一汽车材料基本知识.

汽车材料中等职业教育规划新教材汽车运用与维修系列第一章汽车材料基本知识学习目标1、知道汽车零部件常用材料的种类2、知道常用汽车运行材料的种类3、知道金属材料的物理和化学性能4、掌握金属材料的工艺性能5、掌握金属材料的力学性能汽车是由上万个零部件组装而成,而这些零部件又是由几百个品种、上千个规格的材料加工制成的,可以说材料是汽车的基础。用于生产汽车的材料种类很多:有钢铁、有色金属、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷等,据统计,近几年生产的一辆普通轿车,其主要材料的重量构成比大致为:钢铁65%～70%、有色金属10%～15%、非金属材料20%左右。各种新型材料,如轻金属材料、复合材料、高技术合成材料等越来越多的用于现代汽车材料是汽车工业的基础汽车上每个零部件的生产制造都涉及到材料问题。据统计，汽车上的零部件采用了4千余种不同的材料加工制造。从汽车的设计、选材、加工制造，到汽车的使用、维修和养护无一不涉及到材料。现代汽车要满足:安全、舒适、自重轻、污染排放低、能耗小、价格低等要求.材料是首要考虑方面。汽车材料的组成1.汽车零部件材料:指用来加工制造组成汽车的成千上万种零部件的不同品质和规格的机械工程材料2.汽车运行材料：指汽车在运行过程中需要使用和消耗的燃油、润滑材料和工作液、汽车轮胎等。汽车零部件材料●金属材料（纯金属及合金）◆黑色金属（钢铁)◆有色金属(Cu、Al、Ti、Mg…)●非金属材料◆有机高分子材料（主要成分Ｃ、Ｈ）——塑料、橡胶、合成纤维等◆无机材料——玻璃、水泥、陶瓷等●复合材料——玻璃纤维增强塑料等典型零部件材料应用：金属材料在汽车零部件中的应用：非金属材料在汽车零部件中的应用：汽车材料的应用以现代轿车用材为例，按照重量来换算，钢材占汽车自重的55%-60%，铸铁占12%-5%，有色金属占6%~10%，塑料占8%~12%，橡胶占4%，玻璃占3%，其他材料（油漆、各种液体等）占12%~6%。汽车运行材料车用汽油燃料轻柴油其它代用燃料发动机油车辆齿轮油润滑油液力传动油汽车运行材料液压油润滑脂制动液工作液减振器液发动机冷却液制冷剂轮胎据统计，全国营运汽车平均运输成本中，汽车运行材料消耗为40%以上，其中燃料消耗约占运输成本的20%~30%，润滑材料约占1%~3%，轮胎消耗约占10%~15%。汽车燃料汽油和柴油是目前汽车最常用的燃料。通过石油炼制获得的汽油和柴油，能量密度高，价格低，不易变质，便于运输，因此非常适用于点燃式发动机和压燃式发动机。汽油是汽油机的燃料。汽油是石油制品，是100多种烃的混合物，其主要化学成分是碳(C)和氢(H)。碳的质量分数为85%-87%，氢的质量分数为13%-15%。汽油在常温下为无色至淡黄色的易流动液体，很难溶解于水，易燃，馏程为30℃至220℃，低热值为43960kJ/kg。汽油最重要的理化性能是抗爆性，用辛烷值表示。其次是挥发性，它对于发动机的冷起动、瞬态工况和燃油蒸发排放都有较大影响。在我国国家标准中采用研究法辛烷值(RON)来划分车用汽油牌号，按辛烷值从低到高划分为90号、93号、97号等牌号。柴油是柴油机的燃料。柴油也是复杂烃类的混合物。在石油蒸馏过程中，温度在200-350℃之间的馏分即为柴油。柴油分为轻柴油和重柴油。轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机。汽车柴油机均为高速柴油机，所以使用轻柴油。为了保证高速柴油机工作正常、高效，轻柴油应具有良好的发火性、低温流动性、蒸发性、化学稳定性、防腐性和适当的粘度等使用性能。其主要使用性能指标有着火性、蒸发性、低温流动性和粘度等，其低热值为42500kJ/kg。我国将轻柴油按凝点分为5、0、-10、-20、-35、-50六个牌号。汽车用润滑材料发动机润滑油润滑减磨活塞和汽缸之间，主轴和轴瓦之间均存在着快速的相对滑动，要防止零件过快的磨损，则需要在两个滑动表面间建立油膜。有足够厚度的油膜将相对滑动的零件表面隔开，从而达到减少磨损的目的。冷却降温机油能够将热量带回机油箱再散发至空气中帮助水箱冷却发动机。清洗清洁好的机油能够将发动机零件上的碳化物、油泥、磨损金属颗粒通循环带回机油箱，通过润滑油的流动冲洗了零件工作面上产生的脏物。密封防漏机油可以在活塞环与活塞之间形成一个密封圈，减少气体的泄漏和防止外界的污染物进入。防锈防蚀润滑油能吸咐在零件表面防止水、空气、酸性物质及有害气体与零件的接触。减震缓冲当发动机气缸口压力急剧上升，突然加剧活塞、活塞屑、连杆和曲轴轴承上的负荷很大，这个负荷经过轴承的传递润滑使承受的冲击负荷起到缓冲的作用。齿轮油齿轮油以石油润滑油基础油或合成润滑油为主，加入极压抗磨剂和油性剂调制而成的一种重要的润滑油。用于变速器、后桥各种齿轮传动装置，以防止齿面磨损、擦伤、烧结、分散热量、防止腐蚀和生锈等，延长其使用寿命，提高传递功率效率。齿轮油应具有良好的抗磨、耐负荷性能和合适的粘度。此外，还应具有良好的热氧化安定性、抗泡性、水分离性能和防锈性能。润滑脂用于机械的摩擦部分，起润滑和密封作用。也用于金属表面，起填充空隙和防锈作用。主要由矿物油（或合成润滑油）和稠化剂调制而成。汽车用工作液制动液是液压制动系统中传递制动压力的液态介质，使用在采用液压制动系统的车辆中。制动液又称刹车油或迫力油，它的英文名为BrakeFluid，是制动系统制动不可缺少的部分，而在制动系统之中，它是作为一个力传递的介质，因为液体是不能被压缩的，所以从总泵输出的压力会通过制动液直接传递至分泵之中液力传动油又称自动变速器油(ATF)或自动传动油，用于由液力变矩器、液力偶合器和机械变速器构成的车辆自动变速器中作为工作介质，借助液体的动能起传递能量的作用。冷却液，全称应该叫防冻冷却液，意为有防冻功能的冷却液，防冻液可以防止寒冷季节停车时冷却液结冰而胀裂散热器和冻坏发动机气缸体，但是我们要纠正一个误解，防冻液不仅仅是冬天用的，它应该全年使用，汽车正常的保养项目中，每行驶一年，需更换发动机防冻液。轮胎是汽车的重要部件之一，它直接与路面接触，和汽车悬架共同来缓和汽车行驶时所受到的冲击，保证汽车有良好的乘座舒适性和行驶平顺性；保证车轮和路面有良好的附着性，提高汽车的牵引性、制动性和通过性；承受着汽车的重量，轮胎在汽车上所起的重要作用越来越受到人们的重视。汽车材料的展望汽车工业发展的方向:汽车轻量化和减少污染汽车材料总的发展趋势是：结构材料中钢铁材料所占比例将逐步下降，有色金属、陶瓷材料、复合材料、高分子材料等新型材料的用量有所上升。在性能可靠的条件下，将尽可能多地采用铝合金、复合材料等轻型、新型材料取代钢铁材料。随着汽车保有量的逐年增加，汽车排放造成的环境污染问题以及石油资源逐渐匮乏的问题已不容忽视，因此各种代用燃料也得到了越来越广泛的应用。目前国内开发使用的发动机代用燃料包括天然气、液化石油气、甲醇、乙醇、生物质燃料、氢气以及二甲基醚等。金属材料的性能金属材料是汽车制造业中使用的基本原料，汽车中大约有80％的零件是用金属材料制造的，而金属材料中又以钢铁材料的用量为最多。金属材料一般分为如下两类。（1）黑色金属黑色金属主要指铁及铁基合金，如钢、铸铁等。（2）有色金属有色金属是指除黑色金属以外的所有金属，如铜、铝、镁、钛等以及它们的合金。金属材料的性能主要包括使用性能和工艺性能两方面，其中使用性能又包括物理性能、化学性能和力学性能等。它们是指导生产、选用材料、设计机械零件及制定加工工艺的主要依据。1.金属的物理性能1）密度密度是指物质单位体积的质量，用符号表示，单位为kg／m3。金属材料的密度直接关系到它所制成设备的自重和效能。一般密度小于5×103kg／m3的金属称为轻金属，密度大于5×103kg／m3的金属称为重金属。零件在选材时就要考虑零件的密度。例如，汽车发动机的活塞要求运动时惯性小、质量轻。因此，常用密度较小的铝合金来制造。2）熔点纯金属或合金从固态向液态转变时的温度称为熔点。纯金属的熔点是固定的，而合金的熔点决定于它的成分，如钢和生铁都是铁和碳的合金，但由于含碳量不同，它们的熔点也不同。通常熔点低的金属在进行材料加工时易于进行铸造和焊接。3）导热性金属材料传导热量的性能，称为导热性。常用热导率来衡量金属导热性的好坏。热导率的符号是，合金的热导率比金属的热导率小。导热性能好的金属散热性能也好，所以汽车上的散热器常用铝、铜等金属材料制造。4）热膨胀性随着温度变化，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）的现象称为热膨胀，多用线膨胀系数来衡量，亦即温度变化1℃时材料长度的增减量与其0℃时的长度之比，用表示。在零件的测量中必须考虑热膨胀性的因素，轴与轴瓦的装配间隙必须根据材料的热膨胀性来确定，不同金属焊接时要考虑线膨胀系数是否接近等。5）导电性金属材料传导电流的性能称为导电性。衡量金属材料导电性的指标是电阻率，电阻率越小，金属的导电性能越好。金属的导电性以银为最好，铜、铝次之，工业上常用铜、铝及其合金作为导电材料。6）磁性金属导磁的性能称为磁性。根据金属材料在磁场中受磁化程度的不同，可分为铁磁材料、顺磁材料、抗磁材料3类。铁磁材料能在外磁场中强烈地被磁化；顺磁材料只能在外磁场中微弱地被磁化；抗磁材料能抗拒、削弱磁场对材料本身的磁化作用。磁性材料是汽车上的电动机、仪表等电器设备不可缺少的材料。2.金属的化学性能1）耐腐蚀性指金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气等介质腐蚀的能力。常见的钢铁生锈、铜生铜绿等就是腐蚀现象。一般可采用改变金属材料成分或进行表面处理等方法来提高金属的耐腐蚀性。