第1章 汽車機械常用材料應(yīng)用

了解：1、金屬材料分類2、汽車機械用有色金屬及其合金理解：1、強度與塑性2、硬度3、韌性4、疲勞掌握：非合金鋼的分類、合金鋼、鑄鋼、鑄鐵第1章汽車機械常用材料應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.理解鋼鐵材料和鋼鐵基本組織；2.掌握非合金鋼、合金鋼、鑄鋼和鑄鐵牌號表示方法；3.了解有色金屬及其合金種類和新型材料；4.掌握材料的強度與塑性標(biāo)準(zhǔn)；5.掌握零件硬度測量的表示法；6.理解材料的沖擊韌性與疲勞極限的概念；7.理解金屬材料的工藝性能能力要求：1.能區(qū)分鋼鐵材料的種類；2.能知道為汽車機械選擇合適的材料種類；3.能掌握材料硬度與塑性的關(guān)系1.1金屬材料的分類與組織1.2汽車機械零件材料1.3金屬的力學(xué)性能和工藝性能第1章汽車機械常用材料應(yīng)用第一節(jié)金屬材料的分類與組織一、金屬材料分類二、鋼鐵基本組織三、鋼中常存雜質(zhì)元素的影響一、金屬材料分類金屬——是指具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，具有一定的強度和塑性，并具有光澤的物質(zhì)。1．鋼鐵材料由鐵或以鐵為主形成的物質(zhì)，稱為鋼鐵材料，鋼鐵材料是鐵和碳的合金。鋼鐵材料按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC進(jìn)行分類工業(yè)純鐵WC<0.0218%（1）鋼鋼（0.0218%<WC<2.11%）第一節(jié)金屬材料的分類與組織（1）鋼1）板材2）管材3）線材4）其它材料型材第一節(jié)金屬材料的分類與組織（2）生鐵生鐵（2.11%＜WC＜6.69%）。生鐵是由鐵礦石經(jīng)高溫冶煉而得，它是煉鋼和鑄造的原材料。2．非鐵金屬除黑色金屬以外的其它金屬，都稱為非鐵金屬，如銅、鋁、鎂、鋅等。第一節(jié)金屬材料的分類與組織第一節(jié)金屬材料的分類與組織二、鋼鐵基本組織1．鐵素體2．奧氏體3．滲碳體4．珠光體5．萊氏體第一節(jié)金屬材料的分類與組織1．鐵素體鐵素體是指α-Fe或其內(nèi)固溶有一種或數(shù)種其它元素所形成的晶體點陣為體心立方的固溶體，常用符號F(或α)表示。α-Fe碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很小，在727?C時碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(WC=0.0218%)最大，隨著溫度的下降，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸減少，所以，在室溫狀態(tài)下鐵素體的性能幾乎和純鐵相同，即強度和硬度（50～80HBW）都較低，而塑性和韌性都高。第一節(jié)金屬材料的分類與組織2．奧氏體奧氏體是指γ-Fe內(nèi)固溶有碳和其它元素所形成的晶體點陣為面心立方的固溶體，常用符號A表示。奧氏體仍保持γ-Fe的面心立方晶格。奧氏體溶碳能力較大，在1148℃時碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（WC=2.11％)最大，隨著溫度下降，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸減少，在727℃時的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為WC=0.77％。奧氏體具有一定的強度和硬度，塑性好，在機械制造中，鋼材大多數(shù)要加熱至高溫奧氏體狀態(tài)進(jìn)行壓力加工，因塑性好而便于成形。第一節(jié)金屬材料的分類與組織3．滲碳體滲碳體的晶格形式與碳和鐵都不一樣，滲碳體是復(fù)雜的晶格類型。滲碳體碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是6.69％，熔點為1227℃,常用符號Fe3C表示。滲碳體的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，硬度高，脆性大，塑性與韌性極低。滲碳體是碳在鐵碳合金中的主要存在形式，是亞穩(wěn)定的金屬化合物，在一定條件下，滲碳體可分解成鐵和石墨，這一過程對于鑄鐵的生產(chǎn)具有重要意義。第一節(jié)金屬材料的分類與組織4．珠光體珠光體是奧氏體從高溫緩慢冷卻時發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的，珠光體是鐵素體(軟)和滲碳體(硬)組成的機械混合物，常用符號P表示。在珠光體中，鐵素體和滲碳體仍保持各自原有晶格類型。珠光體碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.77％。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，有一定的強度和塑性，硬度適中，是一種綜合力學(xué)性能較好的組織。第一節(jié)金屬材料的分類與組織5．萊氏體萊氏體是指高碳的鐵基合金在凝固過程中發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變所形成的奧氏體和碳化物滲碳體所組成的共晶體。萊氏體碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3％，當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC>2.11％的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至1148℃時，將同時從液體中結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機械混合物，即萊氏體，常用符號Ld表示。由于奧氏體在727℃時轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以在室溫時萊氏體由珠光體和滲碳體所組成。為了區(qū)別起見，將727℃以上的萊氏體稱為高溫萊氏體Ld，在727℃以下的萊氏體稱為低溫萊氏體Ld′，或稱變態(tài)萊氏體。萊氏體的性能和滲碳體相似，硬度很高，塑性很差。第一節(jié)金屬材料的分類與組織三、鋼中常存雜質(zhì)元素的影響１．硫２．磷第一節(jié)金屬材料的分類與組織１．硫硫（S）是由生鐵和燃料帶入的雜質(zhì)，煉鋼時難以除盡。在固態(tài)下硫不溶于鐵，在鋼中是有害元素。當(dāng)鋼在1000~1200℃壓力加工時，由于低熔點共晶體熔化，顯著減弱晶粒之間的聯(lián)系，使鋼材在壓力加工時沿晶界開裂，這種現(xiàn)象為熱脆。因此，鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須嚴(yán)格控制。

第一節(jié)金屬材料的分類與組織２．磷磷（P）是由生鐵和燃料帶入的雜質(zhì)，煉鋼時難以除盡。磷能全部熔于鐵素體，提高了鐵素體的強度、硬度；但在室溫下鋼的塑性、韌性急劇下降，變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆。所以，磷是一種有害雜質(zhì)元素，因此要嚴(yán)格控制磷在鋼中的含量。第一節(jié)金屬材料的分類與組織小結(jié)1金屬材料分類2鋼鐵基本組織3鋼中常存雜質(zhì)元素的影響第二節(jié)汽車機械零件材料一、非合金鋼二、合金鋼三、鑄鋼四、鑄鐵五、有色金屬及其合金一、非合金鋼1．按質(zhì)量分類1．按質(zhì)量分類1）普通鋼普通鋼是指對生產(chǎn)過程中控制質(zhì)量無特殊規(guī)定的一般用途的非合金鋼，應(yīng)用時不規(guī)定熱處理。質(zhì)量等級分A級鋼和B級鋼兩種。硫、磷含量均≤0.050%。牌號用Q字打頭，Q表示屈服極限，如Q235表示σs=235MPaGB\T700-2006

。第二節(jié)汽車機械零件材料2）優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼是指在生產(chǎn)過程中需要特別控制硫、磷的含量。硫、磷含量均應(yīng)≤0.040%。牌號用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)表示如10號鋼、20號鋼、35號鋼、45號鋼等。如20表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%。常用牌號如表1-2或GB/T699-1999。2．按含碳量分類1）低碳鋼低碳鋼是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc<0.25%的鐵碳合金。2）中碳鋼中碳鋼是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25%≤Wc≤0.6%的鐵碳合金。3）高碳鋼高碳鋼是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc>0.6%的鐵碳合金。3．按用途分類1）結(jié)構(gòu)鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc<0.7%。主要用作制造不太重要的齒輪、軸、螺栓、螺母、彈簧等機械零件。2）工具鋼含碳量分?jǐn)?shù)Wc>0.7%，這類鋼熱處理后具有高的硬度和耐磨性，主要用于制造工具，如制作刃具、模具、量具等，用含碳量的千分?jǐn)?shù)表示，如T7表示含碳量為千分之七。若為高級優(yōu)質(zhì)鋼則在排號后附以“A”字，如T12A等。牌號參見表1-3或合金工具鋼GB/T1299-2000，高速工具鋼GB/T9943-2008

。二、合金鋼常加的合金元素有：Mn（錳）、Si（硅）、Cr（鉻）、Ni（鎳）、Mo（鉬）、V（釩）、Ti（鈦）、Nb（鈮）、Co（鈷）、Al（鋁）、B（硼）、Re（錸）等。合金鋼的表示方法如40Cr、20CrMnTi、35SiMn、60Si2Mn、GCr15等。牌號GB3531-2008，GB/T8162-2008選用第二節(jié)汽車機械零件材料六、新型材料１.納米材料2.智能材料3.超導(dǎo)材料4.非晶態(tài)金屬5.光導(dǎo)纖維第二節(jié)汽車機械零件材料三、鑄鋼鑄鋼牌號是“ZG+數(shù)字+數(shù)字”。第一組數(shù)字代表屈服極限，第二組數(shù)字代表強度極限。合金鑄鋼是在的牌號前加“ZG”后面的第一組數(shù)字表示鑄鋼的名義萬分碳含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其后排列的是各主要合金元素符號及其名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)。牌號參見GBT5613-1995

。第二節(jié)汽車機械零件材料四、鑄鐵1．普通灰鑄鐵斷口呈灰色。牌號用：HT+數(shù)字

如：HT200、HT250等。數(shù)字表示最低抗拉強度200表示最低抗拉強度為200MPa。鑄鐵是含碳量2.11%＜Wc≤6.69%或者組織中具有共晶組織的鐵碳合金?；诣T鐵在機械中的應(yīng)用第二節(jié)汽車機械零件材料四、鑄鐵2．球墨鑄鐵牌號QT+數(shù)字+數(shù)字第一組數(shù)字代表最低抗拉強度第二組數(shù)字代表斷后延伸率如QT500-7、QT900-2等。第二節(jié)汽車機械零件材料3．可鍛鑄鐵分類：黑心可鍛鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵與白心可鍛鑄鐵等。性能：黑心可鍛鑄鐵具有一定的強度和較高的韌性；珠光體可鍛鑄鐵強度高、硬度高、耐磨性好。牌號：黑心可鍛鑄鐵是“KTH+數(shù)字+數(shù)字”。例：KTH300-6，強度-延伸率。珠光體與白口可鍛鑄鐵：只是將KTH中的H改成Z與B，其它不變。用途：黑心可鍛鑄鐵用于制造承受沖擊和振動的零件。例如彈簧鋼板支座、機床上用的把手等。珠光體與白口可鍛鑄鐵用于制造鑄造曲軸、凸輪軸、連桿及齒輪等重要零件。第二節(jié)汽車機械零件材料五、有色金屬及其合金1．鋁及鋁合金1)工業(yè)純鋁2)鋁合金通過加入硅、銅、鎂、鋅、錳等合金元素主要用于需要減輕質(zhì)量的零件和結(jié)構(gòu)。第二節(jié)汽車機械零件材料五、有色金屬及其合金2．銅及銅合金（1）純銅（2）銅合金1）錫青銅2）鋁青銅3）鈹青銅第二節(jié)汽車機械零件材料小結(jié)一、非合金鋼二、合金鋼三、鑄鋼四、鑄鐵五、有色金屬及其合金第三節(jié)金屬材料的力學(xué)性能和工藝性能金屬材料的力學(xué)性能是指金屬在力的作用下所顯示的如彈性、塑性、強度、硬度、韌性和疲勞強度等。彈性是指物體在外力作用下改變其形狀和尺寸，當(dāng)外力卸除后物體又回復(fù)到其原始形狀和尺寸的特性。1.3金屬的力學(xué)性能和工藝性能1強度與塑性2硬度3韌性4疲勞5工藝性能一、強度與塑性強度是指金屬在外力作用下抵抗破壞的能力。塑性是指金屬在外力作用下抵抗永久變形的能力。1．拉伸試驗1）拉伸試樣各種各樣試驗機觀看試驗過程鑄鐵拉伸試驗塑材壓縮試驗2．強度指標(biāo)金屬材料抵抗拉伸力的強度指標(biāo)有屈服極限、抗拉強度1）屈服點和屈服應(yīng)力2）抗拉強度3．塑性指標(biāo)金屬材料的塑性，可以用拉伸試樣斷裂時的最大相對變形量來表示。1）斷后伸長率2）斷面收縮率

二、硬度硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，也是指金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度測定指標(biāo)分類1、布氏硬度（HBS）2、洛氏硬度（HRC）3、維氏硬度（HV）硬度試驗機三、韌性1．試驗原理擺錘具有勢能AKl。擺錘的剩余勢能為AK2擺錘沖斷試樣的沖擊功為：AK=AKl－AK22．沖擊韌度沖擊韌度用表示，單位是J/cm2。

四、疲勞1．疲勞破壞現(xiàn)象機械零件中90％以上是因疲勞造成的。2．疲勞強度金屬在循環(huán)應(yīng)力作用下能經(jīng)受無限多次循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力值，稱為金屬的疲勞強度。對于對稱循環(huán)應(yīng)力，其疲勞強度用σ－1表示。工程中規(guī)定，材料在循環(huán)應(yīng)力作用下達(dá)到某一基數(shù)而不斷裂時，其最大應(yīng)力就作為該材料的疲勞極限用σ-1。一般鋼鐵材料的循環(huán)基數(shù)取N=107。當(dāng)金屬材料在無數(shù)次N=107重復(fù)或交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，叫做疲勞強度σ-1五、工藝性能工藝性能是指金屬材料在制造機械零件和工具的過程中，適應(yīng)各種冷、熱加工的性能。1．鑄造性能2．鍛造性能3．焊接性能4．切削加工性能本章小結(jié)1.汽車機械常用材料分為塑性材料和脆性材料兩大類，塑性材料包括普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼和有色金屬等，是汽車機械用的最多的材料。2.材料在外力作用下的性能指標(biāo)主要有強度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強度等。屈服極限是工