汽车机械基础项目二-汽车工程材料课件.ppt

1、项目二 汽车工程材料活动一活动一 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 活动二活动二 常用金属材料常用金属材料活动三活动三 非金属材料非金属材料项目一项目一 金属材料的力学性能金属材料的力学性能材料的力学性能，是指材料在外力(载荷)作用下所表现出来的性能，或称机械性能，包括强度、刚性、弹性、塑性、硬度及疲劳强度。一、强度 金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。抵抗外力的能力越大，则强度越强。依据载荷的不同，可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度以及抗扭强度等几种。1 1、拉伸试样、拉伸试样2、材料的拉伸曲线 oe弹性变形阶段：变形量与外加载荷成正比，当载荷去掉后试样变形完全恢复。es

2、屈服阶段：此阶段伴随着弹性变形，还发生了塑性变形，当去除载荷后，试样部分形变恢复，还有一部分形变不能恢复，将这部分不能恢复的形变称为塑性变形。s为屈服点。sd明显塑性变形阶段：该阶段中载荷不再增加或是微量增加，试样却继续变形。db强化阶段：载荷的不断增加，试样继续变形，此阶段中，随着塑性变形增大，材料变形抗力也不断增加。bk缩颈阶段：当试样变形达到最高点b后，试样就在某个薄弱部分发生局部变形，形成缩颈。此时变形所需的载荷逐渐降低。k试样发生断裂。3、强度的指标 弹性极限：表示材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力。屈服极限：也称为屈服强度，表示金属材料可是发生明显塑性变形的抗力。强度极限：

3、也称为抗拉强度，表示金属材料受拉时所能承受的最大应力。它是设计和选材的主要依据之一，是工程技术上的主要强度。二、刚度和弹性 由图2-2可测出材料的弹性模量，即可确定该材料的刚度和弹性。弹性模量是指金属材料在弹性状态下的应力与应变的比值，即 在应力-应变曲线上，弹性模量就是试样在弹性变形阶段线段的斜率。它表示了金属材料抵抗弹性变形的能力，工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。在实际应用中，绝大多数机械零件都是在弹性状态下进行工作的，而工作过程中一般不允许有过量的弹性变形，更不允许有明显的塑性变形。故对刚度有一定的要求。刚度除了与材料的横截面积大小、形状有关，还主要取决于弹性模量，越大，刚度越大

4、。三、塑性 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。1、断后伸长率2、断面收缩率 指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。=(L1-L0)/L0 x 100%L0:原始标距长度L1:拉断后标距长度。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。=(A0-A1)/A0 x 100%A0:试件原横截面积。A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。四、硬度 硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划伤的能力，即材料对局部塑性变形的抗力。它是衡量材料性能的一个综合的工程量或技术量。通常

5、材料的硬度越高，耐磨性越好，强度也高。强度的测量方法很多，常用的有布氏硬度测试法和洛氏硬度测试法。1、布氏硬度试验（布氏硬度计）原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。如：120HBS 500HBW 600HBS1/30/204、测量范围 用于测量调质钢、铸铁、非金属材料及有色金属材料等.3、优缺点（1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2）可测的硬度值不高（3）不测试成品与薄件（4）测

6、量费时，效率低1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）原理:用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。2、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如：50HRC 4、测量范围 用于测量退火件、有色金属（淬火钢球）、淬火钢等较硬材料（金刚石压头）.3、优缺点（1）试验简单、方便、迅速（2）压痕小，可测成品、薄件（3）数据不够准确，应测三点取平均值（4）不能测组织不均匀材料，如铸铁。五、疲劳强度 疲劳强度是指在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然断裂

7、的过程。这种断裂方式称为疲劳断裂。项目二项目二 常用金属材料常用金属材料 金属材料是目前汽车上应用最广泛的工程材料。工业上，通常把金属材料分为两大类：黑色金属和有色金属。黑色金属是指钢铁材料，有色金属是指除铁材料以外的其他所有金属材料，如铝、铜、镁及其合金。一、黑色金属材料一、黑色金属材料(一)碳素钢 碳素钢又称碳钢，是含碳量小于2.11%，并含有少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。1.碳素钢的分类 (1)按钢中的含碳量分：低碳钢、中碳钢、高碳钢。(2)按钢的质量分：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢。(3)按钢的用途分：碳素结构钢、碳素工具钢。2.碳素钢的牌号、性能和主要用途(二)合

8、金钢 为改善碳钢的组织和性能，在碳钢基础上有目的地加入一种或几种合金元素所形成的钢称为合金钢。合金钢按合金元素的质量分数分低合金钢、合金钢；按用途又分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。1.低合金结构钢 低合金结构钢是在低碳钢的基础上加入少量合金元素(合金元素总量小于3)而得到的钢。这类钢比低碳钢的强度要高10%-30%，冶炼比较简单，生产成本与碳钢相近。它可取代普通碳素结构钢，在汽车中主要用于制作车身，还可用于制造高强度连接件，如螺栓、弹簧钢板吊环等。2.合金结构钢 合金结构钢是在碳素结构钢的基础上加入合金元素而得到的钢。3.合金工具钢 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。加入了合

9、金元素，使得合金工具钢热处理性能得到了改善，因而提高了材料的热硬性、耐磨性。这类钢常用来制造各种量具、模具和切削刀具，也可对应地分为量具钢、模具钢和刃具钢，其化学成分、性能和组织结构也不同。4.滚动轴承钢 滚动轴承钢是主要用来制造滚动轴承中的内外套圈、滚动体(滚珠、滚柱、滚针)等的专用钢，也可用于制造形状复杂的精密量具等。5.特殊性能钢 特殊性能钢是指具有某些特殊的物理、化学、力学性能，因而能在特殊的环境、工作条件下使用的钢。l 不锈钢是在腐蚀介质中具有耐腐蚀性能的钢。其主要合金元素是铬和镍。l 耐热钢是指在高温下不发生氧化并具有较高强度的钢。l 耐磨钢常用的一种是高锰钢，适用于制造在强烈冲击

10、下工作要求耐磨的零件必须具有表面硬度高、耐磨，心部韧性好、强度高的特点，适合于制造铁路道岔、挖掘机铲齿等构件。(三)铸铁 铸铁是含碳量大于2.11%，并且含有硅、锰、硫和磷等杂质元素的铁碳合金。根据碳在铸铁中存在形态的不同，铸铁可分为以下几种：1.白口铸铁 白口铸铁中碳以渗碳体形式存在，断口呈亮白色，称白口铸铁。其性能特点是硬而脆，切削加工非常困难，一般不用于制造零件。一些具有高硬度和耐磨性要求的零件，如轧辊、球磨机的磨球等，以及可锻铸铁的毛坯件，其组织为白口组织。2.灰铸铁 灰铸铁中碳全部或大部分以片状石墨形态存在，其断口呈暗灰色，故称灰铸铁。它的机械性能虽不如钢，但其软而脆，具有良好的铸造

11、性、耐磨性、减振性和切削加工性，是应用最广的铸造金属。3.可锻铸铁 可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火得到的一种具有团絮状石墨的铸铁，其中碳以团絮状石墨形式存在。常用于制造汽车、拖拉机的薄壳零件、低压阀门和各种管接头等。4.球墨铸铁 球墨铸铁是将铁液经过球化处理而使石墨大部分或者全部呈球状的铸铁。用球墨铸铁可制造一些受力复杂而强度、韧性及耐磨性要求高的零件。二、有色金属材料二、有色金属材料(一)铝及铝合金 铝及铝合金的密度小，属轻金属，在地球上的储量丰富，可以说居金属元素之首。有关试验说明，若采用铝合金制造汽车的缸体和车身，整个汽车的自重可减轻40。应用于轿车上的铝合金以铸铝为主。发动机部分气缸

12、体是大尺寸的铝铸件，采用铝铸件的还有曲轴箱、气缸盖、活塞、滤消器和发动机架等，尤其是活塞几乎都用铝合金。(二)铜及铜合金 铜是人类发现和使用最早的金属。在汽车工业所用有色金属材料中，铜合金用量仅次于铝合金。活动三活动三 非金属材料非金属材料 除金属以外，诸如塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、合成纤维、胶粘剂、摩擦材料和涂装材料等均为非金属材料。一、塑料一、塑料 塑料是在一定温度和压力下可塑制成形的高分子合成材料的通称，是当前机械工业中应用最广泛的高分子材料。1.塑料的分类 (1)按塑料的用途分，可分为通用塑料和工程塑料。(2)按树脂的热性能可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。2.塑料的特点 与金属材料相

13、比，塑料的性能有以下特点：(1)质量轻、强度低、刚度低。(2)耐热性差，易老化。(3)热膨胀系数大。(4)绝缘性好。(5)耐蚀性好。(6)导热性差。(7)减摩性能、耐磨性能差异大。二、橡胶二、橡胶 橡胶是一种具有极高弹性的高分子材料，其弹性变形量可达100%-l 000%，且回弹性好。同时，它还具有一定的耐磨、吸振、绝缘、隔音特性，是常用的弹性、密封、减振防振和传动材料，其主要缺点是易老化，耐油性差。三、玻璃三、玻璃 玻璃是由二氧化硅和各种金属氧化物组成的无机化合物，由石英等硅酸盐矿物质材料经过配料、熔制而成。玻璃硬度高(仅次于陶瓷)、抗压强度高、抗拉弯强度低、塑性小、韧性很差，是典型的脆性材

14、料。玻璃有良好的化学稳定性，对酸、碱的腐蚀具有较强的抵抗能力。但氢氟酸对玻璃具有较强的腐蚀作用，普通玻璃的耐热性较差，经过热处理后，可提高其耐热性。固态玻璃具有良好的绝缘性能，可用于制造各种绝缘器材和电学仪器。但液态玻璃却具有良好的导电性。玻璃最突出的特点是具有良好的光学性质，即透明性和折光性。除此之外，特种玻璃还有吸热、防辐射、防爆等特殊性能。广泛用做透光、透视、隔音、隔热等器件及装饰物。在汽车上，主要用做挡风玻璃和车身玻璃等。四、陶瓷四、陶瓷 陶瓷是指以天然或人工合成的各种化合物为基本原料，经原料处理、成形、干燥、高温烧结而成的一种无机非金属固体材料。其高的硬度、抗压强度、熔点、高温强度及抗氧化能力，较好的绝缘性能，但抗拉强度较低，韧性和疲劳性能较差。目前在汽车上应用的陶瓷材料主要有普通陶瓷、工程陶瓷和功能陶瓷。