汽车材料与金属加工课件第一章

汽车材料概论概述
• （一）汽车工程材料 • 1、金属材料 • (2)有色金属材料 • 有色金属的特性：材质轻、导电性好。 汽车的部分零部件已经用有色金属取代的钢 铁材料。
汽车材料概论概述
• • • • （一）汽车工程材料 2、高分子材料 高分子材料属于有机合成材料，亦称聚合物。 天然高分子材料: 如蚕丝、羊毛、油脂、纤维素等 • 人工合成高分子材料: 塑料、合成纤维、橡胶、胶粘剂和涂料 • 塑料:汽车保险杠、汽车内饰件、高档车用安全玻 璃、仪表面板等零部件，
注：s 、 b 是设计与选材的重要依据
σe σs σb
另：e 表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力。
汽车材料概论材料的力学性能
• 一、拉伸实验与拉伸曲线
1.拉伸试样 GB6397-86规定《金属拉伸试样》有： 圆形、矩形、异型及全截面． 常用标准圆截面试样。 长试样：L0=10d0; 短试样：L0=5d0
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• 3、汽车工作液 • 制动液、液力传动油、减振器油、冷却液及空调制 冷剂等。 • 制动液 是汽车液压制动系中传递压力的工作介质，俗 称刹车油，是液压油中的一个特殊品种。 • 发动机冷却液 是对发动机冷却系统的冷却介质。其中防冻冷 却液不仅具有防止散热器冻裂的功能，而且具有防 腐蚀、防锈、防垢和高沸点(防开锅)的功能，可以 有效地保护散热器，改善散热效果，提高发动机效 率，保障汽车安全行驶。
汽车材料概论概述
• 四、汽车应用材料的展望
• 1、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将有所上升。
• 2、铝合金、复合材料将获得广泛应用。使汽车向轻量化、 高效、节能、低噪声、高舒适度，高安全性等方向发展。纤 维增强聚合物基复合材料(FRP)、铝合金或纤维增强金属基 复合材料(FRM)取代原有的钢铁结构零件；碳纤维增强树脂 基复合材料(cFRP)制造驱动轴等。 • 3、新型高强度陶瓷材料制造汽车发动机部件乃至整机； • 4、汽车运行材料趋向采用绿色环保材料或燃料。
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• （一）汽车工程材料 • 3、陶瓷材料 陶瓷材料属于无机非金属材料，主要为金 属氧化物和非金属氧化物 • 普通陶瓷、玻璃、特种陶瓷 • 制造火花塞;各种传感器(爆振传感器、氧传 感器、温度传感器);发动机部件或整机、气 体涡轮热交换器部件; • 可以达到提高热效率、降低能耗、减轻自重 的目的等
(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )
适用范围: ＜450HBS; 布氏硬度计
＜650HBW;
汽车材料概论材料的力学性能
（一）布氏硬度 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）测量费时，效率低 4、测量范围 用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.
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• 2、车用润滑油 • 发动机润滑油、车辆齿轮油、汽车润滑脂 • 汽车发动机润滑油的主要功用： 润滑、冷却、洗涤、密封、防锈和消除冲击负荷的作用。 润滑主要对汽车 曲轴、连杆、活塞、气缸壁、凸轮轴、气 门等运动零件间进行润滑。 • 车辆齿轮油 用于变速器、后桥齿轮传动机构等传动装置机件摩擦处 的润滑油。 作用：可以降低齿轮及其他部件的磨损、摩擦，分散热量， 防止腐蚀和生锈，对保证齿轮装置正常运转和齿轮的寿命。 • 润滑脂：润滑脂是指稠化了的润滑油。 与润滑油相比，润滑脂蒸发损失小，高温高速下的润滑 性好，附着能力强，还可起到密封作用。
工件在不同载荷形式下产生的变形
刚度、强度、塑性的概念
刚度是指金属材料抵抗弹性变形的能力，金属材料在 一定应力作用下产生的弹性变形越小，则其刚度越大。
强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，强度愈 高的材料，所承受的载荷愈大。 塑性是指金属材料产生塑性变形而不断裂的能力。
汽车材料概论材料的力学性能
汽车材料概论概述
• • • • • • • 二、汽车材料应用概况（按照重量比较） 钢材占汽车自重的55％～60％； 铸铁占5％一12％； 有色金属占6％一10％； 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6％～12％。 结论：目前，汽车是以金属材料为主，塑料、橡胶、 陶瓷等非金属材料占有一定的比例。
汽 车 材 料 概 论
汽车工程材料
• 汽 车 材 料 的 分 类
汽车运行材料
汽车美容材料
汽 车 材 料 概 论
• 汽 车 材 料 的 组 成
汽车材料概论概述
• 三、汽车工程材料 • 1、金属材料 • (1)黑色金属材料
• 黑色金属材料包括钢和铸铁，即钢铁材料， 它占金属材料总量的95%以上，由于钢铁材 料力学性能优良和具有低廉的价格，所以在 工程材料中一直占据不可代替的主导地位。 • 钢可以分为碳素钢和合金钢。铸铁由于具有 良好的铸造性能、切削加工性能、耐磨性、 减震性，而且价格低廉，因此，广泛应用汽 车制造业。
(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )
洛氏硬度测试示意图
h1-h0
汽车材料概论材料的力学性能
（二）洛氏硬度
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。
4、测量范围 用于测量淬火钢、硬质合金等材料.
二、金属的化学性能
• 1、耐腐蚀性 • 为了抵抗各种腐蚀介质的侵害课采用改变 金属材料成分和表面处理的方法
• 2、抗氧化性 通常采用抗氧化性好的耐热钢制造
三、金属的力学性能
静载荷 根据载荷作用性质不同 冲击载荷 疲劳载荷 静载荷是指外力的大小和方向不变或变化很缓慢的载荷； 冲击载荷是指突然增加的载荷； 疲劳载荷则是指大小和方向随时间作周期性变化的载荷。
1.1.1 拉伸试样与拉伸试验
试样的形状
试样直径
试样标距
拉伸前
拉伸后
3、硬度
1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的 能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义 与试验方法有关。 2、硬度的测试方法 （1）布氏硬度 （2）洛氏硬度 （3）维氏硬度 （4）肖氏硬度
汽车材料概论材料的力学性能
（一）布氏硬度
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的平均压力表示。 如：120HBS 500HBW
汽车材料概论材料的力学性能
（二）洛氏硬度 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
汽车材料概论材料的力学性能
五、韧性 (1)冲击韧度αK 材料抵抗大能量一次冲击的能力 原理:
冲击试验机
冲击试样和冲击试验示意图
试样冲断时所消耗的冲击功A k为:
A k = m g H – m g h (J)
冲击韧性值a k 就是试样缺口处单位 截面积上所消耗的冲击功。
汽车材料概论概述
• 轻柴油(可简称柴油)：车用高速柴油机的燃料。 • 使用性能：低温流动性、燃烧性、蒸发性、粘度、 腐蚀性和清洁性等 • 代用燃料： • 有天然气、液化石油气、电能、氢、太阳能、醇类、 醚类和合成燃料等。 • 由于天然气、液化石油气、醇类、醚类和合成燃料 的相对分子质量比汽油、柴油小得多，有利于与空 气的混合、燃烧，其尾气排放C0、HC、C02等污染比 汽油、柴油低得多。
1、强度的指标
强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。 1、屈服点 σs = Fs/S
0
符号： σs 材料产生屈服现象时的最小应力 Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（mm）
σs
.抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。用符号：b表示
• 它表示材料抵抗断裂的能力。
Fb b MPa A0
汽车材料与金属加工
第一章
第1 节
汽车材料概述
汽车材料概述
• 一、汽车的主要构成 • 1、发动机：机体组、曲柄连杆机构、配气 机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、起 动系、点火系； • 2、底盘：转向系、传动系、行驶系、制动 系； • 3、车身：驾驶室、车厢；
• 4、电气电子设备：电源；起动系、点火 系；发动机电喷、防抱死制动等
第二节金属材料的性能
金属材料
金属 合金
金属材料 80% 其他材料 20%
常见的钢、铸铁、铜、铜合金、 铝、铝合金等都是金属材料。 金属材料的特点 具有金属光泽。 具有较好的延展性，容易加工成型。
易导电、传热，是热和电的良导体。
力学性能
使用性能 金属材料性能 工艺性能
物理性能
化学性能
使用性能 是指金属材料在使用条件下所表现出来的力学性能（指刚度、 强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等）、物理性能（指熔点、 导热性、导电性、热膨胀性、磁性等）和化学性能（指抗氧化性、 跟其他物质发生化学反应的性能等）等。 工艺性能 是指金属材料在制造加工过程中表现出来的各种性能。优良 的使用性能可以满足生产和生活上的各种需要；而优良的工艺性 能则可使金属材料易于采用各种加工方法，制成各种形状、尺寸 的零件和工具。
一、金属的物理性能
• • • • • • • 1、密度 密度大于5X103kg/m3的金属属于重金属 密度于小于5X103kg/m3的金属属于轻金属 2、熔点 通常熔点低的金属加工是易于铸造和焊接 3、导电性 导电率越小，金属导电性越好