,可将根据含碳量的不同,可将根据含碳量的不同,可将铁铁碳合金分碳合金分碳合金分碳合金分为为三三三三类类n n 工工工工业纯铁业纯铁 n n钢钢 根据含碳量及室温根据含碳量及室温根据含碳量及室温根据含碳量及室温组织组织的不同,又可分的不同,又可分的不同,又可分的不同,又可分为为以下三以下三以下三以下三类类:n n共析共析共析共析钢钢含碳量含碳量含碳量含碳量为为0.77%0.77%n n亚亚共析共析共析共析钢钢含碳量小于含碳量小于含碳量小于含碳量小于0.77%0.77%n n过过共析共析共析共析钢钢含碳量大于含碳量
22、大于含碳量大于含碳量大于0.77%0.77%n n生生生生铁铁 含碳量大于含碳量大于含碳量大于含碳量大于2.11%2.11%的的的的铁铁碳合金称碳合金称碳合金称碳合金称为为生生生生铁铁。12.n n 6.2 汽汽车常用金属材料常用金属材料n n6.2.1 碳碳钢n n碳碳碳碳钢钢,又称碳素,又称碳素,又称碳素,又称碳素钢钢,通常指含碳量小于,通常指含碳量小于,通常指含碳量小于,通常指含碳量小于2.11%2.11%的的的的铁铁碳合金。碳合金。碳合金。碳合金。n n(一)常(一)常(一)常(一)常见杂质见杂质元素元素元素元素对对碳碳碳碳钢钢性能的影响性能的影响性能的影响性能的影响n n 在在在在实
23、际实际生生生生产产中使用的碳中使用的碳中使用的碳中使用的碳钢钢,不,不,不,不单纯单纯是是是是铁铁和碳和碳和碳和碳组组成的合金,成的合金,成的合金,成的合金,还还包包包包含有含有含有含有锰锰、硅、硫、磷等、硅、硫、磷等、硅、硫、磷等、硅、硫、磷等杂质杂质元素,它元素,它元素,它元素,它们对们对碳碳碳碳钢钢的性能有一定的影的性能有一定的影的性能有一定的影的性能有一定的影响。响。响。响。n n(1 1)锰锰 锰锰是是是是钢钢中的有益元素,由于中的有益元素,由于中的有益元素,由于中的有益元素,由于炼钢时炼钢时用用用用锰铁锰铁脱氧而残留在脱氧而残留在脱氧而残留在脱氧而残留在钢钢中的。中的。中的。中的。
24、n n(2 2)硅)硅)硅)硅 硅也是硅也是硅也是硅也是钢钢的有益元素的有益元素的有益元素的有益元素。n n(3 3)硫)硫)硫)硫 硫是硫是硫是硫是钢钢的有害元素,是在的有害元素,是在的有害元素,是在的有害元素,是在炼钢时炼钢时由由由由矿矿石和燃料石和燃料石和燃料石和燃料带带入入入入钢钢中中中中的,的,的,的,难难以除尽。以除尽。以除尽。以除尽。n n(4 4)磷)磷)磷)磷 磷是磷是磷是磷是钢钢中的有害元素,也在中的有害元素,也在中的有害元素,也在中的有害元素,也在炼钢时炼钢时由由由由矿矿石石石石带带入入入入钢钢中的。中的。中的。中的。13.n n(二)碳(二)碳钢的分的分类碳素钢碳素钢碳
25、素工具碳素工具钢 T7、T8、T13、碳素碳素结构构钢铸钢 ZG270-500ZG270-500、ZG310-570ZG310-570普通碳素普通碳素结构构钢 Q195、Q215、优质碳素碳素结构构钢 08、10、15、碳素碳素钢14.n n(三)碳(三)碳钢的牌号、性能和用途的牌号、性能和用途n n1 1 普通碳素普通碳素普通碳素普通碳素结结构构构构钢钢n n(1 1)质质量等量等量等量等级级符号含符号含符号含符号含义义 A A级级的硫、磷的含量最低,的硫、磷的含量最低,的硫、磷的含量最低,的硫、磷的含量最低,DD级级的硫、磷的含量最高。的硫、磷的含量最高。的硫、磷的含量最高。的硫、磷的含量
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