汽车机械基础第3章-汽车典型零件材料的选择课件.ppt

1、第1篇 汽车工程材料 金属材料的力学性能金属材料的力学性能第第1章章常用金属材料 第第2章章汽车典型零件材料的选择 第第3章章非金属材料第第4章章第3章 汽车典型零件材料的选择 零件材料选择的基本原则及方法3.1汽车典型零件的选材 3.2能力训练与拓展思考题机械零件材料的选择一般遵守以下几点。机械零件材料的选择一般遵守以下几点。（1 1）材料使用性能应满足零件的使用要求。）材料使用性能应满足零件的使用要求。（2 2）材料的工艺性应满足加工要求。）材料的工艺性应满足加工要求。（3 3）选材时还应考虑）选材时还应考虑经济性经济性。在保证产品使用性能的前提下，。在保证产品使用性能的前提下，尽量采用生

2、产和使用成本较低的材料。尽量采用生产和使用成本较低的材料。（4 4）环境与资源原则环境与资源原则。选材时，应该充分考虑对环境的影响。选材时，应该充分考虑对环境的影响。要减少材料使用量、延长零件寿命、材料再利用率高、环境污染要减少材料使用量、延长零件寿命、材料再利用率高、环境污染小、废气排放少、材料回收及降解等对环境有益的原则进行选材小、废气排放少、材料回收及降解等对环境有益的原则进行选材（5 5）积极推广应用新材料）积极推广应用新材料。这里将介绍以下几个部件的主体选材1、变速器齿轮2、车辆螺旋弹簧3、活塞销4、发动机连杆5、曲轴6、凸轮轴7、气门弹簧8、汽车半轴1、变速器齿轮的选材工 作 条

3、件小 齿 轮大 齿 轮速度载荷材料热处理硬度材料热处理硬度低速中载45正火200250HBS35正火150180HBSZG310-570调质200250HBSZG270-500调质190230HBS重载45整体淬火3848HRC35、ZG270-500整体淬火3540HRC中速中载45调质220250HBS35、ZG270-500调质190230HBS45整体淬火3848HRC35整体淬火3540HRC40Cr40MnB调质230280HBS45、50调质220250HBSZG270-500180230HBS35、40190230HBS重载45整体淬火3848HRC35整体淬火3540HRC表

4、面淬火4550HRC45调质220250HBS40Cr40MnB整体淬火5342HRC35、40整体淬火3540HRC表面淬火5256HRC45、50表面淬火4550HRC高速中载，无猛烈冲击40Cr40MnB整体淬火3542HRC35、40整体淬火3540HRC表面淬火5256HRC45、50表面淬火4550HRC中载，有冲击20Cr20Mn2B20MnVB20CrMnTi渗碳淬火5662HRCZG310-570正火160210HRC35调质190230HBS20Cr20MnVB渗碳淬火5662HRC2、车辆螺旋弹簧的选材该类弹簧在长期冲击震动以及交变应力作用下，利用弹性变形吸收冲击能量来起

5、到缓和冲击力的效果，同时要求承受一定压力，因此要求具有高的弹性极限，高的强度、足够的韧性等，根据车辆载重的不同，选用不同的材料。轻型汽车常选用65Mn、60Si2Mn钢；中型或重型汽车，板簧选用50CrMn,55SiMnVB钢；重型载重汽车大截面板簧选用55SiMnMoV，55SiMnMoVNb钢。3、活塞销的选材具有足够的强度、刚度和韧性，表面耐磨性好、高的抗疲劳强度，质量尽可能小，同时要求配合面有很高的光洁度、尺寸精度等。活塞销的主要失效形式为表面磨损和疲劳裂纹。常见的材料为20、15C、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、20CrMnVB、20CrMnMo等低碳合金钢。4、发动机连杆

6、的选材连杆的工作条件要求连杆既有较高的强度和抗疲劳性能；又有足够的刚性和韧性。此外还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形，因此要求连杆材料必须具备优良的综合力学性能及高的抗疲劳强度。根据连杆的工作条件和失效形式，连杆通常采用中碳钢和合金钢模锻或辊锻而成，常用的材料有40、45、50、45Mn2、40Cr、35CrMo、42CrMo等5.曲轴的选材曲轴必须具有足够的强度、硬度、良好的耐磨性和高的抗疲劳性能、质量要小、各工作表面要求耐磨、润滑良好。曲轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损，有时也发生冲击过载断裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。根据

7、曲轴的工作条件和失效形式，对于中等吨位的汽车和轿车，曲轴常用的材料为球墨铸铁和钢。6、凸轮轴选材凸轮轴必须具有良好的接触疲劳强度和抗擦伤性，高硬度和较好的耐磨性，接触表面具有足够的强度和刚性，可承受气门开启的周期性冲击载荷的作用。凸轮轴常用材料及热处理工艺如表3-3所示。材 料预备热处理热 处 理15、20、15Cr、20Cr钢调质或正火渗碳淬火+低温回火40、45、50钢调质或正火感应淬火+低温回火稀土镁球墨铸铁正火感应淬火或等温淬火+低温回火铜钒钼合金铸铁低温回火感应淬火+低温回火7、气门弹簧选材气门弹簧要求弹性好，屈服强度和疲劳强度高，有一定的耐热性。气门弹簧也可用冷拔后经油淬及回火后的

8、钢丝制造，绕制后经300350加热消除冷卷簧时产生的内应力。气门弹簧加工艺路线一般为冷卷成型淬火中温回火喷丸强化两端磨平。8、汽车半轴选材 半轴的失效形式主要是疲劳断裂（半轴的失效形式主要是疲劳断裂（包括扭转疲劳和弯曲疲劳断裂）、过量变形、断裂和包括扭转疲劳和弯曲疲劳断裂）、过量变形、断裂和表面过度磨损表面过度磨损汽汽 车车 类类 型型材材 料料预备热处理预备热处理整体调质感应淬火渗碳淬火杆部硬杆部硬度度/HRC法兰硬法兰硬度度/HBW层深层深/mm硬度硬度/HRC层深层深/mm硬度硬度/HRC轿车和越野轿车和越野车车40Cr254037442492.55455840MnB414724718C

9、rMnTi1.51.8586342CrMo正火正火2832575458载货汽车载货汽车40Cr正火正火36496212CrNi4A正火正火1.21.6586340MnB正火正火47525840MnB正火正火187241HBW475263重型车重型车40CrMnMo正火正火229269HBW40Cr退火退火255HBW3744247710505540CrNi47MnTi退火退火8106.57536054571 1轿车身结构简介轿车身结构简介现代的轿车车身大都采用承载式车身，车身零件种类繁多，结构复杂。按照车身零件的安装位置和功用，可分为车身覆盖件和车身构架。车身覆盖件是汽车车身的主要零件，影响着

10、汽车的美观程度，因此质量要求比较高。车身构架包括底板总成和安全结构件2轿车车身材料的种类轿车车身结构复杂，不同零件的结构和功用不同，对材料的使用性能要求也不同，为满足汽车节能、环保、安全、舒适的要求，实现轻量化、高强度、高性能的目标，构成汽车的材料有很多种。通常按照材料的成分，将汽车材料分为金属材料和非金属材料两大类。1 1轿车身结构简介轿车身结构简介现代的轿车车身大都采用承载式车身，车身零件种类繁多，结构复杂。按照车身零件的安装位置和功用，可分为车身覆盖件和车身构架。车身覆盖件是汽车车身的主要零件，影响着汽车的美观程度，因此质量要求比较高。车身构架包括底板总成和安全结构件3 3轿车身轿车身常

11、用钢材常用钢材类 型牌 号应 用 方 式沸腾钢05F、08F、10F、15F、20F冲压件、结构件镇静钢05、08、10、15、20冲压件、结构件专用钢08Mn、16Mn、06Ti、10Ti大梁专用Al脱氧镇静钢冷轧板08Al冲压件低碳钢（ST）DC01、DC03、DC04、DC05、DC06冲压件冲压用BLC、BLD、BUSD、BUFD、BSUFD冲压件高强度BP、BH、BLa、DP、TRIP冲压件、结构件热轧钢SAPH（310、370、400、440）结构件表3-5汽车车身常用钢材的类型、牌号1 1几种热处理类型几种热处理类型（1 1）整体热处理：）整体热处理：对工件整体进行穿透加热的热处

12、理。钢铁整对工件整体进行穿透加热的热处理。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。（2 2）局部热处理：）局部热处理：仅对工件的某一部位或几个部位进行热处理仅对工件的某一部位或几个部位进行热处理的工艺。的工艺。（3 3）表面热处理：）表面热处理：为改变工件表面的组织与性能，仅对其表面为改变工件表面的组织与性能，仅对其表面进行的热处理工艺。进行的热处理工艺。1 1几种热处理类型几种热处理类型（4 4）化学热处理：）化学热处理：将工件置于适当的活性介质中加热、保温，将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入它的表层，

13、以改变其化学成分、组织和性使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工能的热处理。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。主要方法有渗碳、渗氮、渗金属、复合渗等件表层的化学成分。主要方法有渗碳、渗氮、渗金属、复合渗等（5 5）预备热处理：）预备热处理：为调整原始组织，以保证工件最终热处理或为调整原始组织，以保证工件最终热处理或（和）切削件质量，预先热处理的工艺。（和）切削件质量，预先热处理的工艺。（6 6）稳定化处理：）稳定化处理：为使工件在长期服役的条件下形状和尺寸变为使工件在长期服役的条件下形状和尺寸

14、变化能够保持在规定范围内的热处理。化能够保持在规定范围内的热处理。2常用热处理工艺简述常用热处理工艺简述退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火四把火”热处理工艺一般包括加热、保温和冷却三个过程，有时只有加热热处理工艺一般包括加热、保温和冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。后缓慢冷却的热处理工艺。正火：工件加热到奥氏体化后在静止的空气中冷却的热处理

15、正火：工件加热到奥氏体化后在静止的空气中冷却的热处理的工艺。的工艺。淬火：工件加热到奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或淬火：工件加热到奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。（和）贝氏体组织的热处理工艺。2常用热处理工艺简述常用热处理工艺简述退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火四把火”热处理工艺一般包括加热、保温和冷却三个过程，有时只有加热热处理工艺一般包括加热、保温和冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。回火：指钢件经淬硬后，再加热到回火：指

16、钢件经淬硬后，再加热到710710以下的某一温度，保以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。，其中的淬火与回温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。火关系密切，常常配合使用，缺一不可。固溶处理：指使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高固溶处理：指使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型的工艺。韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型的工艺。时效处理和时效：工件经过固溶热处理或淬火后在室温放置时效处理和时效：工件经过固溶热处理或淬火后在室温放置或稍高于室温的适当温度保持

17、，以达到沉淀硬化的目的。在室温或稍高于室温的适当温度保持，以达到沉淀硬化的目的。在室温下称为自然时效，在高于室温下进行的称人工时效。下称为自然时效，在高于室温下进行的称人工时效。2常用热处理工艺简述常用热处理工艺简述 钢的碳氮共渗：碳氮共渗是对钢的表层同时渗入碳和氮的过钢的碳氮共渗：碳氮共渗是对钢的表层同时渗入碳和氮的过程。程。调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理。钎焊：用钎料将两种工件黏合在一起的热处理工艺。钎焊：用钎料将两种工件黏合在一起的热处理工艺。3-1 什么是热处理？零件热处理的类型有哪些？什么是热

18、处理？零件热处理的类型有哪些？3-2 热处理的技术内容包括哪些？热处理的技术内容包括哪些？3-3 热处理的工艺有哪些？热处理的工艺有哪些？3-4 汽车车身常用材料有哪些？汽车车身常用材料有哪些？3-5 弹簧的工作条件是什么样的，常见的失效形式有哪些？气门弹簧对材料有哪些要弹簧的工作条件是什么样的，常见的失效形式有哪些？气门弹簧对材料有哪些要求？求？3-6 根据下列要求选择齿轮的材料。根据下列要求选择齿轮的材料。（1）受力不的低速大型齿轮；）受力不的低速大型齿轮；（2）承受强烈摩擦和冲击、中等载荷、中速的中等尺寸齿轮；）承受强烈摩擦和冲击、中等载荷、中速的中等尺寸齿轮；（3）承受大载荷、无冲击、小尺寸齿轮；）承受大载荷、无冲击、小尺寸齿轮；（4）小载荷、中等尺寸齿轮。）小载荷、中等尺寸齿轮。3-7 汽车半轴应选用何种材料？采用何种热处理方法？汽车半轴应选用何种材料？采用何种热处理方法？3-8 汽车发动机连杆对材料有哪些要求？请举例说明可以制造连杆的新材料有哪些？汽车发动机连杆对材料有哪些要求？请举例说明可以制造连杆的新材料有哪些？3-9 含磷高强度冷轧钢板有何特点？汽车车身的哪些零部件采用此材料？含磷高强度冷轧钢板有何特点？汽车车身的哪些零部件采用此材料？3-10 哪些材料适合制造汽车车身的前后梁，车门立柱？哪些材料适合制造汽车车身的前后梁，车门立柱？