汽车中常用的金属材料.ppt

汽车机械基础汽车机械基础第一章第一章 汽车汽车常用工程材料常用工程材料 一、金属材料的主要性能一、金属材料的主要性能二、汽车常用金属材料二、汽车常用金属材料三、汽车材料的热处理三、汽车材料的热处理四、汽车非金属材料四、汽车非金属材料本本 章章 内内 容容第二讲 汽车常用材料 碳素钢合金钢铸铁有色金属及合金非金属材料复合材料铸铁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、碳钢一、碳钢(1)按按碳的质量分数碳的质量分数分分低碳钢低碳钢W(C)0.25%中碳钢中碳钢 0.25%W(C)0.6%高碳钢高碳钢W(C)0.6%(2)按按钢的质量钢的质量分（分（S、P含量）含量）普通碳素钢普通碳素钢 Ws 0.055%，Wp 0.045%优质碳素钢优质碳素钢 Ws、Wp 0.040%高级优质碳素钢高级优质碳素钢 Ws 0.030%，Wp 0.035%1.1.碳钢的分类碳钢的分类(3)按按钢的用途钢的用途分分碳素结构钢碳素结构钢：用于制造各种机械零件、工程构件。一：用于制造各种机械零件、工程构件。一般为低、中碳钢。般为低、中碳钢。碳素工具钢碳素工具钢：用于制造各种工具。一般为高碳钢。：用于制造各种工具。一般为高碳钢。(4)按按冶炼方法冶炼方法分分 镇静钢：是钢液在浇注前用锰铁、硅铁、铝进行充分镇静钢：是钢液在浇注前用锰铁、硅铁、铝进行充分脱氧，注入模子后，钢液不发生碳脱氧，注入模子后，钢液不发生碳氧反应而处于镇静状氧反应而处于镇静状态，故称镇静钢（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，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，注入锭模后发生碳钢液氧含量较高，注入锭模后发生碳氧反应，析出大量氧反应，析出大量的的CO气体，引起钢液沸腾，故称为沸腾钢（气体，引起钢液沸腾，故称为沸腾钢（F）。）。1.1.碳钢的分类碳钢的分类1.1.碳钢的分类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)。2.碳钢的牌号及用途碳素结构钢碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢 （1）普通碳素结构钢）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、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。工程构件和普通零件的性能要求，因此应用广泛。一般用于一般用于受力不大、制造要求不高的机械零件受力不大、制造要求不高的机械零件（如螺钉、螺母）和厂（如螺钉、螺母）和厂房、桥梁、船舶等建造结构件。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母“Q”、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号四个、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：部分按顺序组成。如：Q235AF表示屈服点为表示屈服点为235MPa的的A级沸腾钢。级沸腾钢。用途钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。多边型角钢多边型角钢螺钉、铆钉螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢钢筋、螺纹钢建筑构件建筑构件钢桥梁钢桥梁（2）优质碳素结构钢）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性、韧性比（普通）碳素钢好。主要用于制造较重要的机械零件。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。如该钢的平均含碳量的万分数。如45钢表示平均含碳量钢表示平均含碳量为为0.45的优质碳素结构钢。若含锰量较高，数字后面的优质碳素结构钢。若含锰量较高，数字后面应加应加“Mn”，以示区别。如：，以示区别。如：60Mn。用途较重要的零件，如齿较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。轮、轴、连杆、弹簧等。热处理：热处理：渗碳、淬火、回火等。渗碳、淬火、回火等。上海桑塔纳发动机曲轴就是采用优质上海桑塔纳发动机曲轴就是采用优质5050号中碳号中碳素钢锻制而成，先正火后半精加工，最后经中素钢锻制而成，先正火后半精加工，最后经中频淬火后再精加工频淬火后再精加工 汽车曲轴汽车曲轴常用钢号及其应用08 08、10 10钢钢:强度低强度低,塑性好塑性好,具有良好的冲压具有良好的冲压、拉深及拉深及焊接性能焊接性能,用于制造冷冲压件用于制造冷冲压件,如汽车和拖拉机油箱如汽车和拖拉机油箱、仪仪表板表板、汽缸盖衬垫汽缸盖衬垫、连杆轴瓦的钢背连杆轴瓦的钢背、曲轴止推片等曲轴止推片等.15 15、2020钢钢:渗碳渗碳,表硬内韧表硬内韧,作凸轮、小齿轮、摩擦片、作凸轮、小齿轮、摩擦片、活塞销、摇臂等活塞销、摇臂等30553055钢钢:调质调质,综合机械性能好综合机械性能好,制齿轮、连杆、轴类等制齿轮、连杆、轴类等60706070钢钢,淬火淬火,中回中回,制造弹性元件制造弹性元件,如汽车气门弹簧如汽车气门弹簧.（3）碳素工具钢的牌号、性能及用途）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素工具钢的牌号由汉字“碳碳”的汉语拼音第一个字母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。千分数。如：如：T8钢表示平均含碳量为钢表示平均含碳量为0.8的碳素工具钢。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若为高级优质碳素工具钢，则应在牌号后面标以字母A，如，如T12A钢表示平均含碳量为钢表示平均含碳量为1.2的高级优质碳素工具钢。的高级优质碳素工具钢。碳素工具钢的含碳量在碳素工具钢的含碳量在0.70以上，硬度高，耐磨性好，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。制造刀具、模具和量具。用途冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。螺纹量规螺纹量规热处理热处理：淬火：淬火+低温回火低温回火 合金钢合金钢 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、合金钢二、合金钢合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢特殊性能钢特殊性能钢 类型：碳钢碳钢：价格低，但是，力学性能低，淬透性低，回火抗力：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。差，耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。合金结构钢的牌号合金结构钢的牌号由两位数字元素符号（或汉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。有的主要合金元素，后面的数字表示合金元素的含量。合金元素含量小于合金元素含量小于1.5时不标时不标。如：如：40Cr钢表示平均含碳量为钢表示平均含碳量为0.40，主要合金，主要合金元素为元素为Cr，其含量在，其含量在1.5以下的合金结构钢；以下的合金结构钢；60Si2Mn钢表示平均含碳量为钢表示平均含碳量为0.60，主要合金元素，主要合金元素为为Si、Mn，其平均含量分别为，其平均含量分别为2、1.5的合金结的合金结构钢。构钢。1低合金结构钢钢号钢号旧钢号旧钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分，%机械性能机械性能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、性能常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度（厚度(直径直径)16mm，AKV 34J）成分成分 w(C)w(C)0.2%0.2%，主加元素主加元素MnMn，附加附加V V、TiTi、NbNb。性能性能 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。(摘自摘自GB/T1591-1994)GB/T1591-1994)高压容器高压容器桥梁桥梁船舶船舶车辆车辆应用应用2合金调质钢成分成分 w(C)=0.25w(C)=0.250.50%0.50%，合金元素消除回火脆性合金元素消除回火脆性。MnMn、CrCr、NiNi、B B、SiSi用来提高淬透性，用来提高淬透性，MoMo、W W可抑制可抑制第二类回火脆性，第二类回火脆性，TiTi、V V细化晶粒。细化晶粒。性能性能 综合机械性能高综合机械性能高调质钢的牌号（摘自调质钢的牌号（摘自GB/T3077GB/T307719991999）淬淬透透性性钢号钢号主主 要要 成成 分分,%淬火淬火回火回火CMnSiCr低低450.420.500.500.800.170.37830840水水580640空空40Cr0.370.450.500.80Cr0.81.10850油油500水，油水，油中中高高35CrMo0.320.400.400.70Cr0.81.10850油油550水，油水，油38CrMoAlA0.350.42Al0.71.1Cr1.351.65940水，油水，油640水，油水，油40CrMnMo0.370.450.901.20Cr0.91.20850油油600水，油水，油机械性能机械性能 bMPasMPaaKU2J6003553940MnB0.370.441.101.400.200.40850油油500水，油水，油9807854798078547980835639808357198078563热处理应用应用:轴类、连杆、齿轮轴类、连杆、齿轮 4040CrCr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。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。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。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调质，可附加表面淬火或化学热处理。应用应用:汽车曲轴汽车曲轴圆锥齿轮3合金渗碳钢成分成分 w(C)=0.1w(C)=0.10.25%,0.25%,韧性好。合金元韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性素提高淬透性、耐磨性,细化晶粒。细化晶粒。Cr、Ni、Mo、W、Mn、Si和B提高淬透性，Ti细化晶粒性能性能 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。部韧性高、强度大。3合金渗碳钢渗渗C钢的牌号（摘自钢的牌号（摘自GB/T3077-1999GB/T3077-1999）（渗（渗C C:930:930，回火：回火：200 200）主主 要要 化化 学学 成成 分分,%预备处理预备处理淬火淬火,CMnCr，Ni0.170.240.170.240.500.801.301.600.701.00880 800水水,油油880水水,油油0.170.230.170.230.901.200.801.100.901.201.001.30850 油油880 870 油油钢号钢号20Cr20MnV20CrMn20CrMnTi淬淬透透性性低低中中高高18Cr2Ni4WA20Cr2Ni4A0.130.190.170.23W0.81.20.300.601.351.654.04.51.251.653.253.75950 850空空 880 780油油机械性能机械性能bMPasMPa83535785540 05909301080735835118011808351080aKU2J475547557863热处理应用应用 耐磨件耐磨件 2020CrCr，小轴、活塞销、小齿小轴、活塞销、小齿轮。轮。2020CrMnTiCrMnTi，汽车齿轮。汽车齿轮。1818Cr2Ni4WACr2Ni4WA，如曲轴、连杆。如曲轴、连杆。渗碳渗碳 淬火淬火 低温回火低温回火4合金弹簧钢成分成分 w(C)=0.450.70%，Si,Mn为主要元素，提为主要元素，提高屈强比。高屈强比。性能性能 屈强比和疲劳抗力高，塑性大屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。耐震动、冲击。4合金弹簧钢钢号钢号主主 要要 成成 分分,%淬火淬火 油油 回回火火机械性能机械性能 CMnSi,CrbMPasMPa10%akkJ/m2650.620.700.500.800.170.37840油油50010008009450850.820.900.500.800.170.37820油油48011501000660065Mn0.620.700.901.200.170.37830油油5401000800880060Si2Mn0.560.640.600.901.502.00870油油48013001200580050CrVA0.460.540.500.80Cr0.81.10850油油5001300115059800（摘自（摘自GB/T12221985）汽车板簧汽车板簧火车螺旋弹簧火车螺旋弹簧应用应用 6565MnMn、60Si2Mn60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。汽汽车板簧板簧大型大型热卷卷弹簧簧热卷大卷大弹簧簧弹簧簧丝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。合金工具钢合金工具钢 合金刃具钢合金刃具钢：主要用来制造金属切削刀具。：主要用来制造金属切削刀具。合金模具钢合金模具钢：主要用来制造各种金属成形用的模具。：主要用来制造各种金属成形用的模具。合金量具钢合金量具钢：量具用来测量工件尺寸的工具（如游标卡：量具用来测量工件尺寸的工具（如游标卡尺、量规。尺、量规。量量 具具刃刃 具具模模 具具合金工具钢的牌号合金工具钢的牌号由数字元素符号（或汉字）数字三由数字元素符号（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（当含碳量1时，则不予标出）；元素符号（或汉字）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。合金元素含量小于的含量。合金元素含量小于1.5时不标时不标。如：。如：9SiCr钢表钢表示平均含碳量为示平均含碳量为0.9，主要合金元素为，主要合金元素为Si、Cr，其含量，其含量均在均在1.5以下的合金工具钢；以下的合金工具钢；Cr12MoV钢表示平均含碳钢表示平均含碳量量1，主要合金元素为，主要合金元素为Cr，其平均含量分别为，其平均含量分别为12合金合金元素元素Mo、V，其平均含量均，其平均含量均1.5的合金工具钢。的合金工具钢。1 1不锈钢不锈钢2 2耐热钢耐热钢3 3耐磨钢耐磨钢三 特殊性能钢耐 热 钢 的 用 途发动机叶片机叶片航空航空发动机机汽汽轮机叶片机叶片汽汽车阀门耐磨钢用途用途：履带、铁道岔道用途：履带、铁道岔道、挖掘机、拖拉机、坦克的履带板等挖掘机、拖拉机、坦克的履带板等 代表牌号代表牌号Mn13Mn13 含碳量大于含碳量大于2.11%、并含有、并含有较多硅、多硅、锰、硫、磷等、硫、磷等杂质元素的元素的铁碳合金称碳合金称为铸铁。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。四四 铸铁铸铁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铝及铝合金铝及铝合金2 2 2 2铜及铜合金铜及铜合金铜及铜合金铜及铜合金3 3 3 3轴承合金轴承合金轴承合金轴承合金 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工业纯铝工业纯铝2铝合金在纯铝中加入在纯铝中加入SiSi、CuCu、MgMg、ZnZn、MnMn等金属元素形等金属元素形成成铝合金铝合金。可显著提高力学性能，且仍保持密度。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。用来制作机器零件。根据铝合金的成分及生产工艺特点，可将其分为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变形铝合金和和铸造铝合金铸造铝合金。铝合金(1）变形铝合金）变形铝合金防锈铝防锈铝合金合金硬铝合金硬铝合金超硬铝合金超硬铝合金锻铝合金锻铝合金（2）铸造铝合金）铸造铝合金 Al-Si系合金系合金Al-Cu系合金系合金Al-Mg系合金系合金Al-Zn 系合金系合金 铝合金应用 汽缸汽缸头活塞活塞(裙部裙部为铝硅合金硅合金)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。铜及铜合金的性能特点优异的物理、化学性能优异的物理、化学性能 导电、导热性、抗蚀、抗磁能力高导电、导热性、抗蚀、抗磁能力高 良好的加工性能良好的加工性能 塑性好；铸造性好塑性好；铸造性好某些特殊机械性能某些特殊机械性能 优良的减摩性和耐磨性，高的弹性极限和疲劳极限优良的减摩性和耐磨性，高的弹性极限和疲劳极限 纯铜强度低，虽然冷加工变形可提高其强纯铜强度低，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，在铜构件。为了满足制作结构件的要求，在铜中加入中加入合金元素合金元素，通过，通过固溶强化固溶强化，时效强时效强化化及及过剩相强化过剩相强化等途径提高合金的强度，等途径提高合金的强度，获得高强度的铜合金。获得高强度的铜合金。常用的合金元素：常用的合金元素：ZnZn、AlAl、SnSn、MnMn、NiNi、BeBe、TiTi、CrCr、ZrZr等。等。铜合金按其化学成分可分为黄铜、青铜、铜合金按其化学成分可分为黄铜、青铜、白铜三大类。白铜三大类。轴承合金滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料工作条件工作条件 冲击、交变载荷，冲击、交变载荷，轴颈压力、摩擦。轴颈压力、摩擦。性能要求性能要求:强硬度、塑韧性好，与轴的磨合能力、强硬度、塑韧性好，与轴的磨合能力、减摩性好。减摩性好。导热、抗蚀性好。导热、抗蚀性好。轴瓦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。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。