《汽车机械基础》第8章.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2014/10/16,#,第,8,章 有色金属材料及其合金,8.1,铝及其合金,8.2,铜及其合金,8.3,滑动轴承合金,1,8.4,粉末冶金材料,8.5,其他新型材料,8.1,铝及其合金,铝具有密度小、耐蚀性好等特点，且铝合金的塑性优良，铸、锻、冲压工艺均适用，尤其适用于汽车零部件生产的压铸工艺。目前，美国、日本、德国是汽车采用铝合金最多的国家，图,8-1,所示为铝合金制造的车身框架。,2,图,8-1,铝合金车身框架,8.1.1,工业纯铝,工业上使用的纯铝呈银白色，铝的密度为 （约为钢的,1/3,），熔点为,660,，导电、导热性较好（仅次于金、银和铜），塑性好，能通过冷、热变形制成各种型材，抗大气腐蚀性好。铝的强度低，经加工硬化后其强度可提高到,150,250 MPa,，但塑性会下降,50%,60%,。,工业纯铝编号采用“铝”的汉字拼音字首加序号表示，如,L1,，,L2,，,L3,，,L4,等。,L1,为,1,号纯铝，序号越大铝的纯度越低，含杂质元素越多，塑性及导电导热性越差。,3,8.1.2,铝合金,铝合金是在纯铝中加入合金元素而得到的一种合金材料。,4,铝合金按其成分和工艺特点可分为铸造铝合金和变形铝合金，如图,8-2,所示。变形铝合金的特点是加热到固溶线（,DF,线）以上为单相固溶组织，塑性好，适于压力加工。其中，对于变形铝合金，成分在点,F,以左的合金称为不可热处理强化铝合金；成分在点,F,与 之间的合金称为可热处理强化铝合金。成分在点 右边的铝合金，具有共晶组织，熔点低、流动性好，利于铸造。,图,8-2,铝合金相图的一般类型,1,变形铝合金,变形铝合金采用,4,位字符牌号命名，牌号用,2,8,系列表示，如,3A21,，,2A12,等。牌号的第一位数字是依据主要合金元素铜（,Cu,）、锰（,Mn,）、锌（,Zn,）等的顺序来表示变形铝合金的组别。第二位数字或字母表示原始纯铝的改型情况，如果字母为,A,，则表示原始纯铝；数字为,0,表示原始合金，字母,B,Y,或数字,1,9,表示原始合金的改型情况。牌号最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金，如,2A11,表示以铜为主要合金元素的变形铝合金。,5,根据主要性能特点和用途，变形铝合金可分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和锻造铝合金。,（,a,）车身框架 （,b,）轮毂罩,图,8-3,汽车变形铝零部件,2,铸造铝合金,铸造铝合金可分为铝硅（,Al,Si,）系、铝铜（,Al,Cu,）系、铝镁（,Al,Mg,）系、铝锌（,Al,Zn,）系等四类。,6,铸造铝合金的牌号用,ZL,三位数字表示。第一位数字是合金系列：,1,是,Al,Si,系合金；,2,是,Al,Cu,系合金；,3,是,Al,Mg,系合金；,4,是,Al,Zn系合金。第二、三位数字是合金的顺序号。例如，,ZL102,表示,2,号,Al,Si,系铸造合金。,（,a,）铝合金制动碟 （,b,）铝合金轮毂 （,c,）铝合金油桶,图,8-4,汽车铸造铝合金零部件,8.2,铜及其合金,7,8.2.1,纯铜,纯铜为紫色，故又称紫铜，密度为,8.9 g/cm3,，熔点为,1 083,。工业纯铜分为四种：,T1,，,T2,，,T3,，,T4,。其中，编号越大，纯度越低，杂质含量越多。纯铜的导电性和导热性良好，并具有抗磁性，在大气和淡水中有良好的耐腐蚀性能。纯铜的强度、硬度不高，塑性、韧性、低温力学性能及焊接性良好，适宜进行各种冷热加工，通常用来做电线、电缆、铜管及配制铜合金等。,常见的铜合金有黄铜和青铜两大类。,8.2.2,黄铜,8,黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜；按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。,1,普通黄铜,2,特殊黄铜,1,普通黄铜,9,普通黄铜是由铜与锌组成的合金。普通黄铜的牌号以,H,数字表示，,H,表示黄铜的汉语拼音字首，数字表示铜的质量分数。例如，,H68,表示铜的质量分数为,68%,的普通黄铜。,普通黄铜的组织和性能主要受含锌量的影响。如图,8-5,所示，当锌含量小于,32%,时，合金的强度和塑性都随锌含量的增加而提高；当锌含量为,30%,32%,时，塑性最高；当锌含量大于,32%,时，塑性下降；当锌含量为,40%,45%,时，强度最高；当锌含量大于,45%,时，铜合金的塑性和强度均急剧下降。,图,8-5,黄铜含锌量与力学性能的关系,2,特殊黄铜,10,在普通黄铜的基础上加入合金元素即可得到特殊黄铜。常加的合金元素有,Pb,，,Sn,等，通常根据加入的元素名称相应地称为铅黄铜、锡黄铜等。,压力加工特殊黄铜的牌号为：,H,（黄）主加元素符号（,Zn,除外）,+,铜平均百分含量,+,主加元素平均百分含量，如,HPb59-1,表示含铜量约为,59%,，含铅量约为,1%,，其余为锌的压力加工铅黄铜。铸造黄铜的代号用,Z,表示铸造，如,ZHPb59-1,表示含铜量约为,59%,，含铅量约为,1%,，其余为锌的铸造铅黄铜。,图,8-6,黄铜零件,8.2.3,青铜,青铜是以除锌和镍以外的合金元素为主加元素的铜合金。青铜的牌号表示方法为“,Q”,（“青”的汉语拼音字首）第一主合金元素的符号及平均含量（质量分数）其他合金元素的含量（质量分数），如,QSn4-3,表示含锡量为,4%,、含锌量为,3%,的加工青铜。,11,1,锡青铜,2,铝青铜,3,铍青铜,8.2.3,青铜,锡青铜是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为,3%,14%,。含锡量低于,8%,的锡青铜塑性较好，适用于压力加工，也称为压力加工锡青铜；而含锡量大于,10%,的锡青铜，由于塑性差，只适用于铸造，又称为铸造锡青铜。,12,1,锡青铜,铝青铜是以铝为主要合金元素的铜合金，铝含量为,5%,11%,。铝青铜的强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性均高于黄铜和锡青铜，有良好的铸造性，但焊接性能差。铝青铜常用的牌号有,QAl5,，,QAl7,，,ZCuAl8Mn13Fe3Ni2,等。,2,铝青铜,铍青铜是以铍为主加元素的铜合金，铍含量为,1.7%,2.5%,。其具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，以及良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵。铍青铜常用牌号有,QBe2,，,QBe1.7,，,QBe1.9,等。,3,铍青铜,8.3,滑动轴承合金,用来制造滑动轴承中的轴瓦及其内衬的合金称为轴承合金。,13,为了保证机器正常、平稳、无声地运行，轴承合金应满足一系列性能要求：在工作温度下具有足够的强度、硬度和疲劳强度，以承受交变载荷；具有足够的塑性和韧性，保证与轴的良好配合，以抵抗冲击和振动；有高的耐磨性，良好的磨合性和较小的摩擦系数；具有良好的耐蚀性和导热性，较小的膨胀系数；有良好的工艺性和铸造性能。,锡基轴承合金,铅基,轴承合金,铝基轴承合金,8.3.1,锡基轴承合金,锡基轴承合金（,Sn,Sb,Cu,系合金）是以锡（,Sn,）为主并加入少量锑（,Sb,）、铜（,Cu,）等元素组成的合金，熔点较低，是软基体硬质点组织类型的轴承合金，也称为锡基巴氏合金。其编号方法是“,ZCh,基本元素主加元素主加元素含量辅助加入元素含量”，其中,Z,和,Ch,分别是“铸”和“承”字汉语拼音字首和第一个音节。例如，,ZChSnSb11-6,表示含,Sb,约,11%,（主加元素），含,Cu,约,6%,（辅加元素）的锡基铸造合金。,14,8.3.2,铅基轴承合金,铅基轴承合金（,Pb,Sb,Sn,Cu,系合金）是以,Pb,为主加入少量,Sb,，,Sn,，,Cu,等元素的合金，又称为铅基巴氏合金。铅基巴氏合金的编号方法与锡基合金相同。,15,铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不如锡基轴承合金，但其成本低，高温强度好，有自润滑性，故铅基轴承合金常用于低速、低载条件下工作的场合，如汽车、拖拉机曲轴的轴承等，如图8-7,所示为曲轴翻边轴瓦示意图。,图,8-7,曲轴翻边轴瓦,8.3.3,铝基轴承合金,该合金与,08,钢板一起热轧成双金属轴承，生产工艺简单，成本低廉，并具有良好的疲劳强度和耐磨性，但承载能力不大，故适用于制造负荷小于,2 000 N/mm2,，滑动速度低于,10 m/s,的轴承。,16,1,铝锑镁轴承合金,这种合金以,08,钢为衬背，轧制成双合金带，具有较高的疲劳强度和良好的耐热性、耐磨性及耐蚀性，而且生产工艺简单，成本低，可制造负荷高达,3 200 N/mm2,，滑动速度低于,13 m/s,的轴承。,2,铝锡轴承合金,铝基轴承合金是以铝为基体加入锑和锡等合金元素所组成的合金，具有密度小导热性和耐蚀性好、疲劳强度高等优点，而且原料丰富，价格便宜。,8.4,粉末冶金材料,粉末冶金法不但可以生产多种具有特殊性能的金属材料，如硬质合金、难熔金属材料、无偏析高速钢、耐热材料、减磨材料、过滤材料、热交换材料、摩擦材料、磁性材料等，而且还可以制造很多机械零件，如齿轮、凸轮、轴承、摩擦片、含油轴承等。与一般零件的生产方法相比，粉末冶金具有少切削或无切削、生产率高、材料利用率高、节省生产设备和占地面积等优点。,17,粉末冶金材料是用几种金属粉末或金属与非金属粉末做原料，通过配料、压制成型、烧结和后处理等工艺过程而制成的材料。生产粉末冶金材料的方法称为粉末冶金法。,8.4.1,粉末冶金,8.4.2 硬质合金,18,硬质合金是以,WC,，,TiC,，,TaC,等高熔点、高硬度的碳化物为主要成分，并加入钴（或镍）作为黏结剂，通过粉末冶金法制得的一种粉末冶金材料。硬质合金具有硬度高、热硬性高、耐磨性好、抗压强度高，在大气、酸、碱等介质中具有良好的耐蚀性及抗氧化性，线膨胀系数小等优点。,钨钴类硬质合金,主要成分是,WC,和,Co,。其牌号由“,YG”,（“硬、钴”两字汉语拼音字首）和平均含钴量组成。例如，,YG8,表示平均含,Co,量为,8%,的钨钴类硬质合金。,钨钛钴类硬质合金,主要成分是,WC,，,TiC,及,Co,。其牌号由“,YT”,（“硬、钛”两字汉语拼音字首）和,TiC,的平均含量组成。例如，,YT15,表示平均,TiC,含量为,15%,的钨钛钴类硬质合金。,钨钛钽（铌）类硬质合金,又称通用硬质合金或万能硬质合金，是由,WC,，,TiC,，,TaC,或,NbC,和,Co,组成的硬质合金。其牌号由“,YW”,（“硬，万”两字汉语拼音字首）和数字（无特殊意义，仅表示合金序号）表示，如,YW2,表示,2,号通用硬质合金。,8.5,其他新型材料,19,镁的密度为,1.8 g/cm3,，仅为钢材密度的,35%,，铝材密度的,66%,。此外，它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在汽车工业中得到了广泛应用。,8.5.1,新型有色金属材料,镁合金和钛合金,钛的比重为,4.6 g/cm3,，仅是铁的,1/2,，但强度和硬度超过了钢，且不易生锈。用钛合金铸造的汽车发动机部件更轻、更坚固和更耐腐蚀；钛合金制造的车身可以承受更大的作用力。,8.5.2,纳米材料,20,纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（,1,100 nm,）或由它们作为基本单元构成的材料。纳米技术在汽车上的结构材料、节能、环保等方面获得广泛的应用。,目前发动机使用的块体纳米材料有：具有纳米晶粒的软纳米块体材料、尼龙黏土块体纳米材料、聚烯烃黏土块体纳米材料、氮化硅掺纳米粒子和纳米块体材料。,纳米陶瓷轴、纳米橡胶材料、纳米汽油、纳米润滑剂和纳米增强增韧塑料在汽车制造和应用上起到了非常重要的作用。,8.5.3,稀土材料,21,中国稀土资源丰富，居世界前列。中国的稀土储量占世界已探明资源的,80%,，为我国大力开发稀土材料提供了得天独厚的条件。,使用汽车废气净化催化剂是控制汽车废气排放、减少污染的最有效手段。含稀土的汽车废气净化催化剂价格低、热稳定性好、活性较高，使用寿命长，引起了人们的广泛关注。,汽车废气净化稀土催化剂所用的稀土成分主要是氧化铈、氧化镧和氧化镨等。用于汽车废气净化催化剂的载体通常为蜂窝陶瓷，稀土还可以作为陶瓷载体的稳定剂以及活性涂层材料等。,8.5.4,阻尼合金,22,阻尼合金又称减振合金，是一种阻尼（内耗）大，能使振动迅速衰减的特种金属材料，其主要优点是可防止振动、噪声并延长疲劳寿命。常用的阻尼合金有复合型、强磁型、位错型和双晶四类。,阻尼合金可用于汽车车身、制动器、发动机转动部分、变速器、滤气器等部件，能够大大降低汽车振动产生的噪声。,