汽车机械基础项目二课件.ppt

1、汽车机械基础项目二 汽 车 材 料汽车常用金属材料任务一汽车常用非金属材料任务二汽车燃料和润滑油任务三任务一 汽车常用金属材料知识目标知识目标（1）掌握金属材料的力学性能。（2）了解金属晶体结构、铁碳合金相图及应用。（3）掌握金属材料的热处理方法及应用。能力目标能力目标（1）能够为不同材料选择合适的热处理方法。（2）能够辨识铁碳合金相图。任务一 汽车常用金属材料相关知识汽车材料分为金属材料和非金属材料。一辆汽车约由3万多个零件组成，其中86%左右是金属材料。金属材料之所以在汽车上广泛应用，是因为其具有许多优良的性能，系统地了解金属材料的性能特征，可以为正确使用金属材料、发挥材料的性能奠定基础。

2、任务一 汽车常用金属材料 金属材料的力学性能一一、汽车是用不同的材料制成各种零部件后组装而成的。这些零部件在使用过程中不可避免地要承受各种外力的作用，这就要求这些材料具有抵抗外力作用而不破坏的能力，即要具有良好的力学性能。金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。金属材料的力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等。任务一 汽车常用金属材料强度强度1.强度指金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。强度根据载荷的作用方式不同可以分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。强度指标主要有屈服点s（MPa）及抗拉强度b（MPa），屈服点及抗拉强度越大，金属材料

3、的强度越好。强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。任务一 汽车常用金属材料首先把标准试样装夹在试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使其变形直到拉断为止，如图2-1所示。在此过程中，试验机能自动绘制出载荷F和试样变形量L的关系曲线，此曲线称为拉伸曲线。图2-1 拉伸试样任务一 汽车常用金属材料图2-2所示为低碳钢拉伸曲线，低碳钢做拉伸试验时会产生弹性变形及塑性变形，表现出四个阶段：弹性变形阶段（Oe段）、屈服阶段（es段）、强化阶段（sb段）、缩颈阶段（bk段）。弹性变形指随载荷的存在而产生、随载荷的去除而消失的变形。不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。图2-2 低碳钢拉伸曲线任务一 汽车

4、常用金属材料1 1）屈服点和规定残余伸长应力）屈服点和规定残余伸长应力在拉伸过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍继续伸长时的应力称为材料的屈服点，用s表示，单位为MPa，即 (2-1)式中，Fs为试样产生屈服现象时的载荷，N；A0为试样原截面积，mm2。任务一 汽车常用金属材料除低碳钢、中碳钢及少数合金钢有屈服现象外，大多数金属材料没有明显的屈服现象，因此，对这些材料，规定产生0.2倍残余伸长时的应力作为条件屈服强度0.2可以替代s，称为条件（名义）屈服强度。屈服强度表示金属材料对起始塑性变形的抗力，是工程技术中最重要的机械性能指标之一，设计零件时常以s 或0.2作为选用金属材料的依据。任务

5、一 汽车常用金属材料2 2）抗拉强度）抗拉强度抗拉强度是材料在拉断前所承受的最大应力，用b表示，单位为MPa，即 (2-2)式中，Fb为试样断裂前所承受的最大载荷,N。抗拉强度表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力，也是设计机械零件时选材的主要依据。任务一 汽车常用金属材料塑性塑性2.金属材料在载荷的作用下产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。常用塑性指标有断后伸长率和断面收缩率。任务一 汽车常用金属材料1 1）断后伸长率）断后伸长率试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为断后伸长率，用表示，即 (2-3)式中，l1为试样原始标距长度，mm；l0为试样拉断后的标距长度，mm。任务一 汽车常用金属

6、材料2 2）断面收缩率）断面收缩率试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积之比称为断后收缩率，用表示，即 (2-4)式中，A0为试样的原始横截面积，mm2；A1为试样断口处的横截面积，mm2。任务一 汽车常用金属材料硬度硬度3.硬度指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。根据测定硬度方法不同，可用布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）来表示材料的硬度。任务一 汽车常用金属材料1 1）布氏硬度试验）布氏硬度试验布氏硬度试验原理如图2-3所示，采用直径为D的淬火钢球或硬质合金球，在规定载荷的作用下，压入被测金属表面，保持一定时间后卸除载荷，压痕单位表面积上所承受的平均压力即为布氏硬度值，压头为淬

7、火钢球时用HBS表示，压头为硬质合金球用时HBW表示。图2-3 布氏硬度试验原理任务一 汽车常用金属材料布氏硬度能准确反映出金属材料的平均性能，但操作时间长，压痕测量较费时，主要用于测定灰铸铁、有色金属等硬度不高的材料。但由于试验时压痕大，故不宜测量成品件及较薄工件。任务一 汽车常用金属材料2 2）洛氏硬度试验）洛氏硬度试验（1）测试原理。洛氏硬度试验原理如图2-4所示，采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入金属表面后，经规定保持时间后卸除主试验力，以测量的压痕深度来计算洛氏硬度值。洛氏硬度试验操作简单、迅速，测量硬度范围大，压痕小，无损于工件表面，可以直接测量成品及薄件。图2-4 洛氏硬度试验

8、原理任务一 汽车常用金属材料（2）标尺及其适用范围。洛氏硬度中HRA、HRB、HRC中的A、B、C为三种不同的标准，称为标尺A、标尺B、标尺C，其中标尺C应用最为广泛。HRA 是采用60 kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度较高的材料，如硬质合金。HRB 是采用100 kg载荷和直径1.58 mm淬硬的钢球求得的硬度，用于硬度较低的材料，如退火钢、铸铁等。HRC 是采用150 kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料，如淬火钢等。任务一 汽车常用金属材料冲击韧度冲击韧度4.以上讨论的是在静载荷作用下的力学性能指标，对于承受冲击载荷的材料，如汽车发动机中的活塞，不仅要求具有高的

9、强度和塑性，还必须具备足够的冲击韧度。金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧度（ku）。ku越大，材料的韧性越好，在受到冲击时越不易断裂。任务一 汽车常用金属材料疲劳强度疲劳强度5.在汽车上的许多零件，如各种轴、齿轮、弹簧、连杆等，要受到大小和方向呈周期性变化的载荷作用。这种交变载荷虽然小于材料的强度极限，甚至小于其弹性极限，但经多次循环后，在没有明显的外观变形时也会发生断裂，这种破坏称为疲劳破坏或疲劳断裂。这种破坏都是突然发生的，具有很大的危险性。疲劳强度-1是表示材料以周期性交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力，其大小与应力变化的次数有关。对于黑色金属，规定循环次数为107次，对

10、于有色金属，规定循环次数为108次。任务一 汽车常用金属材料 金属结构与钢的热处理二二、不同的金属具有不同的力学性能，即使是同一种金属，在经过不同的热处理，其性能也会有很大差别。金属的这些差异，从本质上来说，是由其内部结构所决定的。因此，掌握金属的内部结构及热处理方法对其性能的影响，对选用和加工金属材料具有非常重要的意义。任务一 汽车常用金属材料金属的晶体结构金属的晶体结构1.1 1）晶体结构的基本概念）晶体结构的基本概念在内部原子呈无序堆积状况的物质，称为非晶体，如普通玻璃、松香和树脂等。在内部凡原子呈有序、有规则排列的物质称为晶体。汽车上使用的金属材料都是晶体。晶体内部原子是按一定规律排列

11、的，为了形象地表示晶体中原子的排列规律，可以将原子简化成一个点，用假象的线将这些点连接起来，构成有明显规律性的空间格架。这种表示原子在晶体中排列规律的空间格架称为晶格，而能够反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞。任务一 汽车常用金属材料2 2）金属晶格的类型）金属晶格的类型晶格示意图及典型金属见表2-1。任务一 汽车常用金属材料铁碳合金相图铁碳合金相图2.碳钢和铸铁是现代汽车工业生产中使用最广泛的金属材料，其主要由铁和碳两种元素组成的合金，一般又称为铁碳合金。任务一 汽车常用金属材料1 1）合金结构的基本概念）合金结构的基本概念合金指由两种或两种以上的金属或金属与非金属，经过熔炼、烧结或其他方法

12、组合而成并具有金属特性的物质。通常把组成合金的最简单、最基本且能独立存在的物质称为组元，简称元。合金根据组元数目的多少可以分为二元合金、三元合金和多元合金，例如，普通黄铜就是由铜和锌组成的二元合金。根据合金中各组元之间的结合方式不同，合金的组织可以分为固溶体、金属化合物和混合物三类。任务一 汽车常用金属材料2 2）纯铁的同素异晶转变）纯铁的同素异晶转变金属在固态下随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异晶转变。由于纯铁具有同素异晶转变的特性，因而生产中才能通过不同的热处理方法来改变钢的组织和性能。纯铁的同素异构转变可概括如下：任务一 汽车常用金属材料3 3）铁和碳相互作用构成的

13、基本相及组织）铁和碳相互作用构成的基本相及组织（3）奥氏体。（5）珠光体。（6）莱氏体。（2）铁素体。（4）渗碳体。（1）液相。任务一 汽车常用金属材料4 4）FeFeFeFe3 3C C相图分析相图分析FeFe3C相图是表示在缓慢冷却（加热）条件下（平衡状态）不同成分的钢和铸铁在不同温度下所具有的组织状态的一种图形。它表明了铁碳合金的成分、温度与组织变化规律之间的关系，是制定钢和铸铁焊接、热处理、铸造和锻造等热加工工艺的重要依据。图2-5所示为简化的FeFe3C相图。图2-5 简化的FeFe3C相图任务一 汽车常用金属材料FeFe3C相图的主要特性点见表2-2，FeFe3C相图的主要特性线见

14、表2-3。任务一 汽车常用金属材料任务一 汽车常用金属材料5 5）铁碳合金的分类）铁碳合金的分类根据含碳量及室温组织不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和白口铸铁三大类。工业纯铁是碳的质量分数C小于0.021 8%的铁碳合金。钢是碳的质量分数C为0.021 82.11%的铁碳合金。钢可细分为亚共析钢（含碳量为0.021 8%0.77%）、共析钢（含碳量为0.77%）、过共析钢（含碳量为0.77%2.11%）。白口铸铁是含碳量C为2.116.69%的铁碳合金。白口铸铁可细分为亚共晶白口铁（含碳量为2.11%4.3%）、共晶白口铁（含碳量为4.3%）、过共晶白口铁（含碳量为 4.3%6.69%）。任务

15、一 汽车常用金属材料6 6）含碳量对铁碳合金性能的影响）含碳量对铁碳合金性能的影响如图2-6所示，含碳量越高，钢的强度和硬度越高，而塑性和韧性越低。这是由于含碳量越高，钢中的硬脆相Fe3C越多的缘故，但当含碳量超过 0.9%时，由于二次渗碳体呈明显网状，使钢的强度有所降低。图2-6 含碳量对钢力学性能的影响任务一 汽车常用金属材料为了保证汽车材料使用的钢具有足够的强度，并具有一定的塑性和韧性，钢中的含碳量一般不超过1.4%。任务一 汽车常用金属材料钢的热处理钢的热处理3.钢的热处理指通过加热、保温和冷却工序改变钢的内部组织结构，从而获得预期性能。在汽车等制造业中，80%的零件都要进行热处理，而

16、工模具及轴承则必须要进行热处理。热处理方法主要有退火、正火、淬火、回火及表面热处理等。任务一 汽车常用金属材料1 1）退火）退火将钢加热到适当温度，保存一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺称为退火。退火的目的是降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能，消除钢的内应力，细化晶粒，均匀组织，为以后的热处理做好准备。任务一 汽车常用金属材料（1）（2）（3）完全退火。球化退火。（3）去应力退火。任务一 汽车常用金属材料2 2）正火）正火正火是将钢加热到Ac3或Accm以上保温再在空气中冷却的热处理工艺。碳钢的各种退火和正火加热温度范围如图2-7所示。图2-7 碳钢的各种退火和正火加热温度范围任务一 汽车常

17、用金属材料正火和退火的明显区别是正火冷却速度较快，生产周期比退火短，又由于正火后材料强度、硬度、塑性和韧性比退火高，所以大多数低碳钢不做退火处理，而采用正火处理，对于力学性能要求不高的中碳钢零件常采用正火作为最终热处理。高碳钢经正火处理后可以消除网状渗碳体，为球化退火做好准备。任务一 汽车常用金属材料3 3）淬火）淬火将亚共析钢加热到Ac3以上，共析钢与过共析钢加热到Ac1以上（低于Accm）的温度，保温烧透后快速冷却，使奥氏体迅速转变成马氏体的热处理工艺称为淬火。淬火的目的是提高钢的强度和硬度，它是强化钢材的最重要的热处理方法。淬火与回火相配合，可以赋予工件不同的性能。例如，高碳钢淬火后低温

18、回火可以使工件具有高硬度、高耐磨性；中碳钢结构钢淬火后高温回火可以使工件具有强度、塑性、韧性良好配合的综合力学性能。但要注意，对于低碳钢，由于淬火后强度硬度提高不大，一般不进行淬火。常用的淬火方法有单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等。任务一 汽车常用金属材料4 4）回火）回火回火是淬火后再将工件加热到Ac1温度以下某一温度，保温后再冷却到室温的一种热处理工艺。回火一般是紧接淬火以后的热处理工艺。（1）回火的目的。降低或消除内应力，以防止工件开裂和变形。减少或消除残余奥氏体，以稳定工件尺寸。调整工件的内部组织和性能，以满足工件的使用要求。任务一 汽车常用金属材料低温回火。中温回火。高温回火

19、。（2）回火的种类。任务一 汽车常用金属材料5 5）表面热处理）表面热处理（1）表面淬火。表面热处理是仅对表面进行淬火的工艺。对于承受冲击载荷、交变载荷，同时又承受强烈摩擦的零件，如曲轴、齿轮轴、齿轮等，一般要求表面具有较高的强度、硬度、耐磨性及疲劳强度，而心部则要求具有足够的塑性和韧性，为了满足这些要求，生产中常采用表面淬火。根据淬火加热方法不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰表面淬火和激光加热表面淬火。任务一 汽车常用金属材料钢的渗碳。钢的氮化(气体氮化)。钢的碳氮共渗。（2）化学热处理。任务一 汽车常用金属材料 汽车用钢及铸铁三三、工业上常把金属材料分为黑色金属材料（铁基材料）和有

20、色金属材料（非铁基材料），黑色金属材料指钢和铸铁，有色金属材料指钢铁以外的金属及其合金。在汽车行业中应用最广泛的是黑色金属材料，即钢和铸铁。任务一 汽车常用金属材料碳素钢碳素钢1.含碳量为0.021 8%2.11%，且不含有特意加入合金元素的铁碳合金，称为碳素钢，简称碳钢，实际使用的碳素钢的质量分数一般不超过1.4%。碳素钢具有良好的力学性能和工艺性能，且冶炼方便，价格便宜，所以在机械制造、建筑、交通运输等许多工业领域中得到广泛的应用。任务一 汽车常用金属材料1 1）常存杂质元素对碳钢性能的影响）常存杂质元素对碳钢性能的影响（1）硅的影响。（2）锰的影响。（4）磷的影响。（3）硫的影响。任务一

21、 汽车常用金属材料2 2）碳钢的分类）碳钢的分类（1）按碳的含量分类。碳钢按钢中碳的含量可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。低碳钢：C0.25。中碳钢：0.25C0.70%。（4）按冶炼时的脱氧程度分类。根据冶炼时的脱氧程度，碳钢可分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。沸腾钢：脱氧不完全的钢。镇静钢：脱氧比较完全的钢。半镇静钢：介于沸腾钢与镇定钢之间。任务一 汽车常用金属材料3 3）碳钢的编号及用途）碳钢的编号及用途（1）普通碳素结构钢。牌号：Q（屈服强度屈的声母）、屈服强度、质量等级、脱氧方法四个部分按顺序组成。例如，Q235-AF表示屈服强度为235 MPa的A级沸腾钢。典型牌号：Q195、Q215、Q

22、235、Q255、Q275等。用途：仅保证机械性能，主要应用在型材、薄板、焊管、桥梁结构、标准件、连杆、简单的齿轮或轴，不进行热处理直接使用。任务一 汽车常用金属材料（2）优质碳素结构钢。牌号：两位数字，表示平均含碳量的万分数。例如，45 表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。典型牌号：10、45、60、16Mn、70Mn、08F等。用途：一般0825低碳钢用于制作冲压制件，3055中碳钢用于制作齿轮、轴等机械零件，5565高碳钢用于制作弹簧。一般经热处理提高力学性能。任务一 汽车常用金属材料（3）碳素工具钢。牌号：T+数字（平均含碳量的千分数）。例如，T12A 表示平均含碳量为1.2%

23、的碳素工具钢。典型牌号：T8、T8、T10、T13、T8A、T12A等。用途：含碳量稍低的T7用于制作冲头、锤子、手锯等；含碳量较高的T9T11用于制作车刀、钻头、冲模等；含碳量高的T12、T13用于制作量块、塞规、刮刀等。任务一 汽车常用金属材料（4）铸造碳钢。牌号：ZG+数字-数字。第一组数字表示屈服点，第二组数字表示抗拉强度值。典型牌号：ZG200400、ZG270500、ZG340640等。典型用途：用于受力不大、韧性良好、可焊接的机座或壳体，强度较高、有一定塑性、可焊接的轧钢机机架、连杆、曲轴，高强度、高耐磨性、能切削加工的齿轮、棘轮等。任务一 汽车常用金属材料合金钢合金钢2.碳素钢

24、的冶炼、加工简单，价格便宜，但是碳素钢淬透性差，缺乏良好的综合性能，无法满足一些重要零件的要求。此外，碳素钢缺乏一些特殊的性能，如耐热性、耐蚀性等。因此，在现代工业中，人们在机械制造中还广泛地使用合金钢。所谓合金钢就是在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。任务一 汽车常用金属材料1 1）合金钢的分类及编号方法）合金钢的分类及编号方法（1）合金钢的分类。按合金元素分类。a.低合金钢：合金元素总含量小于5%。b.中合金钢：合金元素总含量为5%10%。c.高合金钢：合金元素总含量大于10%。按合金钢的应用分类。a.合金结构钢：主要用于制造各种机械零件和工程构件

25、。b.合金工具钢：主要用于制造各种刀具、模具和量具。c.特殊性能钢：具有某种特殊的物理、化学性能的钢，如不锈钢、耐热钢等。任务一 汽车常用金属材料（2）合金钢的编号。我国合金钢的牌号采用“数字+合金元素符号+数字”的方法来表示。结构钢以平均含碳量的万分数为单位的数字（两位数）开头，元素符号及后面的数字表示加入的元素符号及其百分含量，当合金元素含量小于1.5时不标，平均含量为1.5%2.5%、2.5%3.5%时，则相应地标以2，3。例如，55Si2Mn表示平均含碳量为 0.55%，主要合金元素Si的含量为2%，元素Mn含量小于1.5%。任务一 汽车常用金属材料合金工具钢和特殊性能钢以平均含碳量千

26、分数为单位的数字（一位数）来表示碳质量分数，合金元素标注与合金结构钢相同，如9SiCr。工具钢的平均含碳量超过1%时，碳质量分数不标出，如Cr12MoV。滚动轴承钢前面标G，如GCr15，这里应注意牌号中的铬元素后面的数字是表示含量的千分数，其他元素仍按百分数表示。例如，GCr15SiMn表示含铬量为1.5%，硅、锰含量均小于1.5%的滚动轴承钢。（1）低合金结构钢。低合金结构钢是在普通碳素结构钢(0.2%C)基础上加入少量合金元素（Mn、V、Ti、Nb、Cu、P）发展起来的。此类钢强度高，塑性和韧性好，焊接性能好，热压力加工性能好，有一定的耐蚀性能。常用钢种有09MnNb、16Mn等，广泛用

27、于建造桥梁，制造车辆和船舶等。任务一 汽车常用金属材料2 2）合金结构钢）合金结构钢 任务一 汽车常用金属材料（2）渗碳钢。用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。对渗碳零件的性能要为“表硬内韧”，渗碳钢的含碳量都低(0.15%0.25%)，属于低碳钢。同时在钢中加入一定数量的合金元素，如Cr、Ni、Mn、Mo、W、Ti、B等，以保证钢的力学性能和工艺性能。渗碳钢的主要热处理工序一般是在渗碳之后再进行淬火和低温回火。常用的钢种有20Cr、20CrMnTi。20CrMnTi 是应用最广泛的合金渗碳钢，用于制造汽车的变速齿轮、轴、活塞销等零件。任务一 汽车常用金属材料（3）调质钢。调质钢是经过调质处理后使

28、用的碳素结构钢和合金结构钢。对调质钢零件的性能要求为“具有良好的综合机械性能”。因此，调质钢的含碳量一般在 0.25%0.50%，属于中碳钢。碳量过低，同时为了提高钢的淬透性和保证强度、韧性。通常加入Cr、Ni、Si、Mn、B及少量的Mo、V、Al等合金元素。调质钢的热处理通常为淬火后高温回火。常用钢种有40、40Cr、30CrMnSi、40CrNiMo等，其中40Cr适用于中等截面的结构件，如汽车连杆螺栓、后桥半轴等。任务一 汽车常用金属材料（4）弹簧钢。弹簧钢是用来制造弹簧等弹性元件的钢。弹簧钢有较高的弹性极限和屈强比、较高的疲劳强度、一定的塑性和韧性。因此，碳素弹簧钢的含碳量为0.60%

29、0.90%，合金弹簧钢的含碳量为0.40%0.70%。合金弹簧钢的主要合金元素是 Si(3%)、Mn(1.3%)、Cr(约1%)。根据弹簧钢的加工成形状态不同，弹簧分为热成形弹簧与冷成形弹簧。常用钢种有65Mn、55Si2Mn、60Si2Mn、60Si2CrV，用于制造各种螺旋弹簧和钢板弹簧等。此类钢的热处理一般为淬火加中温回火。任务一 汽车常用金属材料（5）滚动轴承钢。用于制作滚动轴承的内外套圈及滚动体的钢称为滚动轴承钢。滚动轴承钢具有高的弹性极限和接触疲劳强度、高而均匀的硬度和耐磨性、足够的韧性和淬透性，同时具有一定的抗蚀能力；此外，对钢的纯度(非金属夹杂物等)、组织均匀化、碳化物分布状况

30、以及脱碳程度等也有严格的要求。滚动轴承钢的热处理工艺主要为球化退火、淬火和低温回火。常钢种有GCr15、GCr15SiMn。任务一 汽车常用金属材料（6）易切钢。在钢中附加一种或某几种元素，使其成为容易被切削加工的钢称为易切钢。目前常用的附加元素有硫、铅、钙、磷等。这类钢主要用于采用高效专用自动机床加工的零件，如汽车中大量应用的螺栓、螺母、轴销等标准件，也可用于汽车的轴、齿轮、曲轴等。任务一 汽车常用金属材料3 3）合金工具钢）合金工具钢合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量的合金元素（Si、Mn、Cr、W、V等）制成的，用来制造尺寸大、精度高、形状复杂的模具、量具以及切削速度较高的刀具。合

31、金工具钢按用途可分为刃具钢、合金模具钢和合金量具钢。刃具钢主要指制造车刀、铣刀、钻头等切削刀具的钢种，主要有低合金刃具钢和高速钢。任务一 汽车常用金属材料（1）低合金刃具钢。在碳素钢刃具钢的基础上,加入一些合金元素，称为低合金刃具钢。低合金刃具钢的含碳量为0.9%1.5%，常用的合金元素有Si、Cr、Mn、W、V，低合金刃具钢的最终热处理为淬火及低温回火。常用的低合金刃具钢有9SiCr、CrWMn等。（2）高速钢。高速钢是一种适于制造高速切削刀具的高碳高合金工具钢，当切削温度高于600 时，硬度无明显下降，仍然能保持良好的切削性能，因此又称其为锋钢。高速钢的含碳量为0.7%1.65%，钢中含W

32、、Mo、Cr、V等合金元素，其总量超过10%。热处理为退火，淬火后在550570 回火（一般两次或三次)。常用的高速钢有W18Cr4V等。任务一 汽车常用金属材料4 4）特殊性能钢）特殊性能钢特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的钢。（1）不锈钢。（2）耐热钢。（3）耐磨钢。（4）低温用钢。任务一 汽车常用金属材料铸铁铸铁3.铸铁是含碳量大于2.1%的铁碳合金,与钢相比，不仅含C和Si较多，且含杂质元素S、P也较多，其抗拉强度低，塑性韧性差，抗震耐磨性能好，切削加工性好，缺口敏感性低。任务一 汽车常用金属材料1 1）铸铁的分类）铸铁的分类（1）按照石墨化程度分。灰口铸铁：断口呈灰色。白口铸铁：

33、断口呈白亮色。麻口铸铁：断口呈黑白相间的麻点。（2）按照石墨结晶形态分。灰口铸铁：石墨呈片状。球墨铸铁：石墨呈球状。蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状。可锻铸铁：石墨呈团絮状。任务一 汽车常用金属材料2 2）铸铁的牌号及用途）铸铁的牌号及用途（1）灰口铸铁。灰口铸铁又称灰铸铁，是生产中使用最多的铸铁。灰铸铁的牌号是“HT”及后面一组数字组成，数字表示最小抗拉强度，如HT200、HT350等。HT200适用于承受大载荷的重要零件，如汽车的气缸体、气缸盖、刹车轮等。HT300、HT350适用于承受高载荷、要求耐磨和高气密性的重要零件，如大型发动机的气缸体、气缸盖、气缸套、泵体、阀体等。任务一 汽车常用金属材料

34、（2）球墨铸铁。由于球墨铸铁具有良好的力学性能和工艺性能，并能通过热处理使其力学性能在较大范围内变化，因此可以代替碳素钢、合金铸钢和可锻铸铁制造一下受力复杂的及性能要求较高的零件。球墨铸铁的牌号由“QT”及后面两组数字组成，两组数字分别代表最低抗拉强度及最低伸长率，如QT400-18。QT400-18适用于做汽车、拖拉机的牵引框、轮毂、离合器及减速器的壳体；QT700-2适用于做柴油机和汽油机的曲轴、连杆、凸轮轴等零件。任务一 汽车常用金属材料（3）蠕墨铸铁。蠕墨铸铁是近代发展起来的一种新型结构材料，其性能介于优质灰铸铁和球墨铸铁之间，其牌号由“RuT”及后面一组数字组成，数字表示最低抗拉强度

35、，如RuT260、RuT420等。蠕墨铸铁主要应用于承受循环载荷、组织致密、强度要求较高、形状复杂的零件，如汽车拖拉机底盘零件、气缸套、活塞环、刹车毂等。任务一 汽车常用金属材料（4）可锻铸铁。可锻铸铁的牌号由KTH（黑心）/KTZ（珠光体）/KTB（白心）+最低抗拉强度最低伸长率组成，如KTH300-06、KTH370-12、KTZ450-06、KTZ700-02等。可锻铸铁质量稳定，低温韧性好，常用来制造形状复杂、承受冲击载荷的薄件、中小型零件，如中低压阀门、汽车/拖拉机差速器壳、凸轮轴、扳手等。任务一 汽车常用金属材料 （5）特殊性能铸铁。特殊性能铸铁主要有耐热铸铁、耐磨铸铁、耐蚀铸铁等

36、。汽车发动机排气门座即可采用耐热铸铁，气缸套筒、排气门座圈、活塞环等常使用耐磨铸铁。任务一 汽车常用金属材料 有色金属及其合金四四、有色金属材料与钢铁材料相比，价格高，产量低，但由于其具有许多优良的特性，容易满足汽车上某些零件的特殊要求，成为不可缺少的汽车材料。任务一 汽车常用金属材料铝及铝合金铝及铝合金1.（1）纯铝。纯铝是银白色金属，熔点为 675，密度小2.72 g/cm3，仅为铁密度的 1/3；导电、导热性较高，抗大气腐蚀性好，但不耐酸、碱和盐。塑性好，可压力加工成各种型材，无铁磁性，即磁化率极低。纯铝主要用来替代贵金属制电线，配制各种铝合金，适用于要求质轻、导热或耐大气腐蚀但抗拉强度

37、要求不高的场合。任务一 汽车常用金属材料（2）铝合金。在纯铝中加入适当量的硅、铜、镁、锌、锰等合金元素即可制成铝合金。铝合金保持了纯铝的基本物化性能，如相对密度小、导电、导热、耐蚀性好等，且强度有了大幅度提升。任务一 汽车常用金属材料变形铝合金。铸造铝合金。铝合金按成分和生产工艺特点可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。任务一 汽车常用金属材料铜及铜合金铜及铜合金2.（1）纯铜。纯铜呈紫红色，故又称紫铜。纯铜导电性、导热性优良，耐蚀性和塑性很好，但强度低。纯铜主要应用于制造电线、电缆等导电材料。（2）铜合金。铜合金按化学成分不同主要分为白铜（铜镍合金）、黄铜（铜锌合金）、青铜（铜锡合金），应用最

38、广的为青铜和黄铜。任务一 汽车常用金属材料黄铜。黄铜为铜锌合金。黄铜按化学成分分为普通黄铜和特殊黄铜，按生产方法分为压力加工黄铜和铸造黄铜。青铜。除了黄铜和白铜（铜和镍的合金）外，其他所有的铜基合金都称为青铜，青铜又可分为锡青铜和特殊青铜（无锡青铜）两类。青铜根据加工工艺和用途的不同分为加工青铜和铸造青铜。任务一 汽车常用金属材料轴承合金轴承合金3.轴承是机器上的重要零件，目前机器中使用的轴承有滚动轴承和滑动轴承两类。在滑动轴承中，用于制造轴瓦和内衬的合金材料称为轴承合金。(1）轴承合金性能的要求。要有足够的强度和硬度，以承受轴颈较大的单位压力。要有足够的塑性、韧性、疲劳强度，以承受轴颈的周期

39、性载荷，并抵抗冲击和振动。要有良好的磨合能力，使其与轴能较快地紧密配合。要有高的耐磨性，与轴的摩擦系数小，减轻磨损。要有良好的耐蚀性、导热性、较小的膨胀系数，防止摩擦升温而发生咬合。任务一 汽车常用金属材料（2）锡基和铅基轴承合金。这两类轴承合金广泛应用于汽车，通称为巴氏合金，均系低熔点合金，牌号表示为“ZCh+基体元素符号+主加元素符号+主加元素百分含量+辅加元素百分含量”。其中，“Z”“CH”为“铸”“承”两个汉语拼音首字母。任务一 汽车常用金属材料（3）铜基轴承合金（铅青铜）。常用牌号为 ZQPb30，含铅量为 27%33%,余量为含铜量，属于硬基体软质点组织。优点：与巴氏合金比，承载能

40、力大，抗拉强度高，具有良好的耐磨性；能在较高的温度 300 下工作；价格低。缺点：加入铅后，抗拉强度下降，铜和铅密度相差大，易偏析，抗蚀能力下降。应用：用于制作高温高压下工作的轴承，如航空发动机、变速柴油机和轴承等。任务一 汽车常用金属材料（4）铝基轴承合金。新型减磨材料，具有密度小、导热性好、疲劳及抗拉强度高、耐蚀性好、原料丰富、价低等优点。但膨胀系数大，运转易咬合。主要用于高温高负荷下工作的轴承。任务二 汽车常用非金属材料 知识目标知识目标（1）了解常见的高分子材料。（2）熟悉陶瓷材料的特点。（3）熟悉复合材料的性能。能力目标能力目标 （1）能够区分汽车中常用的高分子材料、陶瓷材料和复合材

41、料。（2）能正确应用非金属材料。任务二 汽车常用非金属材料 相关知识非金属材料一般包括高分子材料、陶瓷材料和复合材料三类，非金属材料具有金属材料所不能及的某些性能，如绝缘性、耐高温、抗腐蚀、质量小等，在汽车工业中得到广泛的应用。任务二 汽车常用非金属材料 高分子材料一一、高分子材料概述高分子材料概述1.高分子材料是以高分子化合物为主要组成部分的材料，也称为聚合物或高聚物。高分子化合物主要含C、H、O、N等元素，所以密度小，为0.92 g/cm3。高分子材料分为天然和人工合成两大类，天然高分子材料有羊毛、蚕丝、淀粉等，工程上应用的高分子材料主要是人工合成的，人工合成的高分子化合物按工艺性质可分为

42、塑料、橡胶、胶黏剂和纤维素。任务二 汽车常用非金属材料 常用的高分子材料常用的高分子材料2.1 1）塑料）塑料塑料是一种以有机合成树脂为主要组成物的高分子材料，它通常可在加热、加压条件下被注塑或固化，故称为塑料。汽车用工程塑料主要用于制造某些机器零件或构件，具有强度大、韧度和耐磨性较好、价廉、耐腐蚀、降噪声、美观等特点。任务二 汽车常用非金属材料（1）塑料的组成。塑料主要由合成树脂和添加剂组成。合成树脂。合成树脂是决定塑料性能和使用范围的主要组成物，在塑料中，起黏结其他组分的作用。塑料中的合成树脂质量分数一般为30100。因此，大多数塑料都是以合成树脂名称来命名的，如聚氯乙烯塑料的树脂就是聚氯

43、乙烯。添加剂。根据塑料的使用要求，在塑料中掺入一些添加剂，以改善塑料的性能，常用的添加剂有填充剂、增塑剂、稳定剂和着色剂等。任务二 汽车常用非金属材料（2）塑料在汽车上的应用。汽车用塑料按照用途可分为内饰件用塑料、工程塑料、外装件及结构件塑料。内饰用塑料。汽车内饰用塑料品种主要有聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）和ABS等。它们用于制作坐垫、仪表板、扶手、头枕、门内衬板、顶棚衬里、地毯、控制箱、方向盘等内饰塑料制品。工程塑料。汽车上常用的工程塑料有聚丙烯（PP）、聚苯烯、ABS、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛树脂等。外装件及结构件塑料。汽车的外装件及结构件包括传动轴、车架、发动

44、机罩等，要求具备高强度，多用纤维增强塑料复合材料制造。任务二 汽车常用非金属材料 2 2）橡胶）橡胶（1）橡胶的组成。橡胶是以生胶为原料，加入适量的配合剂，经硫化工艺处理以后得到的一种生产原材料。生胶是指未经硫化的天然或合成橡胶。橡胶最显著的特点是具有高的弹性和回弹性。同时，橡胶还有一定的强度、优异的抗疲劳性，以及良好的耐磨、绝缘、隔声、防水、缓冲、吸振等性能。橡胶主要由生胶、增塑剂、硫化剂、硫化促进剂、防老剂和填充剂（填料）等组成。任务二 汽车常用非金属材料 天然橡胶。丁苯橡胶。氯丁橡胶。（2）常用的橡胶。任务二 汽车常用非金属材料 陶瓷材料二二、陶瓷材料概述陶瓷材料概述1.陶瓷在传统上是指

45、陶器和瓷器，也包括玻璃、水泥、石灰、石膏和搪瓷等。这些材料都是用天然硅酸盐矿物作为原料生产的，所以陶瓷材料也称为硅酸盐材料。陶瓷材料具有熔点高（一般2 000 以上）、硬度高（莫氏硬度9.0左右）、化学稳定性好、绝缘性好、耐高温、耐腐蚀等特点。工业上的陶瓷主要用于制作耐高温、耐磨元件、绝缘材料、高硬度耐磨材料及各种功能材料任务二 汽车常用非金属材料 常用陶瓷材料常用陶瓷材料2.1 1）普通陶瓷）普通陶瓷 普通陶瓷是以黏土为原料，经配制烧结而成的陶瓷。这种陶瓷具有良好的耐蚀性、电绝缘性、成形性，成本低廉，但强度低、易软化，主要用于制造耐腐蚀的容器和管道、电绝缘件等。任务二 汽车常用非金属材料 2

46、 2）氧化铝陶瓷）氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷是以Al2O3（占45%以上）为主要成分的特种陶瓷，有刚玉、刚玉与莫来石、莫来石三种。氧化铝陶瓷的优点是强度高（普通陶瓷的37倍）、硬度高（90 HRC）、耐磨性很好、电绝缘性好、可在高温下长期工作等，缺点是脆性大、抗热振性差。氧化铝陶瓷主要用于制造内燃机火花塞、金属拉丝模、切削冷硬铸铁和淬火钢的刀具、熔化金属的坩埚、导弹整流罩等。任务二 汽车常用非金属材料 3 3）氮化硅陶瓷）氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷是以Si3N4为主要成分的特种陶瓷，有反应烧结和热压烧结两种。氮化硅陶瓷的优点是化学稳定性好、硬度高、摩擦系数小、自润滑、热膨胀系数低、抗热振性能好、绝缘性能好

47、。氮化硅陶瓷的缺点是其应用受氮化层深度的限制。氮化硅陶瓷用于制造石化用密封环、高温轴承、电硅泵管道、阀门（反应烧结）。任务二 汽车常用非金属材料 4 4）玻璃）玻璃玻璃是一种非晶态固体，它是以石英砂、纯碱、长石、石灰石等为主要原料，并加入金属氧化物等辅料，在高温窑中煅烧至熔融后，经成形、冷却所获得的非金属材料。由于形成玻璃的金属氧化物不同，因而玻璃又分为石英玻璃、硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等。任务二 汽车常用非金属材料 汽车用玻璃都是安全玻璃，如夹层玻璃、区域钢化玻璃和钢化玻璃，主要用在前挡风玻璃、侧面玻璃和后挡风玻璃等。现代汽车玻璃的发展趋势是安全、美观、多功能、轻而薄，还出现许多新

48、技术，如减速玻璃、吸热玻璃、带有印刷电路的防霜玻璃、带天线的玻璃等。任务二 汽车常用非金属材料 复合材料三三、复合材料是由两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质，经一定方法合成而得到的一种新的多相固体材料。它不仅具有各组成材料的优点，还具有比单一材料更优良的综合性能。任务二 汽车常用非金属材料 复合材料的分类复合材料的分类1.复合材料的分类至今尚不统一，目前主要采用以下几种分类方法：（1）复合材料按用途分可分为结构复合材料（用于制造受力构件）和功能复合材料（具有如导电、导磁、阻尼、摩擦、屏蔽等特殊性能）两大类。（2）复合材料按增强材料的物理形态分可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材料及层叠

49、复合材料。（3）复合材料按基体类型分可分为非金属基体及金属基体两大类。任务二 汽车常用非金属材料 复合材料的性能复合材料的性能2.（1）比强度和比模量高。（2）抗疲劳性能好。（3）减振性能好。（4）高温性能好。（5）工作安全性好。（6）成形工艺简便灵活，可设计性强。任务二 汽车常用非金属材料 常用复合材料常用复合材料3.常用的复合材料有纤维增强塑料、金属基复合材料和纤维增强陶瓷。（1）纤维增强塑料。纤维增强塑料（FRP）是汽车轻量化的重要材料，主要由纤维、树脂和填充料组成。纤维增强塑料基体是塑料，承受载荷的主要是增强相纤维，而增强相纤维处于基体之中，彼此隔离，其表面受到基体的保护而不易受到损伤

50、；基体能阻止裂纹的扩展，并对纤维起到黏结的作用，复合材料的强度得到很大的提高。纤维增强塑料中比较典型的有玻璃纤维增强塑料和碳纤维增强塑料。任务二 汽车常用非金属材料（2）金属基复合材料。金属基复合材料（MMC）是由低强度、高韧性的基体和高强度、高弹性模量的纤维组成的。金属基复合材料的基体大多为铝合金、铜合金、镁合金和镍合金，增强材料一般为具有高强度、高弹性模量、高抗磨性、高化学稳定性的碳化硅、硼、氧化铝及碳纤维。任务二 汽车常用非金属材料（3）纤维增强陶瓷。纤维增强陶瓷（FRC）利用增强纤维提高陶瓷断裂强度，提高断裂韧性。目前纤维增强陶瓷有碳纤维系、陶瓷纤维系和晶须纤维系，国外在汽车发动机上已