汽车用金属材料课件

B1模块四汽车用金属材料课题二各种有色金属及合金课题一碳钢、合金钢、铸铁B2任务目标课题一碳钢、合金钢、铸铁1.能正确识别汽车上使用的碳钢件、合金钢件及铸铁件2.了解碳钢、合金钢及铸铁的性能B3金属材料是汽车用材的主体，单单以重量而言，金属材料就占到全车的65％－80％，但是金属材料的种类有成千上万，怎么才能从中挑选出所需要的材料用来制造相应的零件呢？汽车上的金属零件B4任务分析1制造零件选取相应的材料需要了解以下内容：零件的主要性能要求2所选用材料的主要特性3影响材料性能的主要因素4材料的大致加工工艺B51．碳钢碳钢通常指碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金。因其冶炼方便，加工容易，价格便宜，性能可以满足一般工程使用要求，所以是汽车工业用材的主体，占汽车用材总量的3/4左右。一、碳钢（1－1）B61.碳钢的分类①按碳质量分数分：低碳钢——碳的质量分数为WC≤0.25%的钢；中碳钢——碳的质量分数为0.25%＜WC＜0.60%的钢；高碳钢——碳的质量分数为WC＞0.60%的钢。一、碳钢（1－2）B7②按材质(主要根据硫、磷质量分数)分：普通钢——WS＜0.055%，WP＜0.045%；优质钢——WS＜0.040%，WP＜0.040%；高级优质钢——WS＜0.030%，WP＜0.035%；特级优质钢——WS＜0.025%，WP＜0.030%。一、碳钢（1－3）B8③按用途分：碳素结构钢：用于制造各种机器零件和工程结构件。多为低碳钢和中碳钢。碳素工具钢：用于制造各种刀具、量具和模具。多为高碳钢。④按冶炼方法分：平炉钢、转炉钢和电炉钢。⑤按炼钢的脱氧程度分：沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。一、碳钢（1－4）B92.汽车常用碳钢①普通碳素结构钢这类钢主要保证机械性能，故其牌号体现其机械性能。普通碳素结构钢的牌号用“Q+数字”表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服强度的数值。例如：Q275表示屈服强度为275MPa。一、碳钢（1－5）B10普通碳素结构钢在汽车零件中的应用一、碳钢（1－6）轮辐消声器轮辋B11②优质碳素结构钢优质碳素结构钢必须保证钢的化学成分和机械性能。根据化学成分不同，优质碳素结构钢又分为普通含锰钢和较高含锰钢两类。一、碳钢（1－7）B12根据碳质量分数、热处理和用途的不同，优质碳素结构钢还可分为以下三类。渗碳钢：碳的质量分数为0.15%~0.25%；调质钢：碳的质量分数为0.25%~0.50%；弹簧钢：碳的质量分数为0.55%~0.9%。一、碳钢（1－8）B13优质碳素结构钢在汽车零件中的应用一、碳钢（1－9）油底壳机油泵齿轮凸轮轴B14③碳素铸钢铸钢能制造形状复杂的零件，而锻造件则无法做到，所以汽车上许多零件是用铸钢铸造而成的。铸钢的碳的质量分数一般在0.15%－0.6%之间，使用前应进行热处理改善性能。一、碳钢（1－10）B15碳素铸钢在汽车零件中的应用一、碳钢（1－11）化油器齿轮B16所谓合金钢，就是在碳钢的基础上，为了获得某种特定的性能，有目的地加入一种或多种元素的钢。加入的元素称为合金元素。二、合金钢（2－1）1.合金元素对钢性能的影响含碳量低的钢加入铬能提高强度和硬度；含镍在6%以下时能使钢具有高强度和高的韧度；含锰量在2%以下时，就能使钢的强度显著提高，而且有一定的韧度；硅能提高钢的强度、硬度、疲劳强度、耐蚀性和抗氧化性。B17钨能提高钢的强度及耐磨性，使钢具有良好的热硬性；钒能使钢的强度和韧度同时提高，并提高钢的耐磨性和回火稳定性；铝能提高钢的抗氧化性能。氮能提高钢的硬度和耐热性；钛能提高钢的强度，硬度和耐磨性，对塑性影响较小；稀土元素对冶炼和铸造有良好的作用，还能提高钢的塑性和韧度，改善钢的特殊性能(耐热、耐蚀、抗氧化等)。二、合金钢（2－2）B182.合金钢的分类及应用①分类：按用途分：合金结构钢：用来制造各种机械零件和工程结构合金工具钢：用来制造各种重要的工具和量具、刃具特殊性能钢：用来制造有特殊性能要求的结构件和机器零件二、合金钢（2－3）B19按合金元素的含量分为：低合金钢——合金元素总含量小于5%中合金钢——合金元素的总含量为5%－10%高合金钢——合金元素的总含量大于10%按用途分为：合金钢可分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢三类二、合金钢（2－4）B20②应用合金结构钢在汽车上应用广泛，主要是在优质或高级优质碳素结构钢的基础上加入适量合金元素的钢。它主要用于制造各种重要的机器零件和受力工程结构，要求它有较高的机械性能和较好的加工工艺性能。二、合金钢（2－5）B21合金钢在汽车零件中的应用二、合金钢（2－6）保险杠气门气门弹簧B22●低合金结构钢(GB1591-1988)低合金结构钢碳质分数在0.1%－0.25%之间，所加入的合金元素不大于3%。低合金结构钢的成分特点为低碳、低合金。这类钢具有良好的塑性、韧度、焊接性及较好的耐磨性和耐蚀性。主要用于制造工程结构如汽车大梁、船舶、车辆、压力容器和建筑结构桥梁及各种焊接构件。一般在热轧空冷状态下使用。二、合金钢（2－7）B23●合金渗碳钢(GB3077-1988)合金渗碳钢碳质分数在0.1%－0.25%之间，合金渗碳钢是在渗碳钢的基础上，加入一定量的合金元素而形成的。合金渗碳钢提高零件抵抗冲击载荷的能力；使工件在渗碳后可直接淬火，还能提高耐磨性。合金渗碳钢与碳钢渗碳件相比，具有工艺性能好、使用性能高的特点。二、合金钢（2－8）B24●合金调质钢(GB3077-1988)合金调质钢碳质分数在0.25%－0.50%之间，合金调质钢是在调质钢中加入一定量的合金元素而形成的。合金调质钢零件具有高而均匀的综合力学性能。二、合金钢（2－9）B25●合金弹簧钢(GB1222-1984)合金弹簧钢的碳质分数比合金调质钢的高，一般在0.46%－0.70%之间。在弹簧钢中加入合金元素即形成了合金弹簧钢。提高零件弹性、钢的淬透性，提高钢的弹性极限和屈强比。二、合金钢（2－10）B26轴承●滚动轴承钢滚动轴承钢是用来制造滚动轴承的滚动体和内外圈的专用钢。必须具有高的硬度和耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧度和抗蚀性。二、合金钢（2－11）B27②灰口铸铁有一定的机械性能和良好的切削加工性。③可锻铸铁主要用于要求韧度较好的薄壁类零件。④球墨铸铁球墨铸铁的强度和韧度比灰口铸铁、可锻铸铁高，可代替钢材制造某些重要的机械零件。三、铸铁（3－1）1.铸铁的组织特征和分类①白口铸铁为了得到表层的高硬度和耐磨性，常用激冷的方法使表层获得白口铸铁的组织而心部由于冷却速度较慢仍为灰口铸铁组织。碳的质量分数为2.11%－6.69%的铁碳合金称为铸铁。在汽车上约50%－70%的金属材料为铸铁。B282.铸铁的特性铸铁的抗拉强度、塑性和韧度远不如钢。当铸铁承受压缩载荷时，具有较高的抗压强度。石墨的存在固然降低了铸铁的力学性能，但给铸铁带来了一系列良好的其他性能如：优良的铸造性能;良好的切削加工性;较好的耐磨性和减震性;较低的缺口敏感性。三、铸铁（3－2）B293.常用铸铁①灰口铸铁：灰口铸铁良好的切削加工性、较高的耐磨性、减振性、低的缺口敏感性，且价格低廉。三、铸铁（3－3）飞轮汽缸盖灰口铸铁在汽车零件中的应用B30②球墨铸铁：球墨铸铁的力学性能较高，在抗拉强度、屈服比、疲劳强度等方面都可以与钢媲美(冲击韧度则不如钢)。球墨铸铁具有灰铸铁的许多优点，如良好的减振性、耐磨性、低的缺口敏感性等，都是钢所不及的;且价格又比钢便宜。三、铸铁（3－4）曲轴球墨铸铁在汽车零件中的应用B31③可锻铸铁：一种具有团絮状石墨的高强度铸铁。其因塑性优于灰铸铁而得名，实际上并不能进行锻造加工。④蠕墨铸铁：用蠕墨铸铁制造的制动鼓的使用寿命比灰铸铁的高3倍多。三、铸铁（3－5）减速器壳体B32⑤合金铸铁：在灰口铸铁或球墨铸铁中地加入一定量的合金元素的铸铁称为合金铸铁。加入合金元素后可使铸铁具有耐热、耐酸或耐磨的特殊性能。三、铸铁（3－6）B33由于合金铸铁加工工艺较简单，成本较低，具有良好的使用性能，所以运用很广泛，但合金铸铁有较大的脆性和较低的机械性能。三、铸铁（3－7）活塞环汽缸套铸铁在汽车零件中的应用B34汽车金属材料选用及处理（1—1）应用案例：齿轮和轴是汽车零件中较为常见的，在制作这些零件的时候是根据什么样的标准选择材料呢？材料选择好后，在制造的过程中又进行了怎样的处理呢？汽车齿轮组曲轴B35汽车金属材料选用及处理（1—2）1.齿轮的选材及处理齿轮材料主要性能要求：具有高疲劳强度，尤其是弯曲疲劳。齿心应有足够的冲击韧度，以防止齿轮受冲击过载时断裂。①案例分析B36汽车金属材料选用及处理（1—3）②齿轮的选材及处理汽车齿轮主要分装在变速箱和差速器中。汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧度等，均要求比机床齿轮高。一般要选用低碳钢进行渗碳处理来作重要齿轮。我国应用最多的是合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi，并经渗碳、淬火和低温回火处理。为了进一步提高齿轮的耐用性，渗碳、淬火、回火后，还可采用喷丸处理，增大表层压应力，有利于提高疲劳强度，并清除氧化皮。B37汽车金属材料选用及处理（1—4）2.轴类零件选材及处理①案例分析：轴类零件的性能要求：良好的综合机械性能，足够的强度、塑性和一定的韧度，以防止过载断裂、冲击断裂;高的疲劳强度，对应力集中敏感性低，以防疲劳断裂;足够的淬透性，热处理后表面要有高硬度、高耐磨性，以防磨损失效;良好的切削加工性能，价格便宜。B38汽车金属材料选用及处理（1—5）轴类零件选材时除主要考虑强度外，同时也要考虑材料的冲击韧度和表面耐磨性。为了兼顾强度和韧度，同时考虑疲劳抗力，轴一般用经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造。由于碳钢比合金钢便宜，并且有一定的综合机械性能、对应力集中敏感性较小，所以一般轴类零件使用较多。B39汽车金属材料选用及处理（1—6）合金钢比碳钢具有更好的力学性能和热处理性能，但对应力集中敏感性较高，价格也较贵，所以当载荷较大并要求限制轴的外形、尺寸和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时采用合金钢。采用合金钢必须采取相应的热处理才能充分发挥其作用。除了上述碳钢和合金钢外，还可以采用球墨铸铁和高强度灰铸铁作为轴的材料，特别是曲轴的材料。轴类零件很多，如内燃机曲轴、汽车半轴等，其选材原则主要是根据载荷大小、类型等决定。B40汽车金属材料选用及处理（1—7）②轴类零件选材及处理●内燃机曲轴选材：根据曲轴的损坏形式，要求制造曲轴的材料必须具有高的强度，一定的冲击韧度，足够的弯曲、扭转疲劳强度和刚度，轴颈表面还应有高的硬度和耐磨性。实际生产中，按制造工艺把曲轴分为锻钢曲轴和铸造曲轴两种。锻钢曲轴主要由优质中碳钢和中碳合金钢制造，如35、40、45、35Mn2、40Cr,35CrMo钢等。铸造曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁以及合金铸铁等制造，如ZG230-450、QT600-3、KTZ450-5、KTZ500-4等。B41汽车金属材料选用及处理（1—8）●汽车半轴：根据半轴的工作条件，要求半轴材料具有高的抗弯强度、疲劳强度和较好的韧性。汽车半轴是要求综合机械性能较高的零件，通常选用调质钢制造。中、小型汽车的半轴一般用45钢、40Cr，而重型汽车用40MnB、40CrNi或40CrMnMo等淬透性较高的合金钢制造。半轴加工中常采用喷丸处理及滚压凸缘根部圆角等强化方法。现在中、小型汽车的半轴材料常选用40Cr、42CrMo、40CrMnMo以及40MnB制造。B42一、选择题1．碳钢通常指碳的质量分数小于（）的铁碳合金。（A）1.11%（B）2.11%（C）3.11%2．含碳量低的钢加入铬能提高（）和（）。（A）强度和硬度（B）塑性和韧度；（C）耐蚀性和抗氧化性3．碳素结构钢有（），碳素工具钢有（），优质碳素结构钢有（）。（A）Q235-A（B）Q235-B（C）40（D）78（E）T12A二、填空题1.齿轮材料主要性能要求：具有，尤其是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。齿心应有足够的，以防止轮齿受时断裂。