汽车中常用的金属材料

性能 —— 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。
3．合金渗碳钢
渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C: 930℃，回火：200 ℃）
淬
透
钢号
性
主 要 化 学 成 分, %
C
Mn
Cr，Ni
预备处理／ 淬火, ℃
机械性能
b
s
aKU2
MPa MPa J
20Cr 低
0.17~0.24 0.50~0.80 0.70~1.00
2.碳钢的牌号及用途
碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢
（1）普通碳素结构钢 有害杂质硫、磷和非金属夹杂物较多，同等情况下塑性、韧性较低；但冶炼容易、工艺性好且 价格便宜，能满足一般工程构件和普通零件的性能要求，因此应用广泛。一般用于受力不大、制 造要求不高的机械零件（如螺钉、螺母）和厂房、桥梁、船舶等建造结构件。 普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音第一个字母“Q”、屈服点数值、质量等级符 号和脱氧方法符号四个部分按顺序组成。如：Q235－AF表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。
汽车中常用的金属材料
本章内容 一、金属材料的主要性能 二、汽车常用金属材料 三、汽车材料的热处理 四、汽车非金属材料
第二讲 汽车常用材料
❖ 碳素钢 ❖ 合金钢 ❖ 铸铁 ❖ 有色金属及合金 ❖ 非金属材料 ❖ 复合材料
一、碳钢
钢铁材料 以铁、碳为基础的铁碳合金。 碳素钢 碳的质量分数(含碳量)小于2.11％的铁碳合金称为碳素钢。 铸铁 碳的质量分数大于2.11％、小于6.67％的铁碳合金为铸铁。
类型：
合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢
合金结构钢的牌号由两位数字＋元素符号（或汉字）＋数字三个部分组成。前两位数字表示该钢 的平均含碳量的万分数；元素符号（或汉字）表示钢中含有的主要合金元素，后面的数字表示合金元 素的含量。合金元素含量小于1.5％时不标。
如：40Cr钢表示平均含碳量为0.40％，主要合金元素为Cr，其含量在1.5％以下的合金结构钢； 60Si2Mn钢表示平均含碳量为0.60％，主要合金元素为Si、Mn，其平均含量分别为2％、＜1.5％的合 金结构钢。
1．低合金结构钢
成分 —— w(C)＜0.2% ，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。 性能 —— 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。
常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度(直径)16mm，AKV ≥34J）
钢号
旧钢号
主 要 化 学 成 分，%
C
Mn
Si，
机械性能
s ，MPa
b ，MPa
Q295
09MnNb 12Mn
性能 —— 综合机械性能高
淬
透
钢号
性
45
低
40MnB
40Cr
中 35CrMo
38CrMoAlA 高
40CrMnMo
主 要 成 分, %
C
Mn
Si Cr
0.42~ 0.50
0.50~ 0.80
0.10~ 1.40
0.20~ 0.40
0.37~ 0.45
0.50~ 0.80
油
18Cr2Ni4WA 0.13~0.19 W0.8~1.2 1.35~1.65 950 ／ 850 1180 835 78
高 20Cr2Ni4A
4.0~4.5
空
0.17~0.23 0.30~0.60 1.25~1.65 880／ 780 1180 1080 63
3.25~3.75
油
热处理 渗碳 → 淬火 → 低温回火
880／ 800 水, 油
835
540
47
20MnV
0.17~0.24 1.30~1.60
880水, 油 785 590 55
20CrMn 中 20CrMnTi
0.17~0.23 0.90~1.20 0.90~1.20
850 油
930 735 47
0.17~0.23 0.80~1.10 1.00~1.30 880 ／ 870 1080 835 55
应用 —— 耐磨件 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。 20CrMnTi，汽车齿轮。 18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。
4．合金弹簧钢
成分 —— w(C)=0.45～0.70 %， Si, Mn为主要元素，提高屈强比。 性能 ——屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。
钢号
65 85 65Mn 60Si2Mn 50CrVA
三 特殊性能钢
1．不锈钢 2．耐热钢 3．耐磨钢
耐热钢的用途
航空发动机 汽轮机叶片
发动机叶片 汽车阀门
耐磨钢用途
用途：履带、铁道岔道、挖掘机、拖拉机、坦克的履带板等 代表牌号Mn13
四 铸铁
含碳量大于2.11%、并含有较多硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合 金称为铸铁。
根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为：灰铸铁中的石墨呈片状；可锻铸铁中的石墨 呈团絮状；球墨铸铁中的石墨呈球状，蠕墨铸铁中的石墨呈蠕虫状。
0.16
0.80 ~1.50
0.55
295
570
Q345
16Mn 16MnRe
0.18 ~0.20
1.00 ~1.60
0.55
345
630
Q390
16MnNb 15MnTi
0.20
1.00 ~1.60
0.55
390
650
Q420
14MnVTiRe 15MnVN
0.20
1.00 ~1.70
0.55
420
四、有色金属及其合金
钢铁材料也称为黑色金属。
有色金属是指钢铁以外的其他金属。有色金属种类很多，又具有某些独特的性能，是工业 上不可缺少的金属材料，有色金属应用较广的是铝、铜及其合金和轴承合金。
4．合金弹簧钢
（摘自GB/T1222－1985）
主 要 成 分, %
C
Mn
Si, Cr
淬火 回火
油℃ ℃
b
MPa
机械性能
s MPa
10
ak
% kJ/m2
0.62~ 0.70
0.50~ 0.80
0.17~ 0.37
840 油
500 1000
800
9
450
0.82~ 0.90
0.50~ 0.80
0.17~ 0.37
应用: 轴类、连杆、齿轮 40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。 35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。 40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。
应用:
圆 锥 齿 轮
汽车曲轴
3．合金渗碳钢
成分 —— w(C)=0.1～0.25%, 韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性, 细化晶粒。 Cr、 Ni、Mo、W、Mn、Si和B提高淬透性， Ti细化晶粒
碳—氧反应，析出大量的CO气体，引起钢液沸腾，故称为沸腾钢（F）。
1.碳钢的分类
杂质元素对钢性能的影响 1. 有益元素
Si — 有很强的固溶强化作用,能脱氧。 Mn — 脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。 2. 有害元素: P — 有很强的固溶强化作用,低温韧性差 ( 冷脆 )。 S — 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 ( 热裂 )。
① 合金刃具钢：主要用来制造金属切削刀具。 ② 合金模具钢：主要用来制造各种金属成形用的模具。 ③ 合金量具钢：量具用来测量工件尺寸的工具（如游标卡尺、量规。
刃 具
量具
模具
合金工具钢的牌号由数字＋元素符号（或汉字）＋数字三个部分组成。前面的数字表示该钢 的平均含碳量的千分数（当含碳量≥1％时，则不予标出）；元素符号（或汉字）表示钢中含 有的主要合金元素，后面的数字表示合金元素的含量。合金元素含量小于1.5％时不标。如： 9SiCr钢表示平均含碳量为0.9％，主要合金元素为Si、Cr，其含量均在1.5％以下的合金工具 钢；Cr12MoV钢表示平均含碳量≥1％，主要合金元素为Cr，其平均含量分别为12％合金元 素Mo、V，其平均含量均＜1.5％的合金工具钢。
1.碳钢的分类
(1)按碳的质量分数分 低碳钢 W(C) ≤ 0.25% 中碳钢 0.25% ＜W(C) ≤ 0.6% 高碳钢 W(C) ＞ 0.6%
(2)按钢的质量分（S、P含量） 普通碳素钢 Ws ≤ 0.055%，Wp ≤ 0.045% 优质碳素钢 Ws、 Wp ≤ 0.040% 高级优质碳素钢 Ws ≤ 0.030% ，Wp ≤ 0.035%
1.碳钢的分类
(3)按钢的用途分 碳素结构钢 ：用于制造各种机械零件、工程构件。一般为低、中碳钢。 碳素工具钢 ：用于制造各种工具。一般为高碳钢。
(4)按冶炼方法分 镇静钢：是钢液在浇注前用锰铁、硅铁、铝进行充分脱氧，注入模子后，钢液不发生碳—
氧反应而处于镇静状态，故称镇静钢（Z）。 沸腾钢：是在冶炼后期将钢液用少量锰铁轻度脱氧，钢液氧含量较高，注入锭模后发生
MPa MPa
J
830~ 840水
580~ 640空
600 355
39
850油
500 水，油
980
785
47
850油
500 水，油
980
785
47
850油
550 水，油
980
835
63
940
640
水，油 水，油
980
835
71
850油
600 水，油
980
785
63
热处理 调质，可附加表面淬火或化学热处理。
用途 钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。
多边型角钢
钢桥梁
钢筋、螺纹钢
建筑构件 螺钉、铆钉
（2）优质碳素结构钢 有害杂质硫、磷和非金属夹杂物较少，品质较高，塑性、韧性比（普通）碳素钢好。主要用于制造较 重要的机械零件。
优质结构钢的牌号用两位数字表示，两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数。如45钢表示平均 含碳量为0.45％的优质碳素结构钢。若含锰量较高，数字后面应加“Mn”，以示区别。如：60Mn。
用途 冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。 热处理：淬火 + 低温回火
螺纹量规
二、合金钢
碳钢：价格低，但是，力学性能低，淬透性低，回火抗力差，耐热、耐低温、耐蚀等特殊性 能差。
合金钢 在碳钢的基础上加入有益的其他元素形成的钢，称为合金钢。
常用的合金元素有：铬(Cr)、镍(Ni)、硅(si）、 铝(Al)、硼(B)、钨(w)、钼(Mo)、钛(Ti)及稀 土元素Re等。
用途 较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹
簧等。
热处理： 渗碳、淬火、回火等。
上海桑塔纳发动机曲轴就是采用优质50号中碳素钢锻制而成，先正火后半精加工，最 后经中频淬火后再精加工
汽车曲轴
常用钢号及其应用
08 、 10钢:强度低,塑性好,具有良好的冲压、拉深及焊接性能,用于制造冷冲压件,如汽 车和拖拉机油箱、仪表板、汽缸盖衬垫、连杆轴瓦的钢背、曲轴止推片等.
Cr 0.8 ~1.10
0.32~ 0.40
0.40~ 0.70
Cr 0.8 ~1.10
0.35~ 0.42
Al 0.7 ~1.1
Cr 1.35 ~1.65
0.37~ 0.45
0.90~ 1.20
Cr 0.9 ~1.20
调质钢的牌号（摘自GB/T3077－1999）
淬火 ℃
回火 ℃
机械性能
b
s
aKU2
15 、20钢:渗碳,表硬内韧,作凸轮、小齿轮、摩擦片、活塞销、摇臂等
30~55钢:调质,综合机械性能好,制齿轮、连杆、轴类等 60~70钢,淬火,中回,制造弹性元件,如汽车气门弹簧.
（3）碳素工具钢的牌号、性能及用途 碳素工具钢的牌号由汉字“碳”的汉语拼音第一个字母“T”加上阿拉伯数字组成，其数字 表示钢中平均含碳量的千分数。如：T8钢表示平均含碳量为0.8％的碳素工具钢。若为高级优质 碳素工具钢，则应在牌号后面标以字母A，如T12A钢表示平均含碳量为1.2％的高级优质碳素工 具钢。 碳素工具钢的含碳量在0.70％以上，硬度高，耐磨性好，碳素工具钢都是优质钢或高级优质 钢。碳素工具钢主要用于制造刀具、模具和量具。
680
Q460
14MnMoV 18MnMoNb
0.20
1.00 ~1.70
0.55
460
720
(摘自GB/T1591-1994)
5 ，% 23 21~22 19~20 18~19 17
应用 桥梁
船舶
车辆 高压容器
2．合金调质钢
成分 —— w(C)=0.25～0.50%，合金元素消除回火脆性。 Mn、Cr、Ni、B、 Si用来提高淬 透性，Mo、W可抑制第二类回火脆性，Ti、V细化晶粒。
820 油
480 1150
1000
6
600
0.62~ 0.70
0.90~ 1.20
0.17~ 0.37
830 油
540 1000
800
8
800
0.56~ 0.64
0.60~ 0.90
1.50~ 2.00
870 油
480 1300 1200
5
800
0.46~ 0.54
0.50~ 0.80
Cr 0.8 ~1.10
850 油
500 1300 1150 5 9 800
应用 65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。
汽车板簧
火车螺旋弹簧
汽车板簧 大型热卷弹簧
热卷大弹簧 弹簧丝
合金工具钢
合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入合金元素制成的。 合金工具钢具有更高硬度、耐磨性，更好的淬透性、热硬性和回火稳定性等。因而可以制造刃具、 模具、量具和其它工具。