常用汽車材料課件教案

會計學(xué)1常用汽車材料第1頁/共131頁常用汽車材料1、概述2、金屬的力學(xué)性能3、汽車常用的碳素鋼、鑄鋼及其熱處理4、汽車常用的合金鋼5、汽車用鑄鐵6、汽車用非鐵金屬7、汽車常用材料的選用

第2頁/共131頁1、概述第3頁/共131頁1、概述汽車是由上萬個零部件組裝而成,而這些零部件又是由幾百個品種、上千個規(guī)格的材料加工制成的,可以說材料是汽車的基礎(chǔ)。用于生產(chǎn)汽車的材料種類很多:有鋼鐵、有色金屬、塑料、橡膠、玻璃、陶瓷等,據(jù)統(tǒng)計,近幾年生產(chǎn)的一輛普通轎車,其主要材料的重量構(gòu)成比大致為:鋼鐵65%～70%、有色金屬10%～15%、非金屬材料20%左右。各種新型材料,如輕金屬材料、復(fù)合材料、高技術(shù)合成材料等越來越多的用于現(xiàn)代汽車第4頁/共131頁汽車是一個復(fù)雜的機械系統(tǒng)。通常，一輛汽車由約3萬個零部件組裝而成。汽車零件按用途來分類:通用零件：

在各種機器中經(jīng)常使用的零件。如：螺栓、螺母。專用零件：

僅在特定類型機器中使用的零件，如：活塞，曲軸。菜單第5頁/共131頁汽車上每個零部件的生產(chǎn)制造都涉及到材料問題。據(jù)統(tǒng)計，汽車上的零部件采用了4千余種不同的材料加工制造。從汽車的設(shè)計、選材、加工制造，到汽車的使用、維修和養(yǎng)護無一不涉及到材料?，F(xiàn)代汽車要滿足:

安全、舒適、自重輕、污染排放低、能耗小、價格低等要求.材料是首要考慮方面。

第6頁/共131頁1.汽車工程材料的分類●金屬材料（純金屬及合金）◆黑色金屬（鋼鐵)◆有色金屬(Cu、Al、Ti、Mg…)●非金屬材料◆有機高分子材料（主要成分是Ｃ、Ｈ）——塑料、橡膠、合成纖維等?！魺o機材料——玻璃、水泥、陶瓷等●復(fù)合材料——玻璃纖維增強塑料等第7頁/共131頁2、金屬的力學(xué)性能1、剛度定義：工程上，指構(gòu)件或零件在受力時抵抗彈性變形的能力。計算：等于材料彈性模量E與零構(gòu)件截面積A的乘積。彈性模量E：材料在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，其比值為彈性模量E=σ/ε（MPa）。它表示的是材料抵抗彈性變形的能力，反映了材料發(fā)生彈性變形的難易程度。第8頁/共131頁第9頁/共131頁1．強度定義：在外力作用下，材料抵抗變形或斷裂的能力。物理意義：材料在每個變形階段的應(yīng)力極限值。（1）彈性極限σe材料在外力作用下發(fā)生純彈性變形的最大應(yīng)力值為彈性極限σe，即A點對應(yīng)的應(yīng)力值，表征材料發(fā)生微量塑性變形的抗力。（2）屈服強度σs試樣發(fā)生屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力值，屈服點S的應(yīng)力值稱為屈服強度σS，表征材料開始發(fā)生明顯的塑性變形。沒有明顯的屈服現(xiàn)象發(fā)生的材料，用試樣標距長度產(chǎn)生0.2%塑性變形時的應(yīng)力值作為該材料的屈服強度，用σ0.2表示，稱為條件屈服強度。意義同σS。第10頁/共131頁（3）抗拉強度σb材料在拉伸載荷作用下所能承受的最大應(yīng)力值σb稱為抗拉強度或強度極限，表征材料的斷裂抗力。強度是零件設(shè)計和選材的主要依據(jù)。2．塑性定義：材料在外力作用下，產(chǎn)生塑性變形而不破斷的能力稱為塑性。指標：工程上常用延伸率δ和斷面收縮率ψ作為材料的塑性指標。材料的δ和ψ值越大，塑性越好。第11頁/共131頁

3．硬度定義：指材料表面抵抗局部塑性變形的能力，是表征材料軟硬程度的一種性能。通常材料的強度越高，硬度也越高，耐磨性也越好。硬度指標：與試驗方法有關(guān)。生產(chǎn)上，常用靜載壓入法，常用方法有：布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。布氏硬度HBS：淬火鋼球壓頭，壓痕大，不能測太硬度的材料，適用于測量退火和正火鋼、鑄鐵、有色金屬等材料的硬度。洛氏硬度HRC：錐角為120°的金剛石圓錐體壓頭，適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼、滲碳鋼等硬度的測量。第12頁/共131頁第13頁/共131頁1．布氏硬度

測試原理：用一定大小的荷載F，把直徑為D的硬質(zhì)合金球壓入被測試樣表面，保持規(guī)定時間后卸除荷載，移去壓頭，用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕平均直徑d。用荷載F除以壓痕的表面積所得的商，即為被測材料的布氏硬度值。第14頁/共131頁第15頁/共131頁

用硬質(zhì)合金球作為壓頭所測得的布氏硬度用符號HBW表示，適用于測量硬度不超過650的材料。第16頁/共131頁2.洛氏硬度

洛氏硬度采用直接測量壓痕深度來確定度值的。試驗原理如圖1-9Ａ＆1-9Ｂ所示。我國常用的是HRA、HRB、HRC三種，試驗條件及應(yīng)用范圍見表1-2。

洛氏硬度值的表示方法規(guī)定為：硬度符號前面注明硬度值，例如52HRC、70HRA。

第17頁/共131頁第18頁/共131頁第19頁/共131頁布氏硬度測量第20頁/共131頁第21頁/共131頁第22頁/共131頁洛氏硬度HRB：Φ1.59mm淬火鋼球壓頭，適用于測量有色金屬、鑄鐵、退火態(tài)和正火態(tài)鋼等。維氏硬度HV：錐面角為136°的金剛石四棱錐體為壓頭，適于測定薄件和經(jīng)表面處理零件的表面層的硬度，如滲碳層、表面淬硬層、電鍍層等，以及微觀組織的硬度。維氏硬度測定的硬度值比布氏、洛氏精確，壓痕小，改變負荷可測定從極軟到極硬的各種材料的硬度，并統(tǒng)一比較。洛氏硬度與布氏硬度相比壓痕小，軟硬材料都可以測量，但同樣不同標尺之間不可相互比較硬度值的大小。第23頁/共131頁三、沖擊韌性定義：指在沖擊載荷作用下，材料抵抗沖擊力的作用而不被破壞的能力，是材料強度和塑性的綜合表現(xiàn)。應(yīng)用：（1）評價材料冶金質(zhì)量和鍛造及熱處理的缺陷（因其對材料中的缺陷比較敏感），與屈服強度結(jié)合用于一般零件抗斷裂設(shè)計。（2）低溫沖擊試驗，測量材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度TK。T〉TK為韌性斷裂，不希望材料在TK溫度以下工作。第24頁/共131頁第25頁/共131頁四、疲勞強度—交變載荷交變載荷：載荷大小和方向隨時間發(fā)生周期變化的載荷。疲勞斷裂：零件在交變載荷下經(jīng)過長時間工作而發(fā)生低應(yīng)力斷裂的現(xiàn)象成為疲勞斷裂。疲勞斷裂過程：裂紋萌生、疲勞裂紋擴展、最后斷裂。疲勞抗力指標：疲勞極限，又稱疲勞強度，用σ－1表示。材料經(jīng)過無限次應(yīng)力循環(huán)不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力，即疲勞曲線上水平部分對應(yīng)的應(yīng)力值。疲勞斷裂的原因：一般認為是，由于材料表面與內(nèi)部的缺陷（夾雜、劃痕、尖角等），造成局部應(yīng)力集中，形成微裂紋。隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，微裂紋逐漸擴展，使零件的有效承載面積逐漸減小，以致于最后承受不起所加載荷而突然斷裂。第26頁/共131頁提高材料疲勞抗力的措施：通過合理選材，改善材料的結(jié)構(gòu)形狀，避免應(yīng)力集中，減小材料和零件的缺陷；提高零件表面光潔度；對表面進行強化，噴丸處理等，可以提高材料的疲勞抗力。第27頁/共131頁3、汽車常用的碳素鋼、鑄鋼及其熱處理鋼、鐵一類的金屬被稱為黑色金屬。鋼鐵材料的基本成分是鐵和碳,所以又稱為鐵碳合金。含碳量小于2.11%的鐵碳合金是鋼,含碳量大于2.11%的鐵碳合金是鐵。第28頁/共131頁第29頁/共131頁碳鋼的分類

鋼是碳含量小于2。11%的鐵碳合金。鋼具有必要的力學(xué)性能，可以扎制成各種型材。鐵是碳含量大于2。11%的鐵碳合金。鐵沒有韌性，不能鍛造。但是鐵的鑄造性能良好，可以用來鑄造各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，也就是我們平時說的鑄件。我們所接觸最多的鐵以及鐵的合金，根據(jù)材料性能和組織分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼、等幾大類，各個大類又分為各個小類:第30頁/共131頁一、碳素結(jié)構(gòu)鋼的分類碳素鋼簡稱碳鋼，它的分類有很多種：按含碳量來分的方法：

≤0.02%的鐵碳合金純鐵；0.02%—0.25%低碳鋼；0.25%—0.6%中碳鋼；0.6%—2.11%高碳鋼；大于2.11%的是鑄鐵。第31頁/共131頁按鋼的雜質(zhì)多少來分：普通鋼S≤0.05%P≤0.045%；優(yōu)質(zhì)鋼S≤0.035%P≤0.035%；高級優(yōu)質(zhì)鋼S≤0.025%P≤0.025%；特級質(zhì)量鋼S≤0.015%P≤0.025%。C、S、P、Mn、Si是碳鋼中五大元素。按鋼的用途來分：碳素結(jié)構(gòu)鋼Q195Q215碳素工具鋼T08T10T13鋼彈簧鋼65Mn滲碳鋼20Gr軸承鋼GGr9GGr15第32頁/共131頁優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼用途

法蘭盤第33頁/共131頁優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

螺旋彈簧第34頁/共131頁對鋼的力學(xué)性能和物理性能影響最大的是碳的質(zhì)量分布,隨著含碳量的增加,鋼的強度、硬度直線上升;而韌性和塑性不斷下降。除此之外,在冶煉過程中加入的或原料中帶入的其他元素也對鋼的性能產(chǎn)生重要的影響,如錳和硅元素可以提高鋼的強度和硬度,硫和磷元素會使鋼材變脆。第35頁/共131頁碳素鋼除含碳量小于2.11%之外,還含有少量的錳、硅、硫、磷等雜質(zhì)元素的鋼,我們稱之為碳素鋼,簡稱碳鋼。碳素鋼具有一定的力學(xué)性能、良好的工藝性能、價格低廉,是汽車生產(chǎn)和其他工業(yè)產(chǎn)品中用量最大的金屬材料。分類按鋼中碳的含量多少可分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼;按鋼的質(zhì)量可分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼;按鋼的用途分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼和鑄鋼。第36頁/共131頁碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于制作各種機器零件和工程構(gòu)件,以低碳鋼和中碳鋼為多。汽車上受力不大、要求一定的強度、硬度、韌性和良好的加工性能的零部件大量的使用碳素結(jié)構(gòu)鋼。碳素工具鋼主要用于制作各種工、量、刃具和模具,多屬于高碳鋼。鑄鋼主要用于制作形狀復(fù)雜,難于用鍛壓等方法成形的零件,如汽車上的橋殼等。第37頁/共131頁碳素工具鋼

絲錐第38頁/共131頁碳素工具鋼受力情況：承受較大的磨檫力性能要求：要求高的硬度，耐磨性材料選擇：含碳量較高的碳素鋼制造銼刀第39頁/共131頁碳素結(jié)構(gòu)鋼在汽車中的應(yīng)用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號：屈服點字母+屈服點數(shù)值+煉鋼品質(zhì)等級+脫氧程度常用碳素鋼的牌號及含義舉例如下Q235-AF碳素結(jié)構(gòu)鋼。其中Q235代表屈服強度值,A代表質(zhì)量等級(A含硫磷最多、D含硫磷最少),F代表沸騰鋼(冶煉時鋼脫氧不完全)45Mn優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。其中45代表鋼的平均含碳量為0.45%,Mn的含量為0.7%～1%ZG310-570鑄。其中310代表屈服強度值,570代表抗拉強度值第40頁/共131頁普通碳素結(jié)構(gòu)鋼用途

廠房

第41頁/共131頁普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

鋼軌

第42頁/共131頁普通碳素結(jié)構(gòu)鋼鉚釘?shù)?3頁/共131頁優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼成分及性能特點成分特點:優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼含硫、磷量及其他雜質(zhì)較低，鋼的力學(xué)性能比較好，用于制造要求較高的零件。性能特點：低碳鋼強度，硬度較低，塑性，韌性及焊接性良好；中碳鋼較高的強度，硬度，其塑性和韌性隨含碳量的增加而逐步降低高碳鋼較高的強度，硬度和彈性，但焊接性不好第44頁/共131頁優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼常用牌號和用途牌號：08F204560Mn牌號解釋：08F表示平均含碳量0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,沸騰鋼。20表示平均含碳量0.20%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼.65Mn表示平均含碳量0.65%的高錳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼.第45頁/共131頁優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

曲軸第46頁/共131頁優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

螺旋彈簧第47頁/共131頁鑄鋼成分特點:以碳為主要合金元素并含有少量其他元素性能特點：較高的強度、塑性和韌性，成本較低常用牌號和用途牌號：ZG200-400ZG200-400ZG270-500ZG310-570牌號解釋：ZG200-400表示屈服強度不小于200MPa,抗拉強度不小于400MPa的鑄造碳鋼.第48頁/共131頁鑄造碳鋼機座第49頁/共131頁鑄造碳鋼

連桿第50頁/共131頁鑄造碳鋼

齒輪第51頁/共131頁鋼的熱處理鋼件的熱處理是利用加熱、保溫和冷卻的操作方法,來改變鋼的組織結(jié)構(gòu),使鋼件獲得所需性能的加工工藝。鋼的熱處理根據(jù)加熱和冷卻的方法不同,大體有以下幾類第52頁/共131頁鋼的熱處理退火退火是將鋼件加熱到一定溫度,保溫一段時間,然后隨爐慢慢冷卻到室溫的熱處理工藝。目的是降低材料硬度,改善切削加工性能,提高塑性和韌性,消除鋼中的組織缺陷,消除內(nèi)應(yīng)力。(2)正火正火是將鋼件加熱到臨界溫度以上50～70℃,充分保溫,然后在空氣中冷卻的熱處理工藝。目的與退火基本相同,但正火后鋼件的強度、硬度比退火后高。第53頁/共131頁經(jīng)過退火的材料第54頁/共131頁鋼的熱處理淬火淬火是將鋼件加熱到臨界溫度以上30～50℃,保溫后在冷卻介質(zhì)中快速冷卻的熱處理工藝常用的冷卻介質(zhì)有水、礦物油、鹽、堿的水溶液等淬火的主要目的是提高鋼件的硬度和強度回火回火是將淬火后的鋼件再加熱到臨界溫度以下的某一溫度,保溫一段時間,然后在空氣或油中冷卻的熱處理工藝目的是減少或消除內(nèi)應(yīng)力,提高韌性和塑性,調(diào)整硬度,降低脆性,保證鋼件的形狀、尺寸不變第55頁/共131頁淬火（水中或者油液中冷卻）第56頁/共131頁淬火第57頁/共131頁回火（空氣中冷卻）第58頁/共131頁鋼的熱處理表面淬火表面淬火是將鋼件的表面淬透到一定的深度,而中心部分仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火方法目的是使鋼件表面獲得較高的強度、耐磨性和疲勞強度,而心部仍具有足夠的塑性和韌性?；瘜W(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將鋼件置于某一介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻,使介質(zhì)中的某些元素滲入鋼件表層,從而改善表層性能目的是提高鋼件表層的硬度、耐磨性、耐腐蝕性和抗氧化性主要有滲碳、氮化、碳氮共滲等。第59頁/共131頁表面熱處理第60頁/共131頁第61頁/共131頁4、汽車常用合金鋼合金鋼是指為了改善鋼的某些性能,冶煉時在碳素鋼的基礎(chǔ)上有目的地加入一種或多種合金元素所形成的鋼種常用的合金元素有:錳(Mn)、硅(Si)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鎢(W)、釩(V)、鈦(Ti)、磞(B)、鋁(Al)、稀土(Re)等合金元素對鋼的性能影響很大,如在碳素鋼中加入鉻,能提高鋼的強度、硬度和耐蝕性,加入鎳既可以提高鋼的強度,又不降低其韌性,加入硅能提高鋼的強度、硬度、疲勞強度和耐腐蝕性。幾種合金元素同時配合使用,對鋼的性能影響比單一合金元素更為顯著合金鋼只有經(jīng)過熱處理后,才能達到改善機械性能的目的第62頁/共131頁合金鋼的牌號（1）合金鋼的含碳量、合金元素的種類、合金元素的含量均應(yīng)在牌號中體現(xiàn)出來。（2）兩位數(shù)字（表示平均含碳量的萬分之幾）+合金元素符號+該元素百分含量數(shù)字+……（3）當合金元素的平均含量小于1.50%時，只標元素符號，不標含量；例：合金彈簧鋼60Si2Mn含碳量-0.6%；硅含量-2%；錳含量Mn<1%。合金鋼牌號的一般命名原則第63頁/共131頁1、合金鋼分類（1）按合金元素的含量分

1）低合金鋼合金元素總含量小于等于5%；2）中合金鋼合金元素總含量在5%~10%之間；3）高合金鋼合金元素總含量大于等于10%；（2）按合金元素的種類分

有鉻鋼、錳鋼、鉻鎳鋼、硅錳鉬釩鋼等。

合金鋼的分類與牌號第64頁/共131頁合金鋼合金鋼的種類很多,按用途大致可分為以下幾類:

合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼第65頁/共131頁合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼在低碳鋼的基礎(chǔ)上加入少量（３%～５%）合金元素而得到的鋼這類鋼比相同含碳量的碳素鋼的強度要高10%～30%,并具有較好的塑性、韌性和焊接性能。又因為它的冶煉較簡單,生產(chǎn)成本與碳鋼相近廣泛用于制作各種機器零件和工程構(gòu)件如汽車上的車架縱梁、橫梁、發(fā)動機吊耳等用低合金結(jié)構(gòu)鋼取代碳素結(jié)構(gòu)鋼,可節(jié)約鋼材,減輕重量,且使用可靠。常用的鋼種有12MnV、16Mn等第66頁/共131頁合金結(jié)構(gòu)鋼合金滲碳鋼合金滲碳鋼制造的零件,經(jīng)熱處理后,不僅有較高的表面硬度和耐磨性,而且能大幅度提高零件心部的強度和韌性,從而提高抵抗沖擊載荷的能力汽車上承受高速、重載、強沖擊和劇烈摩擦的零件如活塞銷、齒輪、軸類件和重要的螺栓等都是用合金滲碳鋼加工經(jīng)熱處理制作的。第67頁/共131頁合金結(jié)構(gòu)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼是指經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后使用的鋼,具有較高的強度和韌性。若調(diào)質(zhì)后再進行淬火,則能進一步改善零件表面的耐磨性。常用于制造承受重載荷、沖擊載荷的零件。如機床主軸、汽車半軸、連桿、轉(zhuǎn)向節(jié)等。第68頁/共131頁（1）含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+……（2）當含碳量小于1.00%時，含碳量用一位數(shù)字標明，這一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如8MnSi。（3）當含碳量大于1.00%時，不標含碳量。合金工具鋼*

高速鋼不標含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C)。**含鉻量小于1%時，在含鉻量(以千分之一為單位)前加數(shù)字“0”，如Cr06。銑刀第69頁/共131頁合金鋼其他合金鋼和特殊性能鋼常用的鋼種有合金彈簧鋼、滾動軸承鋼合金工具鋼耐候鋼(良好的抗大氣腐蝕能力)、不銹鋼耐磨鋼耐熱鋼第70頁/共131頁（1）G+Cr+鉻含量(不標含碳量)（2）“G”表示“滾動軸承鋼”。（3）鉻含量以千分之一為單位。如“GCr15”的平均含鉻量為1.5%。（4）滲碳軸承鋼牌號的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同，僅在牌號頭部加字母“G”，如“G20CrNiMo”。軸承鋼第71頁/共131頁二、合金滲碳鋼⑴表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強度，即表硬里韌。

⑵良好的熱處理性能,如淬透性和滲碳能力。1、性能要求滲碳爐滲碳件—傳動齒輪第72頁/共131頁(1)調(diào)質(zhì)處理后具有高強度與很好塑性及韌性的配合，即具有良好的綜合力學(xué)性能。⑵良好的淬透性。三、合金調(diào)質(zhì)鋼2、成分特點1、性能特點調(diào)質(zhì)件（螺桿）⑴中碳：0.25~0.5%C，以0.4%居多⑵合金元素作用：①提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B②強化鐵素體:Mn、Si、Cr、Ni③細化晶粒:Ti、V④防止第二類回火脆性:W、Mo第73頁/共131頁⑴中高碳：碳素彈簧鋼為0.6~0.9%C合金彈簧鋼為0.5~0.7%C2、成分特點汽車彈簧彈簧絲⑵合金元素作用：①提高淬透性、強化鐵素體：Mn、Si、Cr②

提高

s/

b：Mn，Si③細化晶粒：V四、合金彈簧鋼第74頁/共131頁五、滾珠軸承鋼1、性能特點軸承工作時,承受接觸應(yīng)力(達3000~3500MPa)、周期性交變載荷(頻率達數(shù)萬次/分)和摩擦。用于制造軸承套和滾動體的專用鋼種。⑴高而均勻的硬度和耐磨性。⑵高的

b和接觸疲勞強度。⑶足夠的韌性、淬透性和耐蝕性。圓柱滾子軸承自動調(diào)心軸承第75頁/共131頁合金工具鋼一、合金刃具鋼二、合金模具鋼三、量具用鋼模具刃具量具第76頁/共131頁高速鋼（俗稱風鋼）

成分特點⑴高碳:0.70~1.5%C

⑵合金元素作用①

提高淬透性：Cr②

提高熱硬性、W、Mo、③提高耐磨性，細化晶粒:

V高速鋼冷軋鋼帶高速鋼形材一、合金刃具鋼第77頁/共131頁二、合金模具鋼（一）冷模具鋼用以制造冷熱模具的鋼種。用來制造在室溫下使金屬塑性變形的模具，如落料模、冷鐓模、剪切模等。（屬高碳鋼＞0.9%）(1)高硬度和耐磨性。(2)足夠的強度、韌性和疲勞抗力。(3)良好的工藝性能（淬透性、切削加工性等）(4)熱處理變形小1、性能要求汽車沖壓模具第78頁/共131頁用來制造對金屬進行熱變形加工的模具，如熱鍛模、壓鑄模等。（含碳量0.3%~0.6%,含C量太高，導(dǎo)熱性下降)（二）熱模具鋼⑴高溫下良好的綜合力學(xué)性能。⑵抗熱疲勞性能。⑶高的淬透性和良好的導(dǎo)熱性。1、性能要求曲軸模具熱模鍛曲軸毛坯二、合金模具鋼第79頁/共131頁汽車四缸壓鑄模第80頁/共131頁三、量具用鋼（P103）制造各種量具用鋼。如千分尺、卡尺、塊規(guī)、塞規(guī)等。卡尺塞規(guī)千分尺第81頁/共131頁量具在使用過程中與被測零件接觸，承受摩擦和沖擊。⑴高硬度和耐磨性。⑵高的尺寸穩(wěn)定性。⑶足夠的韌性。漸開線花鍵環(huán)規(guī)、塞規(guī)矩形花鍵環(huán)規(guī)、塞規(guī)光面量規(guī)1、性能要求三、量具用鋼第82頁/共131頁⑴低碳鋼滲碳、中碳鋼表面淬火。⑵碳素工具鋼、低合金工具鋼,兩者用于尺寸小、形狀簡單、精度要求不高的量具。⑶滾動軸承鋼、冷作模具鋼。用于制造精密量具。⑷不銹鋼用于制造接觸腐蝕介質(zhì)的量具。量塊電子卡尺2、量具用鋼第83頁/共131頁5、汽車用鑄鐵性能特點：與鋼相比,其強度低,特別是韌性、塑性差,但鑄造性能優(yōu)良、耐磨、切削加工性能良好。隨著技術(shù)進步,某些傳統(tǒng)上用鑄鐵制造的汽車零件,已逐步由輕金屬替代。鑄鐵分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和合金鑄鐵幾種。第84頁/共131頁鑄鐵白口鑄鐵白口鑄鐵斷口呈白色,性能硬而脆,很難進行切削加工,主要用來煉鋼灰口鑄鐵灰口鑄鐵斷口呈灰色,由于生產(chǎn)工藝較簡單,成本低,熔點低、收縮率小、具有良好的鑄造性能,在汽車零件上應(yīng)用較多灰口鑄鐵的牌號用“HT”及數(shù)字組成。其中數(shù)字表示最低的抗拉強度。例如HT100,是最低抗拉強度為100N/mm2的灰口鑄鐵第85頁/共131頁鑄鐵可鍛鑄鐵俗稱馬鐵它具有較高的強度和韌性可用于制作承受沖擊和振動的零件,不能進行鍛造第86頁/共131頁鑄鐵球墨鑄鐵俗稱球鐵球墨鑄鐵兼有鑄鐵和鋼的理化性能、機械性能和工藝性能,也像鋼一樣可進行熱處理。通過合金化和各種熱處理后,可用來代替鑄鋼和鍛鋼制造一些受力復(fù)雜、性能要求較高的零件,如代替45號鋼和35CrMo鋼制造大馬力柴油機的曲軸、凸輪軸、齒輪和連桿等球墨鑄鐵的牌號由"QT"及兩組數(shù)字組成。其中第1組數(shù)字表示最低抗拉強度,第2組數(shù)字表示最低延伸率。例如QT400-18,表示最低抗拉強度為400N/mm2、最低延伸率為18%的球墨鑄鐵第87頁/共131頁鑄鐵合金鑄鐵:具體包括：在灰口鑄鐵或球墨鑄鐵中加入一定量的合金元素,獲得特殊性能的鑄鐵稱為合金鑄鐵。第88頁/共131頁6、汽車用非鐵金屬除黑色金屬材料之外的其他金屬統(tǒng)稱為有色金屬在汽車制造生產(chǎn)中常用的主要是鋁、銅及其合金第89頁/共131頁鋁及鋁合金純鋁純鋁的熔點為660℃,密度為的1/3，是一種輕金屬材料,其電導(dǎo)性、熱導(dǎo)性僅次于銀、銅,抗氧化、抗大氣腐蝕性能好,常溫下在大氣中表面能生成一層致密的氧化鋁膜,阻止鋁表面進一步氧化。純鋁的強度硬度很低,但塑性很高,一般不能作為結(jié)構(gòu)件使用。第90頁/共131頁鋁及鋁合金鋁合金鋁合金是在鋁中加入適量的錫、銅、鎂、錳等元素后獲得的合金,經(jīng)處理后,鋁合金的機械性能大為提高。鋁合金的比強度高、具有良好的耐蝕性、切削加工性和鑄造性、可以實現(xiàn)柔性的強度設(shè)計、表面美觀在汽車上得到廣泛的應(yīng)用。如用鑄鋁合金制造汽缸體、汽缸蓋、輪輞、保險杠,用鋁合金材料制造散熱器、冷凝器等部件。鋁及鋁合金在汽車上大量使用,一方面改善了這些零部件的使用性能,另一方面達到了汽車的輕量化的目的,是今后汽車材料中重要的發(fā)展方向。按鋁合金的成分和加工特點,可分為形變鋁合金和鑄造鋁合金第91頁/共131頁鋁合金形變鋁合金分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金等防銹鋁合金主要指Al-Mn系、Al-Mg系合金特點是具有很高的抗蝕性,故常稱為防銹鋁合金。此外,還具有良好的塑性和一定的焊接性能,但強度較低,不能進行熱處理,只有經(jīng)過冷加工變形才能使其強化防銹鋁合金的牌號用“LF”加順序號表示?！癓F”是“鋁防”兩字漢語拼音的第1個字母。例LF5,LF11表示順序號為5或11的防銹鋁合金。同理。LY12是順序號為12的硬鋁合金;LC6是順序為6的超硬鋁合金；LD10是順序號為10的鍛造鋁合金第92頁/共131頁銅及銅合金工業(yè)和汽車上使用品種主要有工業(yè)純銅、黃銅、青銅等工業(yè)純銅又稱紫銅、電解銅它具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性和耐腐蝕性,可進行冷、熱壓力加工,但強度和硬度低。純銅的牌號用“T”加順序號表示，順序號有1、2、3、4四個號,順序號越大,雜質(zhì)含量越多,純度越低。純銅主要用于制造電線、電刷、銅管等第93頁/共131頁銅及銅合金黃銅黃銅是銅與鋅的合金,即為銅鋅合金。黃銅又分為普通黃銅和特殊黃銅。普通黃銅只含銅、鋅元素的合金機械性能比純銅好。其牌號用“H”加兩位數(shù)字表示,“H”是“黃”漢語拼音的第1個字母；兩位數(shù)字表示含銅量例如H68是平均含銅量為68%、含鋅量為32%的普通黃銅。若H前面加“Z”,表示為鑄造黃銅特殊黃銅在普通黃銅中分別添加錫、鎳、鉛、錳、硅、鋁等合金元素生成的合金黃銅加入合金元素后能進一步提高強度、耐磨性等機械性能。特殊黃銅的牌號用“H”加主元素符號及數(shù)字表示例如HPb59-1是平均含銅量為59%、含鉛量為1%的鉛黃銅;HSn9O-1是平均含銅量為90%、含錫量為1%的錫黃銅第94頁/共131頁銅及銅合金青銅除黃銅和白銅(銅鎳合金)以外的銅合金統(tǒng)稱為青銅青銅又分為錫青銅(普通青銅)和無錫青銅(特殊青銅)第95頁/共131頁銅及銅合金錫青銅是以錫為主要添加元素的銅基合金具有良好的機械性能。錫青銅的牌號用“QSn”加幾組數(shù)字表示‘例如QSn6.5-1是平均含錫量為6.5%、其他元素平均含量為1%的錫青銅。Sn前面加ZCu字母表示為鑄造材料,如ZCuSn5PbZn5是表示平均含錫量為5%、平均含鉛量為5%、平均含鋅量為5%的鑄造錫青銅。無錫青銅是添加硅、鉛、鈹、錳、鋁、鎳等元素的銅基合金,并以添加的元素命名,如硅青銅、鉛青銅、鈹青銅……無錫青銅也有較好的機械性能和理化性能。汽車上的應(yīng)用連桿襯套、搖臂襯套、冷卻系中的節(jié)溫器、軸瓦、曲軸止推墊圈等。第96頁/共131頁非金屬材料塑料橡膠第97頁/共131頁7、汽車常用材料的選用1、汽車齒輪的選材汽車齒輪主要安裝在變速箱和差速器中。在變速箱中，齒輪用于傳遞轉(zhuǎn)矩和改變傳動速比；在差速器中，齒輪用來增加轉(zhuǎn)矩并調(diào)節(jié)左右車輪的轉(zhuǎn)速，將動力傳到驅(qū)動輪，推動汽車運行。這類齒輪受力較大，受沖擊頻繁，工作條件比機床齒輪復(fù)雜。因此，對耐磨性、疲勞強度、心部強度和韌性等要求比機床齒輪高。實踐證明，選用低碳鋼或低碳的合金鋼經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火使用最為適宜。

應(yīng)用最多的是合金滲碳鋼(20Cr或20CrMnTi鋼)。第98頁/共131頁第99頁/共131頁7、汽車常用材料的選用2、汽車軸類零件負荷特點：轉(zhuǎn)軸—彎曲與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合作用，如減速器的軸。心軸—只承受彎矩，如鐵路車輛的輪軸。傳動軸—扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用，如汽車的驅(qū)動軸。?主要失效形式：疲勞斷裂；軸頸或花鍵處過度磨損；過量變形等。第100頁/共131頁?輕載、低速的一般軸（心軸、拉桿等）：

Q235～Q275，不熱處理。?中等載荷，一般精度軸（曲軸等）：

35～50鋼，熱處理。?重載、高精度或惡劣條件軸（汽車、拖拉機軸等），合金鋼：

40Cr、40MnB、30CrMnSi、35CrMo、40CrNiMo；

20Cr、20CrMnTi（滲碳）；

38CrMoAl（氮化）；

9Mn2V、GCr15等，采用相應(yīng)的熱處理。第101頁/共131頁7、汽車常用材料的選用3、汽車彈簧材料為了保障彈簧能夠可靠地工作，其材料除應(yīng)滿足具有較高的強度極限和屈服極限外，還必須具有較高的彈性極限、疲勞極限、沖擊韌性、塑性和良好的熱處理工藝性等。備選材料鋼號有：20Cr、40CrNiMn、60Si2Mn、65Mn等。第102頁/共131頁汽車板簧淬火線冷卷螺旋壓縮彈簧合金彈簧鋼第103頁/共131頁汽車懸架彈簧汽車板簧第104頁/共131頁汽車板簧

（1）汽車板簧失效形式及性能要求

汽車板簧用于緩沖和吸振，承受很大的交變應(yīng)力和沖擊荷載。汽車板簧的主要失效形式為剛度不足引起的過度變形或疲勞斷裂。因此，對汽車板簧的性能要求是材料要有較高的屈服強度和疲勞強度。

汽車板簧在汽車行駛過程中承受各種應(yīng)力的作用，其中以反復(fù)彎曲應(yīng)力為主，絕大多數(shù)是疲勞破壞。所以要求彈簧鋼應(yīng)有高的彈性極限以及彈性減退抗力好，較高的屈強比，為防止在交變應(yīng)力下發(fā)生疲勞和斷裂，彈簧應(yīng)具有高的疲勞強度和耐蝕等性能。

第105頁/共131頁（2）典型板簧選材

汽車板簧一般選用彈性高的合金彈簧鋼來制造，如65Mn、65Si2Mn鋼等。對于中型或重型汽車，板簧還采用50CrMn、55SiMnVB鋼；對于中型載貨汽車用的大截面積板簧，則采用55SiMnMoV、55SiMnMoVNb鋼制造。第106頁/共131頁4、氣缸體、缸套和缸蓋氣缸體：氣缸體工作時承受較大的機械符合和復(fù)雜的熱負荷，材料應(yīng)具有足夠的強度、剛度、良好的澆鑄性和切削性。缸體常用的材料有灰鑄鐵和鋁合金兩種。鋁合金的密度小，但剛度差、強度低、價格貴。所以，除了某些發(fā)動機為減輕重量而采用鋁合金外，一般缸體材料均采用灰鑄鐵。第107頁/共131頁第108頁/共131頁第109頁/共131頁汽缸的缸體一般采用普通鑄鐵或鋁合金，而汽缸工作面則用耐磨材料，制成缸套鑲?cè)肫住?/p>

常用缸套材料為耐磨合金鑄鐵，主要有高磷鑄鐵、硼鑄鐵、合金鑄鐵等。為了提高缸套的耐磨性，可以用鍍鉻、表面淬火、噴鍍金屬鉬或其他耐磨合金等辦法對缸套進行表面處理。第110頁/共131頁2）發(fā)動機缸蓋

缸蓋主要用來封閉汽缸構(gòu)成燃燒室。目前使用的缸蓋材料有兩種：一種是灰鑄鐵或合金鑄鐵；另一種是鋁合金。鑄鐵發(fā)動機缸蓋具有高溫強度、鑄造性能好、價格低等優(yōu)點，但其導(dǎo)熱性差、重量輕，但其高溫強度低，使用中容易變形、成本較高。第111頁/共131頁3）活塞組

活塞、活塞銷和活塞環(huán)等零件組成活塞組。常用的活塞材料是鋁硅合金，其性能特點是導(dǎo)熱性好、密度小、膨脹系數(shù)減小，耐磨性、耐蝕性、硬度、剛度和強度提高。鋁硅合金活塞需進行固溶處理及人工時效處理，以提高表面硬度。第112頁/共131頁第113頁/共131頁第114頁/共131頁活塞銷材料一般用20、20Cr、20CrMnTi等低碳、低碳合金鋼，表面進行滲碳或碳氮共滲處理，以滿足材料外表面硬而耐磨、內(nèi)部韌而耐沖擊的要求。第115頁/共131頁活塞環(huán)材料目前一般多用珠光體基體的灰鑄鐵或在灰鑄鐵基礎(chǔ)上添加一定量的銅、鉻、鉬及鎢等合金元素的合金鑄鐵，也有的采用球墨鑄鐵或可鍛鑄鐵。為了改善活塞環(huán)的工作性能，活塞環(huán)宜進行表面處理。目前應(yīng)用最廣泛的是鍍鉻，可使活塞環(huán)的壽命提高２～３倍。其他表面處理的方法還有噴鉬、磷化、氧化、涂敷合成樹脂等。第116頁/共131頁連桿材料一般采用45鋼、40Cr或40MnB等調(diào)質(zhì)鋼。合金鋼雖具有很高強度，但對應(yīng)力集中很敏感。第117頁/共131頁氣門

進氣門一般可用40Cr、35CrSi、

38CrSi、42Mn2V等合金鋼制造；而排氣門則要求用高鉻耐熱鋼制造，采用4Cr10Si2Mo作為氣門材料時工作溫度可達550~650℃。第118頁/共131頁2）汽車發(fā)動機曲軸

（1）汽車發(fā)動機曲軸的工作條件曲軸在工作中受到彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、拉壓、沖擊等交變應(yīng)力。而且，應(yīng)力分布極不均勻；曲軸頸與軸承還發(fā)