汽车中常用的金属材料PPT课件.ppt

汽车机械基础第一章 汽车常用工程材料 1一、金属材料的主要性能二、汽车常用金属材料三、汽车材料的热处理四、汽车非金属材料本 章 内 容2第二讲 汽车常用材料 v碳素钢v合金钢v铸铁v有色金属及合金v非金属材料v复合材料3铸铁碳的质量分数大于2.11、小于6.67的铁碳合金为铸铁。钢铁材料 以铁、碳为基础的铁碳合金。碳素钢碳的质量分数(含碳量)小于2.11的铁碳合金称为碳素钢。一、碳钢4(1)按碳的质量分数分低碳钢W(C)0.25%中碳钢 0.25%W(C)0.6%高碳钢W(C)0.6%(2)按钢的质量分（S、P含量）普通碳素钢 Ws 0.055%，Wp 0.045%优质碳素钢 Ws、Wp 0.040%高级优质碳素钢 Ws 0.030%，Wp 0.035%1.1.碳钢的分类5(3)按钢的用途分碳素结构钢：用于制造各种机械零件、工程构件。一般为低、中碳钢。碳素工具钢：用于制造各种工具。一般为高碳钢。(4)按冶炼方法分 镇静钢：是钢液在浇注前用锰铁、硅铁、铝进行充分脱氧，注入模子后，钢液不发生碳氧反应而处于镇静状态，故称镇静钢（Z）。沸腾钢：是在冶炼后期将钢液用少量锰铁轻度脱氧，钢液氧含量较高，注入锭模后发生碳氧反应，析出大量的CO气体，引起钢液沸腾，故称为沸腾钢（F）。1.1.碳钢的分类61.1.碳钢的分类杂质元素对钢性能的影响 1.有益元素 Si 有很强的固溶强化作用,能脱氧。Mn 脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。2.有害元素:P 有很强的固溶强化作用,低温韧性差(冷脆)。S 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂(热裂)。72.2.碳钢的牌号及用途碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢8 （1）普通碳素结构钢 有害杂质硫、磷和非金属夹杂物较多，同等情况下塑性、韧性较低；但冶炼容易、工艺性好且价格便宜，能满足一般工程构件和普通零件的性能要求，因此应用广泛。一般用于受力不大、制造要求不高的机械零件（如螺钉、螺母）和厂房、桥梁、船舶等建造结构件。普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音第一个字母“Q”、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号四个部分按顺序组成。如：Q235AF表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。9用途钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。多边型角钢螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁10（2）优质碳素结构钢 有害杂质硫、磷和非金属夹杂物较少，品质较高，塑性、韧性比（普通）碳素钢好。主要用于制造较重要的机械零件。优质结构钢的牌号用两位数字表示，两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数。如45钢表示平均含碳量为0.45的优质碳素结构钢。若含锰量较高，数字后面应加“Mn”，以示区别。如：60Mn。11用途较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。热处理：渗碳、淬火、回火等。12上海桑塔纳发动机曲轴就是采用优质5050号中碳素钢锻制而成，先正火后半精加工，最后经中频淬火后再精加工 汽车曲轴13常用钢号及其应用08 08、10 10钢:强度低,塑性好,具有良好的冲压、拉深及焊接性能,用于制造冷冲压件,如汽车和拖拉机油箱、仪表板、汽缸盖衬垫、连杆轴瓦的钢背、曲轴止推片等.15 15、2020钢:渗碳,表硬内韧,作凸轮、小齿轮、摩擦片、活塞销、摇臂等30553055钢:调质,综合机械性能好,制齿轮、连杆、轴类等60706070钢,淬火,中回,制造弹性元件,如汽车气门弹簧.14 （3）碳素工具钢的牌号、性能及用途 碳素工具钢的牌号由汉字“碳”的汉语拼音第一个字母“T”加上阿拉伯数字组成，其数字表示钢中平均含碳量的千分数。如：T8钢表示平均含碳量为0.8的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则应在牌号后面标以字母A，如T12A钢表示平均含碳量为1.2的高级优质碳素工具钢。碳素工具钢的含碳量在0.70以上，硬度高，耐磨性好，碳素工具钢都是优质钢或高级优质钢。碳素工具钢主要用于制造刀具、模具和量具。15用途冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。螺纹量规热处理：淬火+低温回火 16 合金钢 在碳钢的基础上加入有益的其他元素形成的钢，称为合金钢。常用的合金元素有：铬(Cr)、镍(Ni)、硅(si）、铝(Al)、硼(B)、钨(w)、钼(Mo)、钛(Ti)及稀土元素Re等。二、合金钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢 类型：碳钢：价格低，但是，力学性能低，淬透性低，回火抗力差，耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。17 合金结构钢的牌号由两位数字元素符号（或汉字）数字三个部分组成。前两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数；元素符号（或汉字）表示钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示合金元素的含量。合金元素含量小于1.5时不标。如：40Cr钢表示平均含碳量为0.40，主要合金元素为Cr，其含量在1.5以下的合金结构钢；60Si2Mn钢表示平均含碳量为0.60，主要合金元素为Si、Mn，其平均含量分别为2、1.5的合金结构钢。181 1低合金结构钢钢号旧钢号主 要 化 学 成 分，%机械性能CMnSi，s，MPab，MPa5，%Q29509MnNb12Mn0.160.801.500.5529557023Q34516Mn16MnRe0.180.201.001.600.553456302122Q39016MnNb15MnTi0.201.001.600.553906501920Q42014MnVTiRe15MnVN0.201.001.700.554206801819Q46014MnMoV18MnMoNb0.201.001.700.5546072017常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度(直径)16mm，AKV 34J）成分 w(C)w(C)0.2%0.2%，主加元素MnMn，附加V V、TiTi、NbNb。性能 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。(摘自GB/T1591-1994)GB/T1591-1994)19高压容器桥梁船舶车辆应用202 2合金调质钢成分 w(C)=0.25w(C)=0.250.50%0.50%，合金元素消除回火脆性。MnMn、CrCr、NiNi、B B、SiSi用来提高淬透性，MoMo、W W可抑制第二类回火脆性，TiTi、V V细化晶粒。性能 综合机械性能高21调质钢的牌号（摘自GB/T3077GB/T307719991999）淬透性钢号主 要 成 分,%淬火回火CMnSiCr低450.420.500.500.800.170.37830840水580640空40Cr0.370.450.500.80Cr0.81.10850油500水，油中高35CrMo0.320.400.400.70Cr0.81.10850油550水，油38CrMoAlA0.350.42Al0.71.1Cr1.351.65940水，油640水，油40CrMnMo0.370.450.901.20Cr0.91.20850油600水，油机械性能 bMPasMPaaKU2J6003553940MnB0.370.441.101.400.200.40850油500水，油980785479807854798083563980835719807856322热处理应用:轴类、连杆、齿轮 4040CrCr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。3535CrMoCrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。4040CrNiMoCrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。调质，可附加表面淬火或化学热处理。23应用:汽车曲轴圆锥齿轮243 3合金渗碳钢成分 w(C)=0.1w(C)=0.10.25%,0.25%,韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性,细化晶粒。Cr、Ni、Mo、W、Mn、Si和B提高淬透性，Ti细化晶粒性能 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。253 3合金渗碳钢渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999GB/T3077-1999）（渗C C:930:930，回火：200 200）主 要 化 学 成 分,%预备处理淬火,CMnCr，Ni0.170.240.170.240.500.801.301.600.701.00880 800水,油880水,油0.170.230.170.230.901.200.801.100.901.201.001.30850 油880 870 油钢号20Cr20MnV20CrMn20CrMnTi淬透性低中高18Cr2Ni4WA20Cr2Ni4A0.130.190.170.23W0.81.20.300.601.351.654.04.51.251.653.253.75950 850空 880 780油机械性能bMPasMPa83535785540 05909301080735835118011808351080aKU2J47554755786326热处理应用 耐磨件 2020CrCr，小轴、活塞销、小齿轮。2020CrMnTiCrMnTi，汽车齿轮。1818Cr2Ni4WACr2Ni4WA，如曲轴、连杆。渗碳 淬火 低温回火274 4合金弹簧钢成分 w(C)=0.450.70%，Si,Mn为主要元素，提高屈强比。性能 屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。284 4合金弹簧钢钢号主 要 成 分,%淬火 油 回火机械性能 CMnSi,CrbMPasMPa10%akkJ/m2650.620.700.500.800.170.37840油50010008009450850.820.900.500.800.170.37820油48011501000660065Mn0.620.700.901.200.170.37830油5401000800880060Si2Mn0.560.640.600.901.502.00870油48013001200580050CrVA0.460.540.500.80Cr0.81.10850油5001300115059800（摘自GB/T12221985）29 汽车板簧火车螺旋弹簧应用 6565MnMn、60Si2Mn60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。30汽车板簧大型热卷弹簧热卷大弹簧弹簧丝31合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入合金元素制成的。合金工具钢具有更高硬度、耐磨性，更好的淬透性、热硬性和回火稳定性等。因而可以制造刃具、模具、量具和其它工具。合金工具钢 合金刃具钢：主要用来制造金属切削刀具。合金模具钢：主要用来制造各种金属成形用的模具。合金量具钢：量具用来测量工件尺寸的工具（如游标卡尺、量规。32量 具刃 具模 具33合金工具钢的牌号由数字元素符号（或汉字）数字三个部分组成。前面的数字表示该钢的平均含碳量的千分数（当含碳量1时，则不予标出）；元素符号（或汉字）表示钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示合金元素的含量。合金元素含量小于1.5时不标。如：9SiCr钢表示平均含碳量为0.9，主要合金元素为Si、Cr，其含量均在1.5以下的合金工具钢；Cr12MoV钢表示平均含碳量1，主要合金元素为Cr，其平均含量分别为12合金元素Mo、V，其平均含量均1.5的合金工具钢。341 1不锈钢2 2耐热钢3 3耐磨钢三 特殊性能钢35耐 热 钢 的 用 途发动机叶片航空发动机汽轮机叶片汽车阀门36耐磨钢用途用途：履带、铁道岔道、挖掘机、拖拉机、坦克的履带板等 代表牌号Mn13Mn1337 含碳量大于2.11%2.11%、并含有较多硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金称为铸铁。根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为：灰铸铁中的石墨呈片状；可锻铸铁中的石墨呈团絮状；球墨铸铁中的石墨呈球状，蠕墨铸铁中的石墨呈蠕虫状。四 铸铁38有色金属是指钢铁以外的其他金属。有色金属种类很多，又具有某些独特的性能，是工业上不可缺少的金属材料，有色金属应用较广的是铝、铜及其合金和轴承合金。1 1 1 1铝及铝合金铝及铝合金2 2 2 2铜及铜合金铜及铜合金3 3 3 3轴承合金轴承合金 钢铁材料也称为黑色金属。四、有色金属及其合金39铝及铝合金铝及铝合金v显著特点是：密度小、塑性高但强度、硬度低.可以经冷变形或通过合金化使其强化；可以进行冷、热压力加工。v铝导电、导热性良好，仅次于银和铜。常用铝代替铜制作导线和零件，也可以制作电子、电气设备散热片。v工业纯铝的牌号有1070A、1060、1050A、1035等。1工业纯铝402铝合金v在纯铝中加入SiSi、CuCu、MgMg、ZnZn、MnMn等金属元素形成铝合金。可显著提高力学性能，且仍保持密度小、比强度高、耐腐蚀、导热性好的优点，可以用来制作机器零件。v根据铝合金的成分及生产工艺特点，可将其分为变形铝合金和铸造铝合金。41 铝合金(1）变形铝合金防锈铝合金硬铝合金超硬铝合金锻铝合金（2）铸造铝合金 Al-Si系合金Al-Cu系合金Al-Mg系合金Al-Zn 系合金42 铝合金应用 汽缸头活塞(裙部为铝硅合金)大部分轿车还是部分零部件采用铝合金，如车圈、发动机上盖等。大部分轿车还是部分零部件采用铝合金，如车圈、发动机上盖等。43铜及铜合金的性能特点优异的物理、化学性能 导电、导热性、抗蚀、抗磁能力高 良好的加工性能 塑性好；铸造性好某些特殊机械性能 优良的减摩性和耐磨性，高的弹性极限和疲劳极限 44v纯铜强度低，虽然冷加工变形可提高其强度，但塑性显著降低，不能制作受力的结构件。为了满足制作结构件的要求，在铜中加入合金元素，通过固溶强化，时效强化及过剩相强化等途径提高合金的强度，获得高强度的铜合金。v常用的合金元素：ZnZn、AlAl、SnSn、MnMn、NiNi、BeBe、TiTi、CrCr、ZrZr等。v铜合金按其化学成分可分为黄铜、青铜、白铜三大类。45轴承合金滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料工作条件 冲击、交变载荷，轴颈压力、摩擦。性能要求:强硬度、塑韧性好，与轴的磨合能力、减摩性好。导热、抗蚀性好。轴瓦常用的轴承合金有锡基、铅基、铜基和铝基轴承合金等。常用的轴承合金有锡基、铅基、铜基和铝基轴承合金等。46