汽車工程材料概述課件

1、汽車工程材料概述 課題目標(biāo)掌握固體的結(jié)合方式及工程材料的基本分類； 初步了解各類工程材料在汽車上的應(yīng)用；了解汽車工程材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。 目錄子課題二汽車工程材料的類型子課題三汽車材料的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向3汽車工程材料概述子課題一工程材料概述子課題一工程材料概述-固體的結(jié)合方式-工程材料的分類 3 子課題一工程材料概述 工程材料按其組成特點(diǎn)和性質(zhì)可分為金屬材料（如鋼鐵、鋁合金）、有機(jī)高分子材料（如塑料、橡膠）、無機(jī)非金屬材料（如陶瓷、水泥、玻璃）及復(fù)合材料（由前三種材料中的兩種或以上的材料復(fù)合而成，如鋼筋混凝土、碳纖維增強(qiáng)塑料）四大類。一、固體的結(jié)合方式離子鍵共價(jià)鍵分子鍵金屬鍵子課題一工

2、程材料概述子課題一工程材料概述1、離子鍵和離子晶體 離子鍵是由電子轉(zhuǎn)移（失去電子者為陽離子，獲得電子者為陰離子）形成的，即陽離子和陰離子之間由于靜電引力所形成的化學(xué)鍵。離子鍵形成的固體總是以離子晶體的形式存在，如氯化鈉（NaCl）即為典型的離子晶體。子課題一工程材料概述離子晶體的特點(diǎn)離子晶體的硬度和強(qiáng)度高，熔沸點(diǎn)高，熱膨脹系數(shù)小，但脆性大。離子晶體都是良好的絕緣體。典型的離子晶體是無色透明的。離子晶體不導(dǎo)電，但在水溶液或者熔融狀態(tài)下均導(dǎo)電。子課題一工程材料概述2、共價(jià)鍵和共價(jià)晶體共價(jià)鍵也是一種化學(xué)鍵，由兩個(gè)或多個(gè)原子共同使用它們的外層電子，在理想情況下達(dá)到電子飽和的狀態(tài)，由此組成的比較穩(wěn)定和堅(jiān)

3、固的化學(xué)結(jié)構(gòu)稱為共價(jià)鍵，金剛石、氧化硅（SiO2）、碳化硅（SiC）等都為共價(jià)晶體。子課題一工程材料概述共價(jià)晶體的特點(diǎn)共價(jià)晶體的強(qiáng)度和硬度很高，脆性大，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高，揮發(fā)性低，結(jié)構(gòu)也比較穩(wěn)定。共價(jià)晶體的導(dǎo)電與導(dǎo)熱能力很差。子課題一工程材料概述3、金屬鍵和金屬晶體金屬鍵主要存在于金屬中，金屬原子結(jié)構(gòu)的最外層電子少，容易失去。當(dāng)金屬原子相互靠近時(shí)，這些最外層電子就脫離原子，成為自由電子，形成電子云，為所有失去電子的金屬離子所共有。這種由金屬正離子和自由電子之間相互作用而結(jié)合的方式稱為金屬鍵。子課題一工程材料概述金屬晶體的特點(diǎn)使金屬表現(xiàn)出優(yōu)良的導(dǎo)電性。金屬晶體的導(dǎo)熱性很好。使金屬表現(xiàn)出良好的塑性變形

4、能力。金屬不透明并呈特有的金屬光澤。子課題一工程材料概述4、分子鍵和分子晶體分子鍵為物理鍵，由雙原子分子的偶極形成的很弱的作用力（也稱范德華力），結(jié)合過程中，沒有電子的得失、共有或公有化，價(jià)電子的分布幾乎不變。大部分有機(jī)化合物的晶體和CO2、SO2、HCl、H2等在低溫下形成的晶體都是分子晶體。子課題一工程材料概述分子晶體的特點(diǎn)分子晶體具有較低的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，硬度小、易揮發(fā)，許多物質(zhì)在常溫下呈氣態(tài)或液態(tài)。分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)時(shí)都不導(dǎo)電。二、工程材料的分類金屬材料陶瓷材料復(fù)合材料高分子材料子課題一工程材料概述子課題一工程材料概述1、金屬材料金屬材料是最重要的工程材料，包括純金屬和以金屬為基的合

5、金。以金屬元素為主體的金屬材料，原子間的結(jié)合鍵基本上為金屬鍵，具備金屬晶體的基本特性。子課題一工程材料概述黑色金屬 由于黑色金屬的工程性能比較優(yōu)越，價(jià)格比較便宜，故在工程上應(yīng)用最廣、用量最大，是最重要的工程金屬材料。目前，以鋼和鑄鐵為代表的黑色金屬占整體結(jié)構(gòu)材料和工具材料的80%以上。子課題一工程材料概述有色金屬 有色金屬及其合金已成為機(jī)械制造業(yè)、建筑業(yè)、電子工業(yè)、航空航天、核能利用等領(lǐng)域不可缺少的結(jié)構(gòu)材料和功能材料。常用的有色金屬及合金包括鋁和鋁合金、銅和銅合金、鎂合金、鈦合金等。子課題一工程材料概述2、陶瓷材料陶瓷材料屬于無機(jī)非金屬材料，是不含碳?xì)溲踅Y(jié)合的化合物，主要為金屬氧化物和金屬非氧

6、化合物。由于大部分無機(jī)非金屬材料含有硅和其他元素的化合物，所以陶瓷材料又稱為硅酸鹽材料。子課題一工程材料概述從化學(xué)成分上分有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、復(fù)合陶瓷、金屬陶瓷和纖維增強(qiáng)陶瓷等；從原料上分有普通陶瓷（硅酸鹽材料）和特種陶瓷（人工合成材料）；從用途和性能上分有普通陶瓷（硅酸鹽材料）和特種陶瓷（人工合成材料）。子課題一工程材料概述普遍性能具有極高的硬度和優(yōu)良的耐磨性，彈性模量高，剛度大；抗拉強(qiáng)度很低，抗壓強(qiáng)度很高，塑性和韌性低，脆性大；化學(xué)穩(wěn)定性高，抗氧化性優(yōu)良；熔點(diǎn)很高，導(dǎo)熱性和抗熱振性都較差；許多陶瓷具有特殊的性能，如光學(xué)性能和電磁性能等。大多數(shù)陶瓷具有高電阻率，

7、少數(shù)陶瓷具有半導(dǎo)體性質(zhì)；子課題一工程材料概述3、高分子材料高分子材料為有機(jī)合成材料，也稱聚合物，它是由大量分子量特別高的大分子化合物組成的，每個(gè)大分子都包含有大量結(jié)構(gòu)相同、相互連接的鏈節(jié)。子課題一工程材料概述種類塑料合成纖維橡膠子課題一工程材料概述2）絕緣性很好3）強(qiáng)度和硬度較低4）熔點(diǎn)低5）重量輕1）塑性良好特點(diǎn)子課題一工程材料概述4、復(fù)合材料復(fù)合材料是由金屬材料、陶瓷材料或高分子材料等兩種或兩種以上的材料經(jīng)過復(fù)合工藝而制備的多相材料，各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。子課題一工程材料概述4、復(fù)合材料復(fù)合材料一般由連續(xù)相的基體

8、和被基體包容的相增強(qiáng)體組成。金屬基體：鋁、鎂、銅、鈦及其合金基體材料非金屬基體：合成樹脂、石墨、橡膠、陶瓷和碳等增強(qiáng)材料：玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、石棉纖維、碳化硅纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。子課題二汽車工程材料的類型-汽車金屬材料-汽車陶瓷材料-汽車高分子材料-汽車復(fù)合材料-汽車運(yùn)行材料 26 子課題二汽車工程材料的類型 廣義的汽車工程材料是指汽車在設(shè)計(jì)、制造、裝配、使用、維修與保養(yǎng)整個(gè)過程中要使用到的各類材料，特別是汽車各零部件制造時(shí)用到的各類機(jī)床設(shè)備、工具等，幾乎包括了機(jī)械工程所有的材料。 狹義的汽車工程材料主要指汽車制造及運(yùn)行過程中所用到的材料。 長(zhǎng)期以來，以鋼鐵為代表的

9、金屬材料一直是構(gòu)成汽車結(jié)構(gòu)的主要材料，構(gòu)成汽車的三萬多個(gè)零部件中約86%為金屬材料，而在金屬材料中，鋼和鑄鐵材料占了80%。傳統(tǒng)金屬材料主要包括鋼、鑄鐵及非鐵金屬三大類。子課題二汽車工程材料的類型一、汽車金屬材料子課題二汽車工程材料的類型1、鋼 鋼是以鐵（Fe）為主要元素，碳（C）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在2%以下，并含有其他元素的合金材料。子課題二汽車工程材料的類型 鋼在汽車上的應(yīng)用很廣泛，各類螺栓和螺母、齒輪、彈簧、連桿、傳動(dòng)軸和曲軸、支架、法蘭及車身覆蓋件，大多由各類碳素鋼或合金鋼制成。子課題二汽車工程材料的類型2、鑄鐵 工業(yè)上常用的鑄鐵是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%4%的鐵、碳、硅多元合金。有時(shí)為了提高其

10、力學(xué)性能或物理、化學(xué)性能，還可加入一定量的合金元素，得到合金鑄鐵。子課題二汽車工程材料的類型 鑄鐵在機(jī)械制造中應(yīng)用很廣，機(jī)床床身、工作臺(tái)、箱體、底座等形狀復(fù)雜或受壓力及摩擦作用的零件，大多用鑄鐵制成。鑄鐵在汽車上也得到廣泛應(yīng)用。子課題二汽車工程材料的類型3、非鐵金屬 鋼鐵相比，以有色金屬及合金為主的非鐵金屬的產(chǎn)量低、價(jià)格高，但由于其具有許多優(yōu)良特性，因而在汽車工程應(yīng)用中也占有重要的地位。 陶瓷材料最早在汽車上的應(yīng)用主要是車窗玻璃及火花塞陶瓷。到目前為止，已經(jīng)在汽車上實(shí)際使用的陶瓷部件約有30種，主要包括結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。子課題二汽車工程材料的類型二、汽車陶瓷材料子課題二汽車工程材料的類型1、

11、結(jié)構(gòu)陶瓷 除了傳統(tǒng)的車窗玻璃外，結(jié)構(gòu)陶瓷現(xiàn)在主要用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中。由于陶瓷耐高溫、磨損和腐蝕，熱導(dǎo)低且重量輕，因而可用特種耐高溫陶瓷替代金屬材料制造發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室部件和熱交換器零件。子課題二汽車工程材料的類型2、功能陶瓷 功能陶瓷主要用于汽車的電子技術(shù)系統(tǒng)，一些具有絕緣性、介電性、半導(dǎo)體性、壓電性和導(dǎo)磁性等特殊物理性能的功能陶瓷應(yīng)用于汽車調(diào)控敏感部件，如各類傳感器、加熱器和過流保護(hù)器等。 高分子材料具備價(jià)格便宜、質(zhì)量輕、易于加工成型等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)飾件、外裝件及機(jī)能結(jié)構(gòu)件。汽車高分子材料主要包括車用橡膠和工程塑料。子課題二汽車工程材料的類型三、汽車高分子材料子課題二汽車工程材料的類

12、型1、車用橡膠 汽車用橡膠制品包括橡膠輪胎、傳動(dòng)帶（V帶、同步帶）、各種膠管、密封制品（膠黏劑、油封、密封膠條等）、減振橡膠制品及安全帶等。子課題二汽車工程材料的類型2、工程塑料 塑料是以合成樹脂為主要原料，并加入某些添加劑，在一定的溫度和壓力下，能塑造各種形狀制品的高分子材料。子課題二汽車工程材料的類型密度低，塑料密度大大低于鋼材和一般材料，可實(shí)現(xiàn)汽車輕量化塑料成形性好，加工容易，精度有保證。對(duì)駕乘人員有很好的保護(hù)作用，且吸收噪聲的性能也很優(yōu)良?？稍谒芰现刑砑硬煌奶砑觿⒂不瘎?、輔料等，以得到符合要求的塑料。塑料用于汽車的優(yōu)點(diǎn)子課題二汽車工程材料的類型可以和其他的材料做成夾層板等復(fù)合材料，

13、大大減輕汽車質(zhì)量。塑料的耐腐蝕性能較好，抗酸、堿、鹽等腐蝕的性能優(yōu)于鋼材。塑料的價(jià)格要遠(yuǎn)低于鋼材，可循環(huán)利用，性價(jià)比高。塑料汽車零件生產(chǎn)的投資少，見效快。塑料用于汽車的優(yōu)點(diǎn)子課題二汽車工程材料的類型不足之處耐熱性較差強(qiáng)度較低耐疲勞性能差熱固性塑料的再生性差子課題二汽車工程材料的類型由于塑料具有諸多金屬和其他材料所不具備的優(yōu)良性能，因而在汽車上的應(yīng)用很廣，常用于制作各種結(jié)構(gòu)零件、儀表盤板、內(nèi)飾和外裝零件、耐磨減摩零件、隔熱防振零件等。子課題二汽車工程材料的類型復(fù)合材料是由兩種或者兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。復(fù)合材料可綜合發(fā)揮各種組成材料的優(yōu)點(diǎn)，使一種材料具有多種功

14、能，它在強(qiáng)度、剛度、耐蝕性等方面往往比單純的金屬材料、陶瓷材料或高分子材料優(yōu)越。四、汽車復(fù)合材料子課題二汽車工程材料的類型纖維增強(qiáng)塑料（FRP）典型的材料為玻璃鋼，全稱玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料（GFRP）。它是一種以高分子環(huán)氧樹脂為基體，以玻璃纖維或碳纖維等為增強(qiáng)體，經(jīng)過復(fù)合工藝而制成的復(fù)合材料。1、纖維增強(qiáng)塑料子課題二汽車工程材料的類型玻璃鋼與鋼材相比，可使汽車車身質(zhì)量減輕60%。吸收沖擊能的性能較好，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，可減少或避免對(duì)人體的傷害。玻璃鋼抗振動(dòng)衰減性能優(yōu)于金屬，彈性較好，可用于制造汽車彈簧。利用玻璃鋼設(shè)計(jì)自由度好的特點(diǎn)，可設(shè)計(jì)出不同造型的車身部件或結(jié)構(gòu)。玻璃鋼的應(yīng)用特點(diǎn)子課題二汽

15、車工程材料的類型纖維增強(qiáng)金屬（FRM）一般都在高溫下成形，因此增強(qiáng)纖維主要使用碳纖維、硼纖維、碳化硅纖維和氧化鋁纖維，而基體金屬用得較多的是鋁、鎂和鈦合金。用金屬基復(fù)合材料制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞頂、連桿、缸體等零件，可提高零件的耐磨性、熱傳導(dǎo)性和耐熱性，并減小熱膨脹。2、纖維增強(qiáng)金屬五、汽車運(yùn)行材料子課題二汽車工程材料的類型汽車運(yùn)行材料是指汽車在運(yùn)行過程中所消耗的材料，主要包括燃料、潤(rùn)滑油和工作液等。因?yàn)槠囕喬ピ谶\(yùn)行過程中屬于易耗品，所以一般也將其歸于運(yùn)行材料范疇。子課題二汽車工程材料的類型汽車傳統(tǒng)燃料主要為車用汽油和柴油。目前正在開發(fā)的代用燃料主要有醇類、天然氣、液化石油氣、電能、太陽能和合

16、成燃料等，這些代用燃料有的可單獨(dú)使用，有的則與汽油、柴油混合使用。1、燃料子課題二汽車工程材料的類型潤(rùn)滑油作為汽車各相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件摩擦表面間的潤(rùn)滑介質(zhì)，具有減小摩擦阻力、保護(hù)摩擦表面的功能，并有密封、吸收和傳散摩擦熱及清洗零件的作用。汽車潤(rùn)滑油主要有發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油、齒輪油和液力傳動(dòng)油。2、潤(rùn)滑油子課題二汽車工程材料的類型汽車工作液主要包括制動(dòng)液、防凍液、液力變扭器液、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器液、減振器液和電解液等，此外還包括空調(diào)制冷劑和風(fēng)窗玻璃清洗液等。3、工作液子課題三汽車材料的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向-鋼鐵材料的應(yīng)用與發(fā)展 -輕質(zhì)合金材料的應(yīng)用與發(fā)展-塑料及其復(fù)合材料的應(yīng)用與發(fā)展 52 子課題三汽車材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

17、與發(fā)展方向一、鋼鐵材料的應(yīng)用與發(fā)展 鋼鐵材料由于具有成本低廉、機(jī)械性能優(yōu)良、可循環(huán)利用性能好等優(yōu)點(diǎn)，目前仍舊是汽車用材的主體，占汽車車身質(zhì)量的60%70%。子課題三汽車材料的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向 在汽車用鋼中，合金鋼比例較高，國(guó)外不少汽車采用含Cr、Ni、Mo等元素的結(jié)構(gòu)鋼，但這些元素的資源都比較稀缺，節(jié)約合金資源成為指導(dǎo)汽車材料開發(fā)和應(yīng)用的方針。因此，在合金化方面，合金鋼主要利用V、Ti、Nb、B等微量元素，向低合金化或碳鋼化方向發(fā)展。子課題三汽車材料的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向 隨著粉末冶金工藝和技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)度、高耐磨、耐熱、形狀復(fù)雜的燒結(jié)結(jié)構(gòu)零件和高性能的減摩材料將大量應(yīng)用于汽車制造中。子課題

18、三汽車材料的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向二、輕質(zhì)合金材料的應(yīng)用與發(fā)展 用輕質(zhì)合金代替鋼鐵材料是汽車輕量化的有效手段。目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于汽車的輕質(zhì)合金主要有鋁合金、鎂合金和鈦合金等。子課題三汽車材料的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向 鋁合金材料是汽車輕量化的首選材料。在美國(guó)和歐洲國(guó)家，保險(xiǎn)杠、油箱也將鋼板改用為鋁合金，保險(xiǎn)杠用的新型鋁合金也多次被開發(fā)。因此，歐美地區(qū)未來汽車的結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成比例中，鋁將成為主體。但在日本，主要使用的是鋼板和塑料。子課題三汽車材料的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向 除了鋁合金外，鎂合金也是車用輕質(zhì)合金材料之一。鎂比鋁更輕，且資源豐富，在汽車上的應(yīng)用比例約占0.3%，平均質(zhì)量約為5 kg，但是，近年來鎂合金的用量正在迅速增加。歐盟、日本、美國(guó)等國(guó)家和地區(qū)用鎂合金以制造零部件為主，占汽車用鎂合金用量的80%以上。子課題三汽車材料的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向 隨著低成本鈦合金的開發(fā)及其加工技術(shù)的日漸成熟，鈦合金在汽車材料上的應(yīng)用得到了不斷的發(fā)展。日本試制了Ti-5Al-2Cr-Fe合金曲軸。子課題三汽車材料的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向三、塑料及其復(fù)合