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第二部分第二部分 汽汽车材料材料第第6章章 汽汽车常用工程材料常用工程材料 www.xunchi- 1.本章本章导读n n 一般来一般来一般来一般来讲讲，一，一，一，一辆辆汽汽汽汽车车由由由由3 3万个零件万个零件万个零件万个零件组组装而成。汽装而成。汽装而成。汽装而成。汽车车上每上每上每上每个零件的生个零件的生个零件的生个零件的生产产制造都涉及到材料制造都涉及到材料制造都涉及到材料制造都涉及到材料问题问题。据。据。据。据统计统计，汽，汽，汽，汽车车上上上上的零部件采用了的零部件采用了的零部件采用了的零部件采用了40004000余种不同的材料加工制造。从汽余种不同的材料加工制造。从汽余种不同的材料加工制造。从汽余种不同的材料加工制造。从汽车车的的的的设计设计、选选材、加工制造、到汽材、加工制造、到汽材、加工制造、到汽材、加工制造、到汽车车的使用、的使用、的使用、的使用、维维修和养修和养修和养修和养护护无一不涉及到材料。无一不涉及到材料。无一不涉及到材料。无一不涉及到材料。n n用以制造各种汽用以制造各种汽用以制造各种汽用以制造各种汽车车零件的材料零件的材料零件的材料零件的材料统统称称称称为为汽汽汽汽车车工程材料。一工程材料。一工程材料。一工程材料。一般将其分般将其分般将其分般将其分为为两大两大两大两大类类：金属材料和非金属材料。在目前机：金属材料和非金属材料。在目前机：金属材料和非金属材料。在目前机：金属材料和非金属材料。在目前机械工械工械工械工业业生生生生产产中，普遍使用中，普遍使用中，普遍使用中，普遍使用钢铁钢铁、铜铜、铝铝等金属材料；此等金属材料；此等金属材料；此等金属材料；此外，工程塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料的外，工程塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料的外，工程塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料的外，工程塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料的应应用也日用也日用也日用也日趋趋广泛。具体分广泛。具体分广泛。具体分广泛。具体分类类如下。如下。如下。如下。2.3.本章要点本章要点n n1 1金属材料的主要性能金属材料的主要性能金属材料的主要性能金属材料的主要性能n n2 2汽汽汽汽车车常用金属材料和非金属材料的分常用金属材料和非金属材料的分常用金属材料和非金属材料的分常用金属材料和非金属材料的分类类、特点及、特点及、特点及、特点及应应用用用用n n3 3钢热处钢热处理的特点、方法及理的特点、方法及理的特点、方法及理的特点、方法及应应用用用用n n4 4汽汽汽汽车车新型材料的新型材料的新型材料的新型材料的选选用用用用4.6.1 金属材料的主要性能金属材料的主要性能n n6.1.1金属材料的力学性能金属材料的力学性能n n金属材料的力学性能主要决定于材料本身的化学成分、金属材料的力学性能主要决定于材料本身的化学成分、金属材料的力学性能主要决定于材料本身的化学成分、金属材料的力学性能主要决定于材料本身的化学成分、组织结组织结构、冶金构、冶金构、冶金构、冶金质质量、表面和内部的缺陷等内在因素，量、表面和内部的缺陷等内在因素，量、表面和内部的缺陷等内在因素，量、表面和内部的缺陷等内在因素，但一些外在因素如但一些外在因素如但一些外在因素如但一些外在因素如载载荷性荷性荷性荷性质质、温度、温度、温度、温度、环环境介境介境介境介质质等也会影等也会影等也会影等也会影响到材料的力学性能。因此，力学性能不响到材料的力学性能。因此，力学性能不响到材料的力学性能。因此，力学性能不响到材料的力学性能。因此，力学性能不仅仅是是是是验验收，收，收，收，鉴鉴定材料性能的主要依据，而且也是零件定材料性能的主要依据，而且也是零件定材料性能的主要依据，而且也是零件定材料性能的主要依据，而且也是零件设计设计和和和和选择选择材料材料材料材料的重要依据。的重要依据。的重要依据。的重要依据。n n属材料的力学性能是指金属材料在外加属材料的力学性能是指金属材料在外加属材料的力学性能是指金属材料在外加属材料的力学性能是指金属材料在外加载载荷（外力）作荷（外力）作荷（外力）作荷（外力）作用下表用下表用下表用下表现现出来的特性。出来的特性。出来的特性。出来的特性。载载荷按其作用形式的不同，分荷按其作用形式的不同，分荷按其作用形式的不同，分荷按其作用形式的不同，分为为静静静静载载荷、冲荷、冲荷、冲荷、冲击载击载荷和交荷和交荷和交荷和交变载变载荷等。荷等。荷等。荷等。n n一一一一 金属材料的静金属材料的静金属材料的静金属材料的静态态力学性能力学性能力学性能力学性能 金属的静金属的静金属的静金属的静态态力学性能指力学性能指力学性能指力学性能指标标包括塑性、包括塑性、包括塑性、包括塑性、强强度、硬度等。下面以低碳度、硬度等。下面以低碳度、硬度等。下面以低碳度、硬度等。下面以低碳钢钢静静静静载载荷拉伸荷拉伸荷拉伸荷拉伸试验为试验为例例例例说说明金属材料的各个静明金属材料的各个静明金属材料的各个静明金属材料的各个静态态力学性能指力学性能指力学性能指力学性能指标标。5.n n1.1.静静静静载载荷拉伸荷拉伸荷拉伸荷拉伸试验试验n n静静静静载载荷拉伸荷拉伸荷拉伸荷拉伸试验试验是材料学里非常重要的是材料学里非常重要的是材料学里非常重要的是材料学里非常重要的试验试验，通，通，通，通过过拉伸拉伸拉伸拉伸试验试验可以可以可以可以测测定金属的定金属的定金属的定金属的强强度和塑性指度和塑性指度和塑性指度和塑性指标标。n n静静静静载载荷拉伸荷拉伸荷拉伸荷拉伸试验试验的原理：用静拉力（的原理：用静拉力（的原理：用静拉力（的原理：用静拉力（载载荷）荷）荷）荷）对对待待待待测样测样本本本本进进行行行行轴轴向拉伸，同向拉伸，同向拉伸，同向拉伸，同时连续测时连续测量并量并量并量并记录试验记录试验力的大小和相力的大小和相力的大小和相力的大小和相应应的的的的试样试样伸伸伸伸长长量，一直到量，一直到量，一直到量，一直到试样试样断裂。根据断裂。根据断裂。根据断裂。根据测测量的数据，量的数据，量的数据，量的数据，即可得出有关的力学性能指即可得出有关的力学性能指即可得出有关的力学性能指即可得出有关的力学性能指标标，如，如，如，如图图6-16-1所示。所示。所示。所示。图图6-1 6-1 静静静静载载荷拉伸荷拉伸荷拉伸荷拉伸试验试验6.n n图图6-26-2所示是低碳所示是低碳所示是低碳所示是低碳钢钢拉伸曲拉伸曲拉伸曲拉伸曲线图线图。纵纵坐坐坐坐标标表示表示表示表示试样试样受到受到受到受到的静拉力（的静拉力（的静拉力（的静拉力（载载荷）荷）荷）荷）F F，单单位位位位为为NN，横坐，横坐，横坐，横坐标标表示表示表示表示试样试样的伸的伸的伸的伸长长量量量量L L，单单位位位位为为mmmm。图图6-5 6-5 洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度试验试验原理原理原理原理图图 2.2.维维氏硬度氏硬度氏硬度氏硬度n n维维氏硬度的氏硬度的氏硬度的氏硬度的测测量原理基本与布氏硬度相同，不同的是所量原理基本与布氏硬度相同，不同的是所量原理基本与布氏硬度相同，不同的是所量原理基本与布氏硬度相同，不同的是所加加加加载载荷荷荷荷较较小，小，小，小，压头压头是是是是顶顶角角角角为为136136的正四棱的正四棱的正四棱的正四棱锥锥金金金金刚刚石石石石压头压头，在被在被在被在被测测材料的表面得到的是四方材料的表面得到的是四方材料的表面得到的是四方材料的表面得到的是四方锥锥形形形形压压痕。痕。痕。痕。7.n n二、二、二、二、金属材料的金属材料的金属材料的金属材料的动态动态力学性能力学性能力学性能力学性能n n1 1冲冲冲冲击韧击韧度度度度n n冲冲冲冲击韧击韧度是指零件承受一次或数次大能量冲度是指零件承受一次或数次大能量冲度是指零件承受一次或数次大能量冲度是指零件承受一次或数次大能量冲击击的能力。的能力。的能力。的能力。通常采用一次通常采用一次通常采用一次通常采用一次摆锤摆锤冲冲冲冲击试验击试验来来来来测测定材料的冲定材料的冲定材料的冲定材料的冲击韧击韧度度度度kkn nk=Akk=AkF Fn n式中，式中，式中，式中，AkAk为为冲冲冲冲击击功（功（功（功（J J）,F,F为试样为试样缺口缺口缺口缺口处处的截面的截面的截面的截面积积（cm2cm2）,k,k的的的的单单位位位位为为J Jcmcm2 2。n n2 2 疲疲疲疲劳强劳强度度度度n n疲疲疲疲劳强劳强度是指材料度是指材料度是指材料度是指材料经经无数次的无数次的无数次的无数次的应应力循力循力循力循环环仍不断裂的最大仍不断裂的最大仍不断裂的最大仍不断裂的最大应应力，用以表征材料抵抗疲力，用以表征材料抵抗疲力，用以表征材料抵抗疲力，用以表征材料抵抗疲劳劳断裂的能力。断裂的能力。断裂的能力。断裂的能力。测试测试材料的材料的材料的材料的疲疲疲疲劳强劳强度最度最度最度最简单简单的方法是旋的方法是旋的方法是旋的方法是旋转转弯曲疲弯曲疲弯曲疲弯曲疲劳试验劳试验。试验测试验测得得得得的材料所受循的材料所受循的材料所受循的材料所受循环应环应力力力力 与断裂前的循与断裂前的循与断裂前的循与断裂前的循环环次数次数次数次数NN的关系曲的关系曲的关系曲的关系曲线线称称称称为为疲疲疲疲劳劳曲曲曲曲线线，如，如，如，如图图6-7 6-7 所示。由所示。由所示。由所示。由图图中可以看出，循中可以看出，循中可以看出，循中可以看出，循环应环应力越小，力越小，力越小，力越小，则则材料断裂前所承受的循材料断裂前所承受的循材料断裂前所承受的循材料断裂前所承受的循环环次数越多。当次数越多。当次数越多。当次数越多。当应应力降低到某一力降低到某一力降低到某一力降低到某一值时值时，曲，曲，曲，曲线趋线趋于水平，即表示在于水平，即表示在于水平，即表示在于水平，即表示在该应该应力力力力作用下，材料作用下，材料作用下，材料作用下，材料经经无数次的无数次的无数次的无数次的应应力作用达到某一基数而不断力作用达到某一基数而不断力作用达到某一基数而不断力作用达到某一基数而不断时时，其最大，其最大，其最大，其最大应应力就作力就作力就作力就作为该为该材料的疲材料的疲材料的疲材料的疲劳劳极限，一般极限，一般极限，一般极限，一般钢铁钢铁材材材材料的循料的循料的循料的循环环次数取次数取次数取次数取107107次。次。次。次。8.图图6-6 6-6 疲疲疲疲劳劳曲曲曲曲线线示意示意示意示意图图n n6.1.2 金属材料的物理、化学及工金属材料的物理、化学及工艺性能性能n n1 1 材料的物理性能材料的物理性能材料的物理性能材料的物理性能n n材料的物理性能是指材料的固有属性，如密度、熔点、材料的物理性能是指材料的固有属性，如密度、熔点、材料的物理性能是指材料的固有属性，如密度、熔点、材料的物理性能是指材料的固有属性，如密度、熔点、导热导热性、性、性、性、导电导电性、性、性、性、热热膨膨膨膨胀胀性、磁性和色性、磁性和色性、磁性和色性、磁性和色泽泽等。常用金属等。常用金属等。常用金属等。常用金属材料的物理性能材料的物理性能材料的物理性能材料的物理性能见见表表表表6-16-1n n表表表表6-1 6-1 常用金属材料的物理性能常用金属材料的物理性能常用金属材料的物理性能常用金属材料的物理性能9.注：密度的注：密度的注：密度的注：密度的单单位位位位为为（kg/mkg/m）x10 x10；熔点的；熔点的；熔点的；熔点的单单位位位位为为；热热导导率的率的率的率的单单位位位位为为W/(mW/(m K)K)；线线膨膨膨膨胀胀系数的系数的系数的系数的单单位位位位为为K-1x10-6K-1x10-6；电电阻率的阻率的阻率的阻率的单单位位位位为为（mm）x10-6x10-6；磁；磁；磁；磁导导率的率的率的率的单单位位位位为为H/mH/m。10.n n（1 1）密度）密度）密度）密度 材料的密度是指材料的密度是指材料的密度是指材料的密度是指单单位体位体位体位体积积物物物物质质的的的的质质量，用符量，用符量，用符量，用符号号号号 表示，表示，表示，表示，单单位位位位为为kgkgm3.m3.n n（2 2）熔点）熔点）熔点）熔点 熔点是指材料由固熔点是指材料由固熔点是指材料由固熔点是指材料由固态态向液向液向液向液态转变态转变的温度。的温度。的温度。的温度。n n（3 3）导热导热性性性性 材料的材料的材料的材料的导热导热性是指材料性是指材料性是指材料性是指材料传导热传导热量的能力。量的能力。量的能力。量的能力。常用常用常用常用导热导热率（亦称率（亦称率（亦称率（亦称导热导热系数）系数）系数）系数）表示，表示，表示，表示，单单位位位位为为WW（mm K K）。）。）。）。n n（4 4）导电导电性性性性 材料材料材料材料传导电传导电流的能力称流的能力称流的能力称流的能力称为导电为导电性。性。性。性。n n（5 5）热热膨膨膨膨胀胀性性性性 材料的材料的材料的材料的热热膨膨膨膨胀胀性是指材料随着温度的性是指材料随着温度的性是指材料随着温度的性是指材料随着温度的变变化化化化产产生膨生膨生膨生膨胀胀、收、收、收、收缩缩的特性。的特性。的特性。的特性。（6 6）磁性）磁性）磁性）磁性 材料能被磁材料能被磁材料能被磁材料能被磁场场吸引或被磁化的性能称吸引或被磁化的性能称吸引或被磁化的性能称吸引或被磁化的性能称为为磁性磁性磁性磁性或或或或导导磁性。磁性。磁性。磁性。2 2材料的化学性能材料的化学性能材料的化学性能材料的化学性能材料的化学性能是指材料抵抗周材料的化学性能是指材料抵抗周材料的化学性能是指材料抵抗周材料的化学性能是指材料抵抗周围围介介介介质质侵侵侵侵蚀蚀的能力。的能力。的能力。的能力。11.n n（1 1）耐）耐）耐）耐蚀蚀性性性性 （2 2）抗氧化性）抗氧化性）抗氧化性）抗氧化性 n n3 3材料的工材料的工材料的工材料的工艺艺性能性能性能性能n n金属材料的工金属材料的工金属材料的工金属材料的工艺艺性能是指金属材料在加工性能是指金属材料在加工性能是指金属材料在加工性能是指金属材料在加工过过程中所具有程中所具有程中所具有程中所具有的和表的和表的和表的和表现现出来的性能。出来的性能。出来的性能。出来的性能。n n（1 1）铸铸造性能（造性能（造性能（造性能（2 2）锻锻造性能（造性能（造性能（造性能（3 3）焊焊接性能（接性能（接性能（接性能（4 4）切削）切削）切削）切削加工性能（加工性能（加工性能（加工性能（5 5）热处热处理工理工理工理工艺艺性能性能性能性能6.2 汽汽车常用金属材料常用金属材料n n根据含碳量的不同，可将根据含碳量的不同，可将根据含碳量的不同，可将根据含碳量的不同，可将铁铁碳合金分碳合金分碳合金分碳合金分为为三三三三类类n n 工工工工业纯铁业纯铁 n n钢钢 根据含碳量及室温根据含碳量及室温根据含碳量及室温根据含碳量及室温组织组织的不同，又可分的不同，又可分的不同，又可分的不同，又可分为为以下三以下三以下三以下三类类：n n共析共析共析共析钢钢含碳量含碳量含碳量含碳量为为0.77%0.77%n n亚亚共析共析共析共析钢钢含碳量小于含碳量小于含碳量小于含碳量小于0.77%0.77%n n过过共析共析共析共析钢钢含碳量大于含碳量大于含碳量大于含碳量大于0.77%0.77%n n生生生生铁铁 含碳量大于含碳量大于含碳量大于含碳量大于2.11%2.11%的的的的铁铁碳合金称碳合金称碳合金称碳合金称为为生生生生铁铁。12.n n 6.2 汽汽车常用金属材料常用金属材料n n6.2.1 碳碳钢n n碳碳碳碳钢钢，又称碳素，又称碳素，又称碳素，又称碳素钢钢，通常指含碳量小于，通常指含碳量小于，通常指含碳量小于，通常指含碳量小于2.11%2.11%的的的的铁铁碳合金。碳合金。碳合金。碳合金。n n（一）常（一）常（一）常（一）常见杂质见杂质元素元素元素元素对对碳碳碳碳钢钢性能的影响性能的影响性能的影响性能的影响n n 在在在在实际实际生生生生产产中使用的碳中使用的碳中使用的碳中使用的碳钢钢，不，不，不，不单纯单纯是是是是铁铁和碳和碳和碳和碳组组成的合金，成的合金，成的合金，成的合金，还还包包包包含有含有含有含有锰锰、硅、硫、磷等、硅、硫、磷等、硅、硫、磷等、硅、硫、磷等杂质杂质元素，它元素，它元素，它元素，它们对们对碳碳碳碳钢钢的性能有一定的影的性能有一定的影的性能有一定的影的性能有一定的影响。响。响。响。n n（1 1）锰锰 锰锰是是是是钢钢中的有益元素，由于中的有益元素，由于中的有益元素，由于中的有益元素，由于炼钢时炼钢时用用用用锰铁锰铁脱氧而残留在脱氧而残留在脱氧而残留在脱氧而残留在钢钢中的。中的。中的。中的。n n（2 2）硅）硅）硅）硅 硅也是硅也是硅也是硅也是钢钢的有益元素的有益元素的有益元素的有益元素。n n（3 3）硫）硫）硫）硫 硫是硫是硫是硫是钢钢的有害元素，是在的有害元素，是在的有害元素，是在的有害元素，是在炼钢时炼钢时由由由由矿矿石和燃料石和燃料石和燃料石和燃料带带入入入入钢钢中中中中的，的，的，的，难难以除尽。以除尽。以除尽。以除尽。n n（4 4）磷）磷）磷）磷 磷是磷是磷是磷是钢钢中的有害元素，也在中的有害元素，也在中的有害元素，也在中的有害元素，也在炼钢时炼钢时由由由由矿矿石石石石带带入入入入钢钢中的。中的。中的。中的。13.n n（二）碳（二）碳钢的分的分类碳素钢碳素钢碳素工具碳素工具钢 T7、T8、T13、碳素碳素结构构钢铸钢 ZG270-500ZG270-500、ZG310-570ZG310-570普通碳素普通碳素结构构钢 Q195、Q215、优质碳素碳素结构构钢 08、10、15、碳素碳素钢14.n n（三）碳（三）碳钢的牌号、性能和用途的牌号、性能和用途n n1 1 普通碳素普通碳素普通碳素普通碳素结结构构构构钢钢n n（1 1）质质量等量等量等量等级级符号含符号含符号含符号含义义 A A级级的硫、磷的含量最低，的硫、磷的含量最低，的硫、磷的含量最低，的硫、磷的含量最低，DD级级的硫、磷的含量最高。的硫、磷的含量最高。的硫、磷的含量最高。的硫、磷的含量最高。n n （2 2）脱氧方法符号含）脱氧方法符号含）脱氧方法符号含）脱氧方法符号含义义 F-F-沸沸沸沸腾钢腾钢，Z-Z-镇镇静静静静钢钢，TZ-TZ-特特特特殊殊殊殊镇镇静静静静钢钢。通常多用。通常多用。通常多用。通常多用镇镇静静静静钢钢，故其符号，故其符号，故其符号，故其符号Z Z一般省略不表一般省略不表一般省略不表一般省略不表示。示。示。示。n n2 2 优质优质碳素碳素碳素碳素结结构构构构钢钢n n普通碳素普通碳素普通碳素普通碳素结结构构构构钢钢的的的的规规定牌号有定牌号有定牌号有定牌号有Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235和和和和Q275Q275四种。四种。四种。四种。这类钢这类钢的碳含量的碳含量的碳含量的碳含量较较低，而硫、磷等有害元素和其他低，而硫、磷等有害元素和其他低，而硫、磷等有害元素和其他低，而硫、磷等有害元素和其他杂质杂质含量含量含量含量较较多，多，多，多，故故故故强强度不度不度不度不够够高，但塑性，高，但塑性，高，但塑性，高，但塑性，韧韧性好，性好，性好，性好，焊焊接性能接性能接性能接性能优优良，冶良，冶良，冶良，冶炼简炼简便，成便，成便，成便，成本低，使用本低，使用本低，使用本低，使用时时一般不一般不一般不一般不进进行行行行热处热处理。普通碳素理。普通碳素理。普通碳素理。普通碳素结结构构构构钢钢一般作一般作一般作一般作为为工程工程工程工程用用用用钢钢，广泛用于建筑、，广泛用于建筑、，广泛用于建筑、，广泛用于建筑、桥桥梁、船舶、梁、船舶、梁、船舶、梁、船舶、车辆车辆工程。碳素工程。碳素工程。碳素工程。碳素结结构构构构钢钢也可也可也可也可作作作作为为机器用机器用机器用机器用钢钢，用于制造不重要的机器零件。，用于制造不重要的机器零件。，用于制造不重要的机器零件。，用于制造不重要的机器零件。15.n n普通碳素普通碳素普通碳素普通碳素结结构构构构钢钢常用于制造汽常用于制造汽常用于制造汽常用于制造汽车传动轴间车传动轴间支架、支架、支架、支架、发动发动机机机机前后支架、后前后支架、后前后支架、后前后支架、后视镜视镜支杆、三、四、五档同步器支杆、三、四、五档同步器支杆、三、四、五档同步器支杆、三、四、五档同步器锥盘锥盘、差、差、差、差速器螺栓速器螺栓速器螺栓速器螺栓锁锁片、片、片、片、车轮轮辐车轮轮辐、驻车驻车制制制制动动操操操操纵纵杆棘爪和杆棘爪和杆棘爪和杆棘爪和齿齿板板板板等零件。等零件。等零件。等零件。n n2.2.优质优质碳素碳素碳素碳素结结构构构构钢钢n n优质优质碳素碳素碳素碳素结结构构构构钢钢的牌号用两位数字表示，的牌号用两位数字表示，的牌号用两位数字表示，的牌号用两位数字表示，该该数字表示数字表示数字表示数字表示钢钢的平均碳的含量的万分数，如牌号的平均碳的含量的万分数，如牌号的平均碳的含量的万分数，如牌号的平均碳的含量的万分数，如牌号4545表示其平均碳的含表示其平均碳的含表示其平均碳的含表示其平均碳的含量量量量为为0.45%0.45%。对对于于于于较较高高高高锰锰含量的含量的含量的含量的优质优质碳素碳素碳素碳素结结构构构构钢钢，则则在在在在对应对应牌号后加牌号后加牌号后加牌号后加“MnMn”表示，如表示，如表示，如表示，如45Mn45Mn、65Mn65Mn等。等。等。等。n n优质优质碳素碳素碳素碳素结结构构构构钢钢在汽在汽在汽在汽车车上的上的上的上的应应用用用用实实例：例：例：例：0808钢应钢应用于用于用于用于驾驶驾驶室、油箱、离合器等；室、油箱、离合器等；室、油箱、离合器等；室、油箱、离合器等；2020钢钢用于离合器分离杠杆、用于离合器分离杠杆、用于离合器分离杠杆、用于离合器分离杠杆、风风扇扇扇扇叶片、叶片、叶片、叶片、驻车驻车制制制制动动杆等；杆等；杆等；杆等；4545钢应钢应用于凸用于凸用于凸用于凸轮轴轮轴、曲、曲、曲、曲轴轴、转转向向向向节节主主主主销销、离合器踏板、离合器踏板、离合器踏板、离合器踏板轴轴等；等；等；等；65Mn65Mn钢应钢应用于气用于气用于气用于气门摇门摇臂复臂复臂复臂复位位位位弹弹簧、活塞油簧、活塞油簧、活塞油簧、活塞油环环簧片、离合器簧片、离合器簧片、离合器簧片、离合器压压板板板板盘弹盘弹簧等。簧等。簧等。簧等。16.n n3 3碳素工具碳素工具碳素工具碳素工具钢钢n n碳素工具碳素工具碳素工具碳素工具钢钢是指含碳量是指含碳量是指含碳量是指含碳量为为0.7%-1.3%0.7%-1.3%的高碳的高碳的高碳的高碳钢钢。牌号用。牌号用。牌号用。牌号用“T T”表示表示表示表示钢钢的种的种的种的种类类，后面的数字表示含碳量的千分数。，后面的数字表示含碳量的千分数。，后面的数字表示含碳量的千分数。，后面的数字表示含碳量的千分数。常用的碳素工具常用的碳素工具常用的碳素工具常用的碳素工具钢钢有有有有T8T8、T10T10、T10AT10A、T12A(AT12A(A表示高表示高表示高表示高级级优质钢优质钢)等。由于碳素工具等。由于碳素工具等。由于碳素工具等。由于碳素工具钢钢的的的的热热硬性硬性硬性硬性较较差，差，差，差，热处热处理理理理变变形形形形较较大，大，大，大，仅仅适用于制造不太精密的模具，木工工具和金适用于制造不太精密的模具，木工工具和金适用于制造不太精密的模具，木工工具和金适用于制造不太精密的模具，木工工具和金属切削的低速手用刀具（属切削的低速手用刀具（属切削的低速手用刀具（属切削的低速手用刀具（锉锉刀、刀、刀、刀、锯锯条、手用条、手用条、手用条、手用丝锥丝锥）等。）等。）等。）等。n n4 4铸钢铸钢n n铸钢铸钢的牌号由的牌号由的牌号由的牌号由“ZGZG”和两和两和两和两组组数字数字数字数字组组成，其中成，其中成，其中成，其中“ZGZG”为铸为铸钢钢代号，代号后面的两代号，代号后面的两代号，代号后面的两代号，代号后面的两组组数字分数字分数字分数字分别别表示屈服表示屈服表示屈服表示屈服强强度度度度ss（MPaMPa）和抗拉）和抗拉）和抗拉）和抗拉强强度度度度bb（MPaMPa）。例如：）。例如：）。例如：）。例如：ZG270-500ZG270-500表示屈服表示屈服表示屈服表示屈服强强度度度度为为270MPa,270MPa,抗拉抗拉抗拉抗拉强强度度度度为为500MPa500MPa的的的的铸钢铸钢。n n铸钢铸钢在汽在汽在汽在汽车车上的上的上的上的应应用用用用实实例：例：例：例：ZG270-500ZG270-500用于化油器，操用于化油器，操用于化油器，操用于化油器，操作杆活接作杆活接作杆活接作杆活接头头等；等；等；等；ZG310-570ZG310-570用于用于用于用于CA1092CA1092的的的的进进排气岐管排气岐管排气岐管排气岐管压压板，前减震器下支架等。板，前减震器下支架等。板，前减震器下支架等。板，前减震器下支架等。17.n n6.2.2 合金合金钢n n（一）合金（一）合金（一）合金（一）合金钢钢的分的分的分的分类类（1 1 1 1）按按按按合合合合金金金金元元元元素素素素总总含含含含量分量分量分量分类类低合金低合金低合金低合金钢钢：合金元素：合金元素：合金元素：合金元素总总含量小于含量小于含量小于含量小于5%5%5%5%中合金中合金中合金中合金钢钢：合金元素：合金元素：合金元素：合金元素总总含量含量含量含量为为5%-10%5%-10%5%-10%5%-10%高合金高合金高合金高合金钢钢：合金元素：合金元素：合金元素：合金元素总总含量大于含量大于含量大于含量大于10%10%10%10%（2 2 2 2）按按按按用用用用途途途途分分分分类类合金工具合金工具合金工具合金工具钢钢：制造各种工具：制造各种工具：制造各种工具：制造各种工具特特特特殊殊殊殊性性性性能能能能钢钢：如如如如不不不不锈锈钢钢，耐耐耐耐磨磨磨磨钢钢，耐耐耐耐热钢热钢等等等等合合合合金金金金结结构构构构钢钢：制制制制造造造造机机机机械械械械零零零零件件件件和和和和工工工工程程程程结结构构构构18.n n（二）合金（二）合金（二）合金（二）合金钢钢的牌号的牌号的牌号的牌号n n牌号首部用数字牌号首部用数字牌号首部用数字牌号首部用数字标标明碳含量，明碳含量，明碳含量，明碳含量，规规定合金定合金定合金定合金结结构构构构钢钢以万分之以万分之以万分之以万分之一一一一为单为单位的数字（两位数），工具位的数字（两位数），工具位的数字（两位数），工具位的数字（两位数），工具钢钢和特殊性能和特殊性能和特殊性能和特殊性能钢钢以千以千以千以千分之一分之一分之一分之一为单为单位的数字（一位数）来表示碳含量。位的数字（一位数）来表示碳含量。位的数字（一位数）来表示碳含量。位的数字（一位数）来表示碳含量。n n（三）合金（三）合金（三）合金（三）合金结结构构构构钢钢n n合金合金合金合金结结构构构构钢钢是在碳素是在碳素是在碳素是在碳素结结构构构构钢钢的基的基的基的基础础上加入一种或几种合上加入一种或几种合上加入一种或几种合上加入一种或几种合金元素的金元素的金元素的金元素的钢钢，主要有：主要有：主要有：主要有：低合金低合金低合金低合金结结构构构构钢钢；合金渗碳合金渗碳合金渗碳合金渗碳钢钢；合金合金合金合金调质钢调质钢；合金合金合金合金弹弹簧簧簧簧钢钢；滚动轴滚动轴承承承承钢钢。n n（四）（四）（四）（四）合金工具合金工具合金工具合金工具钢钢n n合金工具合金工具合金工具合金工具钢钢是在碳素工具是在碳素工具是在碳素工具是在碳素工具钢钢的基的基的基的基础础上，再加入适量合金上，再加入适量合金上，再加入适量合金上，再加入适量合金元素的元素的元素的元素的钢钢，按用途分按用途分按用途分按用途分为为刃具刃具刃具刃具钢钢、模具、模具、模具、模具钢钢和量具和量具和量具和量具钢钢三大三大三大三大类类：合金刃具合金刃具合金刃具合金刃具钢钢、合金模具、合金模具、合金模具、合金模具钢钢（冷作模具（冷作模具（冷作模具（冷作模具钢钢、热热作模具作模具作模具作模具钢钢）和合金量具和合金量具和合金量具和合金量具钢钢。19.n n（五）特殊性能（五）特殊性能（五）特殊性能（五）特殊性能钢钢n n特殊性能特殊性能特殊性能特殊性能钢钢是指具有特殊物理和化学性能的是指具有特殊物理和化学性能的是指具有特殊物理和化学性能的是指具有特殊物理和化学性能的钢钢，常用特，常用特，常用特，常用特殊性能殊性能殊性能殊性能钢钢包括包括包括包括1.1.不不不不锈钢锈钢2.2.耐耐耐耐热钢热钢3.3.耐磨耐磨耐磨耐磨钢钢n n6.2.3 铸铁n n根据碳在根据碳在根据碳在根据碳在铸铁铸铁中存在的形式的不同，中存在的形式的不同，中存在的形式的不同，中存在的形式的不同，常用常用常用常用铸铁铸铁有：灰有：灰有：灰有：灰铸铸铁铁、球墨、球墨、球墨、球墨铸铁铸铁、可、可、可、可锻铸铁锻铸铁、蠕墨、蠕墨、蠕墨、蠕墨铸铁铸铁、合金、合金、合金、合金铸铁铸铁。n n6.2.4 非非铁金属及其合金材料金属及其合金材料n n非非非非铁铁金属及其合金材料是指除金属及其合金材料是指除金属及其合金材料是指除金属及其合金材料是指除钢铁钢铁材料以外的金属及其材料以外的金属及其材料以外的金属及其材料以外的金属及其合金。非合金。非合金。非合金。非铁铁金属具有特殊的物理、化学和力学性能。金属具有特殊的物理、化学和力学性能。金属具有特殊的物理、化学和力学性能。金属具有特殊的物理、化学和力学性能。n n1 1 铝铝及及及及铝铝合金合金合金合金n n铝铝元素是自然界中元素是自然界中元素是自然界中元素是自然界中储储量最丰富的金属材料。量最丰富的金属材料。量最丰富的金属材料。量最丰富的金属材料。铝铝元素的元素的元素的元素的单单质质金属金属金属金属铝铝及及及及铝铝合金属于合金属于合金属于合金属于轻轻金属，是一金属，是一金属，是一金属，是一类类十分重要的金属十分重要的金属十分重要的金属十分重要的金属材料，也是目前汽材料，也是目前汽材料，也是目前汽材料，也是目前汽车车工工工工业业中的重要材料之一，使用量和中的重要材料之一，使用量和中的重要材料之一，使用量和中的重要材料之一，使用量和使用率每年都在增加。使用率每年都在增加。使用率每年都在增加。使用率每年都在增加。20.n n图图6-7 6-7 所示所示所示所示为为采用采用采用采用铝铝合金加工制造的汽合金加工制造的汽合金加工制造的汽合金加工制造的汽车节车节气气气气门门体。体。体。体。图图6-7 6-7 铝铝合金制成的合金制成的合金制成的合金制成的节节气气气气门门体体体体 （1 1）工）工）工）工业纯铝业纯铝 （2 2）铝铝合金合金合金合金2 2 铜铜及及及及铜铜合金合金合金合金n n铜铜及及及及铜铜合金是人合金是人合金是人合金是人类历类历史上使用最早的金属材料。也是史上使用最早的金属材料。也是史上使用最早的金属材料。也是史上使用最早的金属材料。也是应应用最广泛的金属材料之一。用最广泛的金属材料之一。用最广泛的金属材料之一。用最广泛的金属材料之一。图图6-8 6-8 为铜锌为铜锌合金制成的合金制成的合金制成的合金制成的发发电电机的定子机的定子机的定子机的定子绕组绕组。21.图图6-8 6-8 发电发电机定子机定子机定子机定子绕组绕组1 1）纯铜纯铜2 2）铜铜合金合金合金合金（1 1）黄）黄）黄）黄铜铜纯铜纯铜呈紫呈紫呈紫呈紫红红色，有金属光色，有金属光色，有金属光色，有金属光泽泽，又叫紫，又叫紫，又叫紫，又叫紫铜铜或或或或红铜红铜。一般将一般将一般将一般将铜铜合金分合金分合金分合金分为为 以以以以锌锌作作作作为为主要合金元素的主要合金元素的主要合金元素的主要合金元素的铜铜合金叫黄合金叫黄合金叫黄合金叫黄铜铜。不含其。不含其。不含其。不含其它合金元素的黄它合金元素的黄它合金元素的黄它合金元素的黄铜为铜为普通黄普通黄普通黄普通黄铜铜；含有其它合金元；含有其它合金元；含有其它合金元；含有其它合金元素的黄素的黄素的黄素的黄铜为铜为特殊黄特殊黄特殊黄特殊黄铜铜。（2 2）青）青）青）青铜铜青青青青铜铜原指原指原指原指铜锡铜锡合金，又叫合金，又叫合金，又叫合金，又叫锡锡青青青青铜铜，但目前已将含，但目前已将含，但目前已将含，但目前已将含铝铝、硅、硅、硅、硅、铅铅、锰锰等的等的等的等的铜铜合金包括在青合金包括在青合金包括在青合金包括在青铜铜内，内，内，内，统统称称称称为为无无无无锡锡青青青青铜铜。22.n n3 3 轴轴承合金承合金承合金承合金n n轴轴承合金是指用来制作滑承合金是指用来制作滑承合金是指用来制作滑承合金是指用来制作滑动轴动轴承中承中承中承中轴轴瓦和瓦和瓦和瓦和轴衬轴衬的合金。的合金。的合金。的合金。常用的常用的常用的常用的轴轴承合金是承合金是承合金是承合金是锡锡基和基和基和基和铅铅基基基基轴轴承合金。承合金。承合金。承合金。n n4 4 钛钛及其合金及其合金及其合金及其合金n n钛钛及其合金是一及其合金是一及其合金是一及其合金是一类类新型的材料。新型的材料。新型的材料。新型的材料。现现在，在，在，在，钛钛及其合金已及其合金已及其合金已及其合金已经经代替其他金属材料大量用在航天航空，武器制造，交通代替其他金属材料大量用在航天航空，武器制造，交通代替其他金属材料大量用在航天航空，武器制造，交通代替其他金属材料大量用在航天航空，武器制造，交通运运运运输输，化工，化工，化工，化工轻轻工及医工及医工及医工及医疗卫疗卫生等部生等部生等部生等部门门，行，行，行，行业业当中，当中，当中，当中，发挥发挥着着着着越来越重要的作用，被称越来越重要的作用，被称越来越重要的作用，被称越来越重要的作用，被称为为“2121世世世世纪纪的金属的金属的金属的金属”。n n（1 1）工）工）工）工业纯钛业纯钛n n（2 2）钛钛合金合金合金合金n n 1 1）钛钛合金合金合金合金 ；2 2）钛钛合金合金合金合金 ；3 3）+钛钛合金合金合金合金23.n n5 5 粉末冶金粉末冶金粉末冶金粉末冶金n n粉末冶金材料是用金属粉末或金属与非金属粉末作原料，粉末冶金材料是用金属粉末或金属与非金属粉末作原料，粉末冶金材料是用金属粉末或金属与非金属粉末作原料，粉末冶金材料是用金属粉末或金属与非金属粉末作原料，通通通通过过配料，配料，配料，配料，压压制成型，制成型，制成型，制成型，烧结烧结和后和后和后和后处处理等工理等工理等工理等工艺过艺过程而制成程而制成程而制成程而制成的材料。的材料。的材料。的材料。n 6.3 钢的的热处理理n n 热处热处理是机器零件及工具制造理是机器零件及工具制造理是机器零件及工具制造理是机器零件及工具制造过过程中的重要工序，程中的重要工序，程中的重要工序，程中的重要工序，对对发挥发挥金属材料的潜力，改善零件的使用性能，提高金属材料的潜力，改善零件的使用性能，提高金属材料的潜力，改善零件的使用性能，提高金属材料的潜力，改善零件的使用性能，提高产产品品品品质质量，延量，延量，延量，延长长使用寿命具有及其重要的意使用寿命具有及其重要的意使用寿命具有及其重要的意使用寿命具有及其重要的意义义。此外，。此外，。此外，。此外，热处热处理理理理还还能改善毛坯的工能改善毛坯的工能改善毛坯的工能改善毛坯的工艺艺性能，性能，性能，性能，为为后后后后续续工序作准工序作准工序作准工序作准备备，以利，以利，以利，以利于各种冷、于各种冷、于各种冷、于各种冷、热热加工。加工。加工。加工。图图6-96-9热处热处理工理工理工理工艺艺曲曲曲曲线线24.n n6.3.1 合金的晶体合金的晶体结构构n n一一一一 金属及合金的晶体金属及合金的晶体金属及合金的晶体金属及合金的晶体结结构构构构n n1 1 金属的金属的金属的金属的结结晶晶晶晶n n金属由液金属由液金属由液金属由液态转变为态转变为晶体状晶体状晶体状晶体状态态的的的的过过程称程称程称程称为结为结晶。晶。晶。晶。纯纯金属的金属的金属的金属的结结晶是在一定温度下晶是在一定温度下晶是在一定温度下晶是在一定温度下进进行的，它的行的，它的行的，它的行的，它的结结晶