第一章-汽车材料基础知识

1.了解汽车材料的分类方法。2.简单了解各类汽车材料在汽车上的应用情况。3.了解汽车材料技术的发展对汽车工业的影响。材料：指能为人类制造有用器件的物质。现代工程材料按用途大致可分为结构材料和功能材料两大类。汽车材料：指汽车生产制造以及汽车运行中所用到的材料，通常分为汽车零部件材料和汽车运行材料两大类。基本概念汽车零部件常用材料的分类工程上，通常把用于制造汽车的工程材料统称为汽车零部件材料。20世纪70年代以来，汽车工业遇到了三大课题——污染、安全、节能。为适应安全、节能的要求，在汽车中特别是轿车中开始大量应用非金属材料，所以在汽车制造中钢铁的用量有所下降，而有色金属、非金属材料和复合材料等新材料的用量正在上升。国产中型载货汽车的材料构成比国产轿车的材料构成比轿车发动机材料应用实例轿车发动机及其零件组成：轿车发动机材料应用随着对车辆经济性和动力性要求的不断提高，非金属件在汽车上的应用也越来越广泛。塑料件在汽车上的应用汽车使用的燃料、润滑剂、工作液等统称为汽车运行材料。汽车运行材料的分类目前汽油和柴油仍是汽车的主要燃料。目前已应用的石油替代燃料主要有天然气、液化石油气、醇类燃料（甲醇汽油、乙醇汽油）和电能等汽车新能源。使用液化石油气轿车给车辆加注乙醇汽油常用的润滑材料有发动机润滑油、齿轮油和润滑脂等。发动机润滑油主要是对发动机的曲轴、连杆、活塞、气缸壁、凸轮轴、气门等摩擦零件进行润滑。齿轮油主要用于变速器、后桥齿轮等传动机构摩擦处的润滑。润滑脂主要用于汽车传动轴（十字轴轴承、滑动叉）、轮毂轴承、钢板弹簧销、转向节销、万向节销等部位的润滑。汽车的各个工作系统需使用各种工作介质用以保障汽车的正常工作和安全行驶。例如，液压制动系统需使用的制动液，冷却系需使用的防冻液等工作介质，这些材料统称为汽车工作液。发动机润滑油的添加防冻液的添加总之，汽车材料种类繁多，性能各异，它们是汽车制造、运行和维护的基础。汽车的各项使用性能和使用寿命都离不开所用材料的性能的保证。因此，只有了解汽车材料的性能及其应用，才能正确、合理地选用材料，使汽车充分发挥其良好的技术和经济性能。1.了解金属的物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能。2．掌握材料强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度的概念、应用。3.掌握各种有色金属材料在汽车上的应用。4.能正确对汽车上使用的金属材料进行识别。金属的物理性能是金属材料的固有性能。金属的物理性能密度熔点导电性导热性热膨胀性磁性密度是指物质单位体积的质量，用符号ρ表示，单位为kg/m3。密度大于5×103kg/m3的金属称为重金属，密度小5×103kg/m3的金属称为轻金属。在汽车工业中，为了增加有效装载质量，应尽量使用轻质材料。铝合金活塞1.密度2.熔点金属材料从固态转变为液态的温度称为熔点，以摄氏度（°C）表示。各种金属都有其固定的熔点，常用金属中钨、铬等的熔点较高。锡、铅等的熔点较低。通常熔点低的金属材料加工时易于进行铸造和焊接。金属传导电流的性能称为导电性。衡量材料导电性的指标是电阻率，电阻率用符号ρ表示，单位为Ω·m（即欧姆·米）。电阻率越小，金属的导电性越好。常用金属中银、铜、铝等的导电性较好，。导电性差的合金，如镍-铬合金、铁-铬-铝合金。材料传导热量的性能称为导热性。通常用热导率来衡量金属的导热性，热导率用符号λ表示，其单位为W/（m·K），即瓦特/（米·开尔文）。导热性好的金属散热性能好，常采用导热性好的铝、铜等金属材料制造汽车散热器。汽车散热器观看视频金属材料随温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。常用线膨胀系数和体胀系数来衡量金属的热膨胀性，线膨胀系数用符号α表示，其单位为1/℃。线膨胀系数越大，金属的热膨胀性也越大。观看视频金属导磁的性能称为磁性。通常用磁导率来衡量金属的磁性，一般用符号μ表示，其单位为H/m（即亨利/米）。磁导率越高，金属的磁性越好。金属材料可分为铁磁性材料、顺磁性材料和抗磁性材料三类。观看视频铁磁性材料：可用于制作变压器、电动机、测量仪等抗磁性材料：用于要求避免电磁场干扰的零件和结构材料如航海罗盘化学性能是指在室温或高温条件下金属抵抗各种化学腐蚀的能力。金属的化学性能耐腐蚀性抗氧化性化学稳定性1．耐腐蚀性金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及化学介质腐蚀破坏作用等各种腐蚀的能力称为耐腐蚀性。改变金属材料成分和表面处理的方法（如油漆、电镀等）提高金属的耐腐蚀性。腐蚀对金属材料的危害很大，不仅使金属材料本身受到损失，严重还会使汽车零部件遭到破坏。提高金属材料的耐腐蚀性能，对现实具有很大的经济意义。金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力称为抗氧化性。材料的氧化随温度升高而加速，例如在铸造、锻造、热处理、焊接等热加工作业时，会造成材料过量的损耗和形成各种缺陷。因此，在高温下工作的零部件，如发动机的气门、活塞等零件，必须采用抗氧化性好的材料制造。3．化学稳定性化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。在高温条件下的零件，如发动机的活塞、活塞环工作在高温高压的环境中，需要选择热稳定性好的材料制造。机械零件在使用过程中受到各种载荷的作用所反映出来的性能，称为材料的力学性能。汽车零部件在使用过程中，必然会受到各种外力的作用，如发动机上的连杆在工作中不仅受到拉力、压力作用。还要受到冲击力的作用，这就要求材料必须具有一种抵抗外力作用而不至被破坏的能力，这就是材料的力学性能。金属材料在加工和使用过程中，都会受到外力的作用，这种外力通常称为载荷。（1）载荷按作用性质不同，可分为静载荷、冲击载荷和交变载荷三类。（2）载荷按作用方式不同，可分为拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转五种基本形式。载荷的作用形式a）拉伸b）压缩c）弯曲d）剪切e）扭转金属材料在载荷作用下，形状和尺寸的变化称为变形。变形一般分为弹性变形和塑性变形。（1）金属材料在外力作用下而发生变形，当外力去除后，能够消失的变形称为弹性变形。（2）不能消失的变形称为塑性变形，也称为残余变形或永久变形。金属材料的选用离不开对金属力学性能的分析。桥梁钢缆汽车轮胎螺栓材料的力学性能是影响材料选用的至关重要的因素。金属的力学性能强度塑性硬度韧性疲劳强度1．强度强度是指在外力（载荷）作用下，金属材料抵抗永久变形和断裂的能力，强度通常用应力表示。应力是指材料单位横截面积上所产生的抵抗力，用符号σ表示，单位为Pa（即N/m2）。金属材料有多种强度，通常用屈服强度和抗拉强度作为基本强度指标。其值可以通过拉伸试验来测定。拉伸试样金属材料在载荷作用下发生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。金属材料的塑性也可通过拉伸试验测定，常用断后伸长率和断面收缩率来表示。2．塑性塑性指标（1）断后伸长率断后伸长率是指试样标距长度的伸长量与原始标距长度的百分比，用符号A表示。（2）断面收缩率断面收缩率是指试样拉断处横截面积的减少量与原始横截面积的百分比，用符号Z表示。断后伸长率和断面收缩率的值越大，表示材料的塑性越好。塑性和强度是金属材料最重要的力学性能指标。3．硬度硬度是指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力，用符号HB表示。材料硬度越高，其耐磨性越好。常用的有布氏硬度和洛氏硬度两种。（1）布氏硬度布氏硬度试验是使用一定直径的硬质合金球体，以规定试验力压入试样表面，保持规定时间后卸除试验力，然后用测得的表面压痕直径来计算硬度，布氏硬度用符号HBW表示，如175HBW。数值越大，表示材料硬度越高。布氏硬度测定（2）洛氏硬度洛氏硬度试验采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头压入金属表面，保持一定时间后卸除试验力，以测得的压痕深度来计算洛氏硬度，用符号HR表示。一般来说，金属材料的硬度越高，其耐磨性越好。另外，材料的硬度和强度也有一定的关系，一般硬度高，则强度也高。洛氏硬度测定4．韧性韧性是指材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。材料的韧性是通过冲击试验的方法测验出来的，冲击韧度越高，韧性越好。冲击试验5．疲劳强度汽车工业中很多机械零件如轴、齿轮、连杆、弹簧等，在工作过程中往往会受到大小、方向随时间呈周期性变化的应力作用，这种应力称为交变应力。疲劳强度是指材料在无数次交变应力作用下而不发生断裂的最大应力，用符号σ-1表示，单位为Pa（N/m2）。金属材料的各种力学性能之间有一定联系。因此，在选用材料时要兼顾其各项力学性能。金属的工艺性能是指金属材料适应各种加工工艺方法的能力。金属的工艺性能铸造性能压力加工性能焊接性能切削加工性能热处理性能1．铸造性能铸造性能是指金属材料是否能用铸造方法获得优良铸件的能力，主要有流动性、收缩性、吸气性等。铸造加工2．压力加工性能压力加工性能是指金属材料在冷、热状态下进行压力加工的难易程度。通常塑性好的材料，压力加工性能也好。压力加工——冷轧3．焊接性能焊接性能是指金属材料对焊接加工的适应性。一般来说，低碳钢具有良好的焊接性能，高碳钢、铸铁和铝合金的焊接性能则较差。焊接加工4．切削加工性能切削加工性能是指金属材料用切削刀具切削加工的难易程度。通常切削性能好的材料加工时，刀具磨损小，表面质量高。切削加工——车削5．热处理性能热处理性能是指金属材料适应各种热处理方法的能力。各类钢一般都可以通过热处理来改善其性能。零件选材时必须考虑到金属材料的工艺性能。思考题1．汽车材料通常分为哪两类材料？2．简述汽车零部件材料的应用和发展情况。3．汽车运行材料主要包括哪几类？它们又分别包含哪些材料？4．金属的物理性能和化学性能主要有哪些？请简述它们各自的含义。5．金属的工艺性能主要有哪些？请简述它们各自的含义。6．什么叫金属的力学性能？金属主要的力学性能指标有哪些？