學(xué)習(xí)單元2汽車材料

1、學(xué)習(xí)單元二 汽車工程材料本單元的學(xué)習(xí)任務(wù)可以分為： 學(xué)習(xí)任務(wù)一 低碳鋼拉伸試驗(yàn)及拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的繪制 學(xué)習(xí)任務(wù)二 汽車典型零件選材及熱處理 學(xué)習(xí)任務(wù)三 有色金屬與非金屬材料在汽車上的應(yīng)用學(xué)習(xí)任務(wù)一 低碳鋼拉伸試驗(yàn)及拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的繪制任務(wù)描述任務(wù)描述 低碳鋼拉伸試驗(yàn)可以非常形象地描述材料的力學(xué)性能，通過(guò)繪制低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線圖，使學(xué)生熟悉拉伸試驗(yàn)的過(guò)程與方法，掌握低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線圖的繪制方法，掌握金屬材料的力學(xué)性能。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.學(xué)習(xí)金屬材料的力學(xué)性能；2.學(xué)會(huì)繪制低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。計(jì)劃與實(shí)施計(jì)劃與實(shí)施一、引導(dǎo)學(xué)生分組并結(jié)合已經(jīng)學(xué)習(xí)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生回答以下問(wèn)題1、什么是

2、拉伸試驗(yàn)？2、什么是應(yīng)力？什么是應(yīng)變？3、低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖上的橫縱坐標(biāo)分別表示什么？二、學(xué)生準(zhǔn)備繪制低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖的工具，包括繪圖紙、鉛筆，直尺等。三、拉伸試驗(yàn)?？梢圆捎靡曨l、動(dòng)畫、真實(shí)試驗(yàn)演示等方式。四、學(xué)生根據(jù)拉伸試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)，繪制出低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。 學(xué)習(xí)參考書學(xué)習(xí)參考書學(xué)習(xí)單元二學(xué)習(xí)單元二 汽車工程材料汽車工程材料學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一 低碳鋼拉伸試驗(yàn)及拉伸應(yīng)低碳鋼拉伸試驗(yàn)及拉伸應(yīng)力力-應(yīng)變曲線的繪制應(yīng)變曲線的繪制 金屬材料的性能分為使用性能和工藝性能。使用性能是指金屬材料在使用過(guò)程中反映出來(lái)的特性，它決定金屬材料的應(yīng)用范圍、安全可靠性和使用壽命。使用性能又分為機(jī)械性

3、能、物理性能和化學(xué)性能。工藝性能是指金屬材料在制造加工過(guò)程中反映出來(lái)的各種特性，是決定它是否易于加工或如何進(jìn)行加工的重要因素。在選用金屬材料和制造機(jī)械零件時(shí)，主要考慮機(jī)械性能和工藝性能。在某些特定條件下工作的零件，還要考慮物理性能和化學(xué)性能。一、金屬材料的使用性能（一）金屬材料的機(jī)械性能 不同的金屬材料表現(xiàn)出來(lái)的機(jī)械性能是不一樣的。衡量金屬材料機(jī)械性能的主要指標(biāo)有強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。1、強(qiáng)度 金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。按外力作用的方式不同，可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度等。一般所說(shuō)的強(qiáng)度是指抗拉強(qiáng)度。它作為最基本的強(qiáng)度指標(biāo)，是用金屬拉伸試驗(yàn)

4、方法測(cè)出來(lái)的。將一截面為圓形的低碳鋼拉伸試樣裝夾在拉伸試驗(yàn)機(jī)的夾具上，緩慢加載，隨著外力（負(fù)荷）的不斷增加，試樣會(huì)產(chǎn)生拉伸變形，長(zhǎng)度不斷增加，直至試樣斷裂，如下圖所示。（a）拉伸前 （b）拉伸后（c）拉斷后低碳鋼拉伸試驗(yàn)測(cè)得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2-2所示。由圖2-2可以看出，整個(gè)拉伸過(guò)程可以分為以下幾個(gè)階段：彈性變形階段（圖中Oe段）：試樣的變形量與外加載荷成正比，載荷卸掉后，試樣恢復(fù)到原來(lái)的尺寸。屈服階段（圖中es段）：在這個(gè)階段，試件既有彈性變形也發(fā)生了塑性變形，所以卸掉載荷之后，一部分形變恢復(fù)，還有一部分不能恢復(fù)。不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。s點(diǎn)稱為屈服點(diǎn)。明顯塑性變形階段（圖中sd段）

5、：該階段載荷不再增加，試件繼續(xù)變形。強(qiáng)化階段（圖中db段）：為了使試件繼續(xù)變形，載荷必須不斷增加。隨著塑性變形增大，材料變形抗力也逐漸增加。頸縮階段（圖中bk段）：載荷達(dá)到最大值時(shí)，試樣的直徑發(fā)生局部收縮，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象。隨后，試樣承受拉伸力的能力迅速減小，最后試件在頸縮處被拉斷。圖2-2 低碳鋼拉伸曲線（應(yīng)力-應(yīng)變曲線）通過(guò)分析低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)其變形特點(diǎn)可分為以下幾項(xiàng)：（1）彈性極限e彈性極限是指金屬材料保持彈性變形的最大應(yīng)力。（2）屈服點(diǎn)s屈服點(diǎn)是指金屬材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力，即材料發(fā)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力。（3）抗拉強(qiáng)度b是指金屬材料斷裂前能承受的最大

6、應(yīng)力。2、塑性塑性是指金屬在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不斷裂的能力。其大小用材料在斷裂前的最大變形量來(lái)衡量。反映材料塑性的力學(xué)性能指標(biāo)有伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。（1）伸長(zhǎng)率是指試樣被拉斷后，試樣標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距的百分比；（2）斷面收縮率是指試樣被拉斷后，其斷面截面積的最大收縮量與試樣原始橫截面面積的百分比；3、硬度 金屬材料抵抗集中負(fù)荷作用的性能稱為硬度。換句話說(shuō)，硬度是金屬材料抵抗硬物壓入的能力。材料的硬度是強(qiáng)度、塑性和加工硬化傾向的綜合反映。硬度與強(qiáng)度之間往往有一定的概略比例關(guān)系，并在很大程度上反映出材料的耐磨性能。此外，硬度測(cè)定方法簡(jiǎn)便，不需制備特殊的試樣，可以直接在零件上進(jìn)行測(cè)定，而不

7、損壞工件。所以硬度通常在生產(chǎn)上作為熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)的主要方法。在實(shí)際生產(chǎn)中所采用的硬度測(cè)試方法有以下兩種：（1）布氏硬度HBW。布氏硬度是在布氏硬度計(jì)上進(jìn)行測(cè)量的，用一定直徑的壓頭（球體），以相應(yīng)試驗(yàn)力壓入待測(cè)表面，保持規(guī)定時(shí)間卸載后，測(cè)量材料表面壓痕直徑，以此計(jì)算出硬度值，如圖2-3所示。圖2-3 布氏硬度試驗(yàn)原理圖（1）洛氏硬度HR。洛氏硬度的測(cè)定是在洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，試驗(yàn)原理見(jiàn)圖2-4。這種硬度測(cè)量方法測(cè)量操作簡(jiǎn)單，方便快捷，壓痕小，而且測(cè)量范圍大，能測(cè)較薄工件。但是測(cè)量精度較低，可比性差，不同標(biāo)尺的硬度值不能比較。圖2-4 洛氏硬度試驗(yàn)原理圖4、疲勞強(qiáng)度 金屬材料在重復(fù)或交變負(fù)荷的

8、作用下，循環(huán)一定周次后，斷裂時(shí)所能承受的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度。材料的疲勞強(qiáng)度是通過(guò)各種條件下的疲勞試驗(yàn)確定的。對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)下的疲勞極限通常是在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上用光滑試樣測(cè)定。 材料的疲勞極限是材料機(jī)械性能中的一個(gè)重要性能。凡承受交變負(fù)荷的機(jī)器零件在設(shè)計(jì)時(shí)需用疲勞極限進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。在斷裂的零件中，絕大多數(shù)是交變負(fù)荷下工作的，如往復(fù)機(jī)的曲軸，各種機(jī)器的主軸、齒輪、彈簧等。它們的主要破壞形式是疲勞斷裂，而且疲勞斷裂中大多數(shù)是突然發(fā)生的，通常所承受的應(yīng)力也小于材料的屈服強(qiáng)度。因此，疲勞斷裂具有很大的危險(xiǎn)性。 材料的疲勞極限是材料機(jī)械性能中最敏感的性能之一。受各種內(nèi)因和外因的影響。例如工作時(shí)的負(fù)荷性

9、質(zhì)、環(huán)境溫度和介質(zhì)；零件的幾何尺寸、表面加工的質(zhì)量及處理；材料的化學(xué)成分、內(nèi)部組織及缺陷等，都顯著地影響疲勞極限。為了提高機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度，除了根據(jù)強(qiáng)度要求正確選材外，合理地設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu)形狀，避免應(yīng)力集中，提高零件的表面質(zhì)量，避免各種損傷，以及采用表面淬火、化學(xué)熱處理、噴丸處理等表面強(qiáng)化方法，都能不同程度地提高抗疲勞斷裂的能力。5、沖擊韌性 有些機(jī)器零件在工作時(shí)，如齒輪換擋、設(shè)備起動(dòng)、剎車等，往往受到?jīng)_擊負(fù)荷的作用；還有一些機(jī)器，如鍛錘、沖床、鑿巖機(jī)等，它們本身就是利用沖擊能量來(lái)工作的。金屬抵抗沖擊負(fù)荷的能力稱為沖擊韌性。試驗(yàn)表明，載荷速度增加，材料的塑性、韌性下降，脆性增加，很容易發(fā)生突

10、然性斷裂。因此，使用的材料不能用靜載荷下的性能來(lái)衡量，而必須用抵抗沖擊載荷的能力，即沖擊韌性k來(lái)衡量。k是通過(guò)擺錘式一次沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)量的，其試驗(yàn)原理如圖2-6所示。圖2-6 沖擊試驗(yàn)原理圖（二）金屬材料的工藝性能 金屬材料的工藝性能是反映金屬材料在各種加工過(guò)程中，適應(yīng)加工工藝要求的能力。它是物理性能、化學(xué)性能和機(jī)械性能的綜合表現(xiàn)。工藝性能主要有鑄造性、可鍛性、可焊性、切削加工性和熱處理性等。1、鑄造性能金屬材料的鑄造性能主要是指流動(dòng)性、收縮性和產(chǎn)生偏析的傾向。流動(dòng)性是流體金屬充滿鑄型的能力。流動(dòng)性好能鑄出細(xì)薄精致的復(fù)雜鑄件，能減少缺陷。收縮性是指金屬材料在冷卻凝固中，體積和尺寸縮小的性能。收縮

11、是使鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、內(nèi)應(yīng)力、變形、開(kāi)裂的基本原因。偏析是指金屬材料在凝固時(shí)造成零件內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。它使零件各部分機(jī)械性能不一致，影響零件使用的可靠性。2、可鍛性金屬材料的可鍛性是指它是否易于鍛壓的性能?？慑懶猿Ｓ媒饘俚乃苄院妥冃慰沽?lái)綜合衡量?？慑懶院玫慕饘俨牧希坏苄院?，可鍛溫度范圍寬，再結(jié)晶溫度低，變形時(shí)不易產(chǎn)生加工硬化，而且所需的變形外力小。如中、低碳鋼，低合金等都有良好的可鍛性，高碳鋼、高合金鋼的可鍛性較差，而鑄鐵則根本不能鍛造。3、可焊性金屬材料的可焊性是指金屬在一定條件下獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。對(duì)于易氧化、吸氣性強(qiáng)、導(dǎo)熱性好（或差）、膨脹系數(shù)大、塑性低的材料，一

12、般可焊性差?？珊感院玫慕饘俨牧希诤缚p內(nèi)不易產(chǎn)生裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，同時(shí)焊接接頭強(qiáng)度高。如低碳鋼具有良好的可焊性，而鑄鐵、高碳鋼、高合金鋼、鋁合金等材料的可焊性則較差。4、切削加工性金屬材料的切削加工性是指它被切削加工的難易程度。切削加工性好的材料，切削時(shí)消耗的能量少，刀具壽命長(zhǎng)，易于保證加工表面的質(zhì)量，切削易于折斷和脫落。金屬材料的切削加工性與它的強(qiáng)度、硬度、塑性、導(dǎo)熱性等有關(guān)。如灰口鑄鐵、銅合金及鋁合金等均有較好的切削加工性，而高碳鋼的切削性能則較差。5、熱處理性金屬材料在進(jìn)行熱處理時(shí)反映出來(lái)的性能，稱為熱處理性，如淬透性、淬硬性、淬火變形開(kāi)裂的傾向、氧化脫碳的傾向等。（三）金屬材料的

13、物理性能與化學(xué)性能1、物理性能 金屬材料的物理性能，有密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性等。 金屬材料的熔點(diǎn)影響到材料的使用和制造工藝。 金屬材料的熱膨脹性主要是指它的線膨脹系數(shù)。熱膨脹性會(huì)帶來(lái)零件的變形、開(kāi)裂及改變配合狀態(tài)，從而影響機(jī)器設(shè)備的精度和使用壽命。金屬材料的導(dǎo)熱性影響加熱和冷卻的速度。導(dǎo)熱性差的材料在加熱或冷卻時(shí)，工件內(nèi)外溫差大，容易產(chǎn)生大的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)內(nèi)應(yīng)力大于材料的強(qiáng)度時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生變形或裂紋。 金屬材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性，對(duì)一些電機(jī)、電器產(chǎn)品是很重要的性能。如銅、鋁導(dǎo)線要求導(dǎo)電性好，鎳鉻合金的電阻絲則要求有大的電阻，變壓器和電機(jī)的鐵芯則采用磁性好的鐵磁材料。2、化學(xué)性能金屬

14、材料的化學(xué)性能主要是指金屬抵抗活潑介質(zhì)的化學(xué)侵蝕能力。在室溫下金屬材料抵抗周圍介質(zhì)（如大氣、水氣等）侵蝕的能力稱為耐蝕性。一般機(jī)器零件為了不被腐蝕，常用熱鍍或電鍍金屬、發(fā)蘭處理、涂油漆、燒搪瓷、加潤(rùn)滑油等方法來(lái)進(jìn)行保護(hù)。在易腐蝕環(huán)境工作的重要零件，有時(shí)需采用不銹鋼制造。 金屬材料抵抗酸堿侵蝕的能力稱為耐酸性。在化工機(jī)械中受到酸堿鹽等化學(xué)介質(zhì)侵蝕的零件，則需采用耐酸鋼制造。金屬材料在高溫下保持足夠的強(qiáng)度，并能抵抗氧或水蒸氣侵蝕的能力稱為耐熱性。在鍋爐、汽輪機(jī)及化工、石油等設(shè)備上的一些零件，為了滿足這一性能，需采用耐熱不銹鋼制造。學(xué)習(xí)任務(wù)二 汽車典型零件選材及熱處理任務(wù)描述任務(wù)描述 汽車的每個(gè)零部

15、件都要滿足相應(yīng)的要求，例如，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)軸頸處要求有高的硬度和耐磨性；汽車齒輪要求齒面具有足夠的硬度且齒心具有較好的韌性。通過(guò)觀看汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件實(shí)物及認(rèn)識(shí)其主要零件所使用的材料，并為汽車主典型零件選擇材料及熱處理方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.學(xué)習(xí)碳鋼、鑄鐵、合金鋼的牌號(hào)和特點(diǎn)；2.學(xué)習(xí)鋼的熱處理方法及應(yīng)用；3.學(xué)會(huì)選擇合適的熱處理方法進(jìn)行汽車零件維修。學(xué)習(xí)參考書學(xué)習(xí)參考書學(xué)習(xí)單元二學(xué)習(xí)單元二 汽車工程材料汽車工程材料學(xué)習(xí)任務(wù)二學(xué)習(xí)任務(wù)二 汽車典型零件選材及熱處理汽車典型零件選材及熱處理常用金屬材料及鋼的熱處理常用金屬材料及鋼的熱處理一、鐵碳合金基本組織與鐵碳合金相圖一、鐵碳合金基本組織與鐵碳合金相

16、圖（一）金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變大多數(shù)金屬在結(jié)晶后晶格類型是不變的，但有少數(shù)金屬（如鐵、錫、鈦、錳等）結(jié)晶后，在不同的溫度時(shí)，具有不同的晶格結(jié)構(gòu)。金屬在固態(tài)下，晶格結(jié)構(gòu)隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變。圖2-7 純鐵的冷卻曲線圖 （二）合金在機(jī)械工業(yè)中，因?yàn)榧兘饘俦旧淼牧W(xué)性能有限，很少直接用作機(jī)械零部件，且純金屬冶煉困難、價(jià)格昂貴，所以在實(shí)際生產(chǎn)中將它們?nèi)蹮挸珊辖穑愿纳破淞W(xué)性能，滿足使用要求。1、基本概念（1）合金。合金是指將兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬熔合在一起，獲得具有金屬特性的一類物質(zhì)。絕大多數(shù)的合金是通過(guò)熔化、精煉而成的，只有少數(shù)合金是在固態(tài)下通過(guò)粉末冶金而成。例如，鋼是

17、鐵和碳組成的合金。（2）組元。組元是組成合金最基本的、能獨(dú)立存在的物質(zhì)。如普通黃銅是由銅和鋅組成的二元合金。（3）相。相是指合金中成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其他部分有明顯界面分開(kāi)的均勻組成部分。2、合金的相結(jié)構(gòu)根據(jù)合金組元之間相互作用不同，合金固態(tài)下的基本機(jī)構(gòu)有一下兩種：（1）固溶體。合金兩組元在液態(tài)下相互溶解、結(jié)晶時(shí)，其中一組員保持原有晶格，另一組元?jiǎng)t以原子的形式均勻地分布在該組員的晶格中，形成成分、性能均勻的固態(tài)合金，這種固態(tài)合金稱為固溶體。固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體兩類。置換固溶體中溶質(zhì)原子存在于溶劑晶格節(jié)點(diǎn)上；間隙固溶體中溶質(zhì)原子存在與溶劑晶格的間隙中，如圖所示。a）置換固溶體 b

18、）間隙固溶體形成固溶體時(shí)，隨著溶質(zhì)原子的溶入，將使溶劑晶格產(chǎn)生畸變，從而使其強(qiáng)度、硬度升高，這種現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化，如圖2-8所示。這也就是合金比純金屬?gòu)?qiáng)度、硬度高的主要原因，這也是提高金屬力學(xué)性能的重要途徑之一。圖2-9 固溶體中晶格畸變示意圖（2）金屬化合物。合金組元之間按照一定比例相互作用而生成的一種新的具有金屬特性的固態(tài)物質(zhì)稱為金屬化合物。金屬化合物的晶格結(jié)構(gòu)與其組元的晶格結(jié)構(gòu)完全不同，具有硬而脆的性能特點(diǎn)。在合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，能提高其強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但會(huì)降低塑性和韌性。（3）機(jī)械混合物。由兩種或者兩種以上的固溶體和金屬化合物所構(gòu)成的混合物稱為機(jī)械混合物。合金的性能取決于機(jī)械混

19、合物中各組成成分的性能及其形狀、大小和分布狀況。（三）鐵碳合金基本組織在鐵碳合金中，鐵與碳可以形成化合物Fe3C，碳也可以溶解在鐵中形成固溶體，或形成化合物與固溶體的機(jī)械混合物。鐵碳合金中會(huì)出現(xiàn)以下幾種基本組織：1、鐵素體（F）鐵素體是碳在-Fe中形成的固溶體，常用“F”表示。2、奧氏體（A）奧氏體是碳溶于-Fe中所形成的固溶體用，常用“A”表示。3、滲碳體（Fe3C）鐵與碳形成的化合物稱為滲碳體。4、珠光體（P）它是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，用符號(hào)P表示。5、萊氏體（L）它分為高溫萊氏體和低溫萊氏體。（四）鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖中各個(gè)特性點(diǎn)的符號(hào)及其意義鐵碳合金相圖中的主要特性線5、鐵碳

20、合金相圖的應(yīng)用（1）在選材方面的應(yīng)用若需要塑性、韌性高的材料應(yīng)選用低碳鋼（含碳為0.10-0.25%）；需要強(qiáng)度、塑性及韌性都較好的材料應(yīng)選用中碳鋼（含碳為0.25-0.60%）；當(dāng)要求硬度高、耐磨性好的材料時(shí)應(yīng)選用高碳鋼（含碳為0.60-1.3%）。一般低碳鋼和中碳鋼主要用來(lái)制造機(jī)器零件或建筑結(jié)構(gòu).高碳鋼主要用來(lái)制造各種工具。（2）在制定熱加工工藝方面的應(yīng)用 鐵碳相圖總結(jié)了不同成分的合金在緩慢加熱和冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律即組織隨溫度變化的規(guī)律這就為制定熱加工及熱處理工藝提供了依據(jù)。三、碳素鋼、合金鋼及鑄鐵三、碳素鋼、合金鋼及鑄鐵工業(yè)上所用的金屬材料主要分為黑色金屬和有色金屬兩大類。黑色金屬是指

21、鐵和鐵的合金，如鋼、生鐵、鑄鐵等；有色金屬又稱非鐵金屬，指除黑色金屬外的金屬和合金，如銅、錫、鉛、鋅、鋁以及黃銅、青銅和鋁合金等。（一）碳素鋼 碳素鋼（簡(jiǎn)稱碳鋼）是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%，并含有少量硅Si、錳Mn、磷P、硫S等雜質(zhì)的鐵碳合金。1、碳素鋼的分類（1）按照含碳量分類：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼（2）按照鋼的質(zhì)量，主要根據(jù)碳鋼中的有害雜質(zhì)硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少分為：普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼、特級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼（3）按照用途可以分為：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼2、常見(jiàn)碳素鋼的牌號(hào)、性能及主要用途（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼的含碳量較低，而硫、磷等有害元素和其他雜質(zhì)含量較多，故強(qiáng)度不

22、夠高，但塑性、韌性好，焊接性能優(yōu)良，冶煉簡(jiǎn)單，成本低，使用時(shí)一般不進(jìn)行熱處理。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）的漢語(yǔ)拼音首位字母“Q”，屈服點(diǎn)s的數(shù)值（單位MPa）、質(zhì)量等級(jí)（A、B、C、D）和脫氧方法符號(hào)的四個(gè)部分按順序排列組成。 質(zhì)量等級(jí)符號(hào)含義，A級(jí)的硫、磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，D級(jí)最低。A、B、C、D表示鋼材質(zhì)量依次提高。脫氧方法符號(hào)含義，F(xiàn)表示沸騰鋼，Z表示鎮(zhèn)靜鋼，B表示半鎮(zhèn)靜鋼，TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼。因?yàn)槎嗍褂面?zhèn)靜鋼，所以其符號(hào)Z一般省略不表示。例如Q235AF表示屈服點(diǎn)s為235MPa，質(zhì)量等級(jí)為A級(jí)的沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼。 碳素結(jié)構(gòu)鋼的規(guī)定牌號(hào)有Q195、Q235、Q255、Q2

23、75四種。（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.05%-0.9%，只含有少量的有害雜質(zhì)硫和磷，因此既能保證鋼中的化學(xué)成分，又能保證力學(xué)性能。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的質(zhì)量較高，可用于制造較重要的機(jī)械零件，一般需要經(jīng)過(guò)熱處理以后使用，以充分發(fā)揮其性能潛力。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。例如，08F、10A、45、65Mn，表示鋼中平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是0.08%、0.1%、0.45%、0.65%；含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)后面加“A”表示高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，加“F”表示沸騰鋼；含錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)則在含碳量質(zhì)量分?jǐn)?shù)后面加上錳元素符號(hào)“Mn”。 （3）碳素工具鋼這

24、類鋼的牌號(hào)是用“碳”或“T”字后附數(shù)字表示。數(shù)字表示鋼中平均含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分之幾。T8、T10分別表示鋼中平均含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.80%和1.0%的碳素工具鋼，若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼號(hào)最后附以“A”字。如T12A。牌號(hào)數(shù)字越大，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，鋼在熱處理后的硬度和耐磨性越好，但韌性越差。碳素工具鋼用于制造各種量具、刃具、模具等。（二）合金鋼的分類、牌號(hào)及主要用途 為了改善鋼的性能，煉鋼時(shí)有目的地加入一些合金元素所形成的鋼稱為合金鋼。常用的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Ti和稀土元素等。合金鋼通過(guò)熱處理能獲得優(yōu)良的力學(xué)性能及一些特殊的物理、化學(xué)性能。合金鋼根據(jù)性能和用

25、途的不同，可分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼三大類。按照其合金元素的含量可以分為低合金鋼（合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%）；中合金鋼（合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%10%）；高合金鋼（合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%）。1、合金結(jié)構(gòu)鋼合金鋼的牌號(hào)以“兩位數(shù)字+合金元素符號(hào)+數(shù)字”表示。合金結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)性能和用途的不同，可以分為低合金鋼結(jié)構(gòu)鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼和滾動(dòng)軸承鋼。（1）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼高30%50%。（2）合金滲碳鋼：合金滲碳鋼的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%0.25%。（3）合金調(diào)質(zhì)鋼：合金調(diào)質(zhì)鋼是在調(diào)質(zhì)鋼中加入一定的合金元素形成的，其含碳的質(zhì)

26、量分?jǐn)?shù)為0.25%0.5%。（4）合金彈簧鋼：合金彈簧鋼含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)中等偏高，一般為0.46%0.7%。（5）滾動(dòng)軸承鋼：滾動(dòng)軸承鋼主要是用來(lái)制造滾動(dòng)軸承中內(nèi)外圈、滾動(dòng)體的專用鋼。2、合金工具鋼 合金工具鋼的編號(hào)方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似。平均含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)1%時(shí)，一般不標(biāo)出含碳量數(shù)字；平均含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%時(shí)，可以用以為數(shù)字表示，以千分?jǐn)?shù)計(jì)。例如，9SiCr表示平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%，含硅、鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于1.5%的鉻鋼；Cr12MoV表示平均含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，含鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，含鉬、釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的洛鉬釩鋼。合金工具鋼按照用途可分為合金刃具鋼、合金量具鋼和合金模具鋼。3

27、、特殊性能合金鋼 特殊性能合金鋼是指具有特殊的物理、化學(xué)性能的一種高合金鋼。特殊性能鋼主要包括不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼和磁性鋼等。（三）鑄鐵 鑄鐵是值碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%，并含有較多硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)元素的鐵碳合金。按照碳在鑄鐵當(dāng)中存在的形式和形態(tài)不同，鑄鐵主要分為以下幾種：1、白口鑄鐵：白口鑄鐵中的碳主要以滲碳體形式存在，斷口呈白亮色。其性能硬而脆，切削加工困難。2、灰鑄鐵：灰鑄鐵中全部或者大部分的碳以片狀石墨形態(tài)存在，其斷面呈暗灰色。3、球墨鑄鐵：球墨鑄鐵中的全部或大部分碳以球狀石墨形式存在。4、可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的高溫石墨化退火而得到的5、蠕墨鑄鐵：蠕墨鑄鐵是

28、具有形似蠕蟲(chóng)壯石墨的鑄鐵。四、鋼的熱處理 鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下，采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，使其內(nèi)部組織發(fā)生改變，從而得到所需要性能的一種工藝方法。熱處理是汽車零部件在制造過(guò)程中的重要工序，對(duì)發(fā)揮金屬材料的潛力、改善零件的使用性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命具有極其重要的意義。（一）鋼的退火與正火1、退火 退火是將工件加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間后再隨爐緩慢冷卻的一種熱處理工藝。根據(jù)鋼的成分和退火的目的不同，退火可以分為：完全退火、球化退火、去應(yīng)力退火等。（1）完全退火（2）球化退火（3）去應(yīng)力退火2、正火 正火是將鋼加熱到組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以上3050，保溫后，從爐中取出

29、在空氣中冷卻的熱處理方法。正火工藝的冷卻速度比退火快，所以正火后材料的硬度、強(qiáng)度、韌性都高于退火，而且操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，所以比較經(jīng)濟(jì)，生產(chǎn)效率高。因此，實(shí)際生產(chǎn)中，大多數(shù)低碳鋼不做退火而采用正火處理。對(duì)于力學(xué)性能要求不高的中碳鋼零件常采用正火作為最終熱處理。高碳鋼經(jīng)正火處理后可消除網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火做準(zhǔn)備。（二）鋼的淬火與回火1、淬火 淬火是將鋼加熱到組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以上的某一溫度范圍，保溫一定時(shí)間，以大于臨界溫度以上的某一溫度范圍，保溫一定時(shí)間，以大于臨界冷卻速度的冷速，在水、鹽水或者油中冷卻，獲得馬氏體或貝氏體的熱處理工藝。2、回火回火是把淬火后的鋼重新加熱到組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W

30、氏體的臨界溫度以下的某一溫度，保持一定時(shí)間，再以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻到室溫的熱處理工藝。由于淬火時(shí)冷卻速度較快，工件內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，而且淬火后的組織不穩(wěn)定，故淬火后必須回火?；鼗鸬哪康木褪欠€(wěn)定淬火后的組織，消除內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整硬度、強(qiáng)度，提高塑性，使工件獲得較好的綜合力學(xué)性能?；鼗鹜ǔＪ菬崽幚淼淖詈蠊ば颉３Ｓ玫幕鼗鸱椒ㄖ饕幸韵氯N：（1）低溫回火。低溫回火的回火溫度150250。（2）中溫回火（加熱溫度350500）（3）高溫回火（加熱溫度500650）（三）表面熱處理1、表面淬火2、化學(xué)熱處理學(xué)習(xí)任務(wù)三 有色金屬與非金屬材料 在汽車上的應(yīng)用任務(wù)描述任務(wù)描述 為了滿足汽車上某些零件的要求，為

31、了使汽車輕量化，除了黑色金屬之外，汽車上還采用了有色金屬與非金屬材料。通過(guò)觀看汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件實(shí)物及認(rèn)識(shí)其主要零件所使用的材料，使學(xué)生能夠辨識(shí)主要汽車零部件采用的有色金屬與非金屬材料，并理解掌握其主要的選材原則。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.學(xué)習(xí)鋁、銅及其合金在車上的應(yīng)用； 2.學(xué)習(xí)非金屬材料的主要特點(diǎn)以及它們?cè)谄嚿系膽?yīng)用學(xué)習(xí)參考書學(xué)習(xí)參考書學(xué)習(xí)單元二學(xué)習(xí)單元二 汽車工程材料汽車工程材料學(xué)習(xí)任務(wù)三學(xué)習(xí)任務(wù)三 有色金屬與非金屬材料有色金屬與非金屬材料 在汽車上的應(yīng)用在汽車上的應(yīng)用一、有色金屬材料一、有色金屬材料工業(yè)生產(chǎn)中通常把鋼鐵稱為黑色金屬，而黑色金屬以外的金屬材料統(tǒng)稱為有色金屬。有色金屬產(chǎn)量低、價(jià)

32、格高，但具有許多特殊的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，能夠滿足汽車上某些零件的特殊要求，故稱為汽車工業(yè)中不可缺少的金屬材料。有色金屬材料種類繁多，在工業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的是鋁、銅及其合金。（一）鋁及鋁合金1、純鋁鋁是目前工業(yè)中用量最大的有色金屬。鋁的密度?。s2.7g/cm，大約是鋼或鐵密度的三分之一，熔點(diǎn)為660，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性良好（僅次于金、銀和銅），強(qiáng)度低（b=80100MPa），硬度低（2530HBW），塑性好（=35%40%）。由于鋁表面能生成一層極致密的氧化鋁膜，能阻止鋁的繼續(xù)氧化，所以鋁在空氣中有良好的抗腐蝕能力。因?yàn)殇X具有上述特點(diǎn)，所以工業(yè)純鋁主要用于導(dǎo)電、導(dǎo)熱或者耐腐蝕的零件。例如汽車加熱

33、器、散熱器、蒸發(fā)器及油冷卻器等；此外純鋁還可以做裝飾件和銘牌等。2、鋁合金鋁中加入適當(dāng)?shù)你~、鎂、硅、錳等元素構(gòu)成了鋁合金。鋁合金不僅強(qiáng)度提高，還可以通過(guò)變形、熱處理等方法進(jìn)一步強(qiáng)化，同時(shí)還保留了塑性好和耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，所以鋁合金被用于制造要求質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的零件。鋁合金依據(jù)其成分和工藝性能，可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。（二）銅及銅合金1、純銅純銅外觀呈紫紅色，又稱紫銅。它的密度約為8.9g/cm，熔點(diǎn)為1083，具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、極好的塑性以及較高的耐腐蝕性，但力學(xué)性能較差，不宜用來(lái)制造結(jié)構(gòu)零件，常用來(lái)制造電線、電纜等導(dǎo)電材料。2、銅合金銅合金比純銅的強(qiáng)度高，而且具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。銅合金按照化學(xué)成分不同分為黃銅、青銅和白銅等。（三）軸承合金（三）軸承合金軸承合金是用來(lái)制造滑動(dòng)軸承的特定材料。當(dāng)軸在軸承中運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)，軸承表面承受一定的交變載荷，并與軸發(fā)生強(qiáng)烈的摩