汽车机械基础第10章

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l 常用的轴承合金有锡基、铅基、铜基和铝 基轴承合金等。
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10.1.4 其他有色金属
1.钛及钛合金
具有优越的综合性能:
l 比强度高,耐热性好,特别适用于在300~ 600℃温度范围内工作的航空、航天等要求 比强度高的器件;
l 优良的耐蚀性,在硫酸、盐酸、硝酸、氢 氧化钠及海水中均有优良的稳定性;
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2.铝合金
l 在纯铝中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等金属 元素形成铝合金。可显著提高力学性能, 且仍保持密度小、比强度高、耐腐蚀、导 热性好的优点,可以用来制作机器零件。
l 铝合金可通过固溶—时效处理来改变铝合 金的力学性能。
l 根据铝合金的成分及生产工艺特点,可将 其分为变形铝合金和铸造铝合金。
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10.1.3 滑动轴承合金
l 用来制造滑动轴承轴瓦或内衬的合金称为 滑动轴承合金。
l 因滑动轴承传动效率不如滚动轴承,目前 机器中滚动轴承的应用范围很广。但是滑 动轴承承压面积大、噪声小、工作平稳, 故常用于高速重载的场合,如汽车发动机 的连杆轴承和曲轴轴承等。
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2020/11/23
汽车机械基础第10章
10.1 有色金属及其合金
10.1.1 铝及铝合金 l 铝及铝合金的密度小,属轻金属,在地球
上的储量丰富,可以说居金属元素之首。 l 但是,铝材的加工成本高,而且冲压及焊
接技术要求比较特殊,以目前的技术尚不 是一般厂家可以做得到的。 l 大部分轿车还是部分零部件采用铝合金, 如车圈、发动机上盖等。
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2.镁及镁合金
l 镁的密度很小,耐蚀性很差,强度和塑性均不高, 一般不直接用做结构材料。
l 镁合金比强度更高,能承受较大的冲击载荷和具 有更高疲劳极限;耐蚀性好(特别耐煤油、汽油 等矿物油和碱类的腐蚀),有良好的切削加工性。 因此在航空、无线电通信、仪表等行业获得广泛 的应用。镁合金是最有发展前景的汽车轻量化材 料之一。
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(1)变形铝合金
l 变形铝合金塑性较好,宜于进行压力加工, 一般由冶金厂由铝锭加工成各种型材(板、 带、管等)产品供应,其合金含量一般小 于5%(高强度铝合金含量在8%~14%)。 按加入元素及主要性能特点分为防锈铝、 硬铝、超硬铝和锻铝。常用变形铝合金的 牌号、成分、机械性能及用途见教材表 10.1。
l 按使用范围可分为通用塑料和工程 塑料两大类 。
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(3)塑料的特点
l 质量轻、强度低、刚度低 ; l 热导率较小 ; l 热膨胀系数大 ; l 耐热性差,易老化 ; l 绝缘性好 ,耐蚀性好 ; l 减摩性能、耐磨性能差异大 ; l 吸振性能高,易于加工成型等 。
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(4)汽车常用塑料
名称 符号
用途举例
聚乙烯
PE
车厢内饰件、油箱、挡泥板、转向盘、发动机罩、空气 导管
聚氯乙烯
PVC
方向盘、坐垫套、车门内板、仪表板、操纵杆盖板等, 占车用塑料的20%~30%
聚丙烯
PP
接线板、转向盘、保险杠、风扇罩、散热器栅格、灯罩、 电线覆皮
聚氨酯树脂
酚醛塑料 PE 制动衬片、离合器摩擦片、分电器盖
聚碳酸酯
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PC 保险杠、刻度板、壳体、水泵叶轮
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2.橡胶
(1)橡胶的分类
l 可分为天然橡胶和合成橡胶两大类 。 l 天然橡胶是以天然橡胶树上流出的胶乳,
经过处理后制成的。 l 合成橡胶是以石油、天然气、煤等为原料,
加入适量的配合剂通过化学合成的方法制 成的与天然橡胶性能相似的高分子材料。
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(3)几种常用的特殊陶瓷
l 氧化铝陶瓷的主要成分是Al2O3,又称刚玉瓷。它 高温强度高、硬度高、耐磨性好,具有良好的绝 缘性和化学稳定性。但抗热振性能差,不能承受 温度的突变。在汽车工业中的典型用途为火花塞 绝缘体,汽车排气净化器、发动机缸盖底板、缸 套、活塞顶等也用到了陶瓷材料。
耐蚀件,高真空件,高密封件
油封,皮碗,火花塞护套
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10.2.2 陶瓷材料
l 为所有无机非金属材料的简称; l 主要指陶瓷、玻璃,还包括搪瓷、石膏、
水泥、石英等 ; l 共同特征是:耐热性优良;除绝缘性、半
导体性之外,还具有磁性、介电性等多种 功能;不易变形,断裂时属于脆性破坏; 韧性低。
l 良好的低温韧性。资源丰富有着广泛应用 前景;
l 加工条件复杂,成本较昂贵。
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汽车机械基础第10章Leabharlann Baidu
(1)工业纯钛
l 钛呈银白色,熔点高(1 725℃),密度小 (4.5g/cm3),导热性差。
l 力学性能与其纯度有很大关系。分为4个等 级:TA0、TAl、TA2、TA3,数字越大纯 度越低。
l 氮化硅陶瓷(Si3N4)的显著特点是抗热振性能好, 具有自润滑性、优异的电绝缘性。常用做高温轴 承、耐蚀水泵密封环等。
l 碳化硅陶瓷是目前高温强度最高的陶瓷,它在1 400℃的高温下仍能保持500~600 MPa的抗弯强 度。常用于火箭尾喷嘴、燃气轮机的叶片、核燃 料的包装材料等,也可制作耐磨密封圈。
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(2)铸造铝合金
l 直接用铸造方法浇注成零件或毛坯的铝合金。其 所含合金元素的数量比较高,压力加工性能差, 但铸造性能较好,可以制造形状复杂的零件。合 金元素总的含量在8%~25%范围内,以加入元素 不同而分为许多类别。
l 代号用“ZL”加三位数字表示。第一位数字表示 合金类别:1为铝—硅系,2为铝—铜系,3为 铝—镁系,4为铝—锌系;第二、三位数字表示合 金顺序号,序号不同化学成分不同,优质在后面 加“A”。几种常用铸造铝合金的牌号、成分、机 械性能及用途见教材表10.2 。
PU
为主要内饰材料:仪表板、方向盘、车门扶手、遮阳板、 密封条、头枕
ABS树脂 ABS 仪表盘、控制箱、灯壳、挡泥板、变速杆、散热器护栅
有机玻璃 PMMA 灯罩、油杯、镜片、遮阳板、标牌、油标
聚酰胺(尼 龙)
PA
冷却风扇、滤网、把手、钢板弹簧销衬套、散热器副油 箱
聚甲醛 POM 各种阀门、转向器衬套、万向节轴承、各种手柄及门销
l 常用于制造350℃以下工作的低载荷零件, 如飞机骨架、发动机部件、耐海水管道及 柴油机活塞、连杆等。
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(2)钛合金
l 型钛合金(TA)具有很好的强度、韧性、热稳
定性、焊接性和铸造性,抗氧化能力较好,塑性 较低,热强性很好;
l 型钛合金(TB)强度较高、韧性好,易于冲压
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(2)常用橡胶
类别
品种、代号 天然(NR) 丁苯(SBR)
通用 顺丁(BR) 橡胶
氯丁(CR)
性能 耐磨性好 耐磨、耐候、耐油、耐老化、 耐热 弹性、耐磨性、耐寒性好
物理机械性能好、耐候性好
异戊(IR)
绝缘性好、吸水性低
丁基(JIR)
气密性好、耐酸碱、吸振
聚氨酯(UR) 特种 橡胶 硅橡胶(Q)
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2.玻璃
l 玻璃是一种非晶态固体,它是以石英砂、 纯碱、长石、石灰石等为主要原料,并 加入某些金属氧化物等辅料在1 550~1 600℃高温下熔融后经拉制或压制而成 的。
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l 非金属材料有许多金属材料不具备的特点,如高 分子材料质轻、耐蚀、绝缘、减振、价廉等;陶 瓷高硬度、耐高温、耐腐蚀等,起着金属材料无 法替代的作用,从而成为现代工业中必不可少的 门类。
l 非金属材料种类繁多,下面主要介绍有机高分子 材料、陶瓷材料和复合材料。
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10.2.1 高分子材料
l 高分子材料是相对分子量在5 000以上的 有机化合物的总称,也叫高聚物或聚合物。
l 缺点是强度、刚度不够大,易老化,一般 不适于做结构件。
l 按热性能及成型特点分为热固性和热塑性; 按用途分为塑料、合成橡胶、胶粘剂等。
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1.塑料
(1)塑料的组成
l 大多数塑料是以合成树脂为基础,再加入 一些用来改善使用性能和工艺性能的添加 剂而制成。
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10.1.2 铜及铜合金
1.工业纯铜
l 也称“电解铜”或“紫铜”。含铜量
wCu=99.5%~99.95%。具有良好的塑性、导电性
和耐蚀性。其密度为8.9g/cm3,熔点为1083℃, 固态下为面心立方晶格,无同素异构转变。工 业纯铜的强度、硬度低,不宜制作结构零件, 广泛用于制造电线、电缆、铜管以及配制铜合 金。
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1.工业纯铝
l 显著特点是:密度小、塑性高但强度、硬 度低.可以经冷变形或通过合金化使其强 化;可以进行冷、热压力加工。
l 铝导电、导热性良好,仅次于银和铜。常 用铝代替铜制作导线和零件,也可以制作 电子、电气设备散热片。
l 工业纯铝的牌号有1070A、1060、1050A、 1035等 。
成形,经淬火和时效处理后强度进一步提高,主 要用于制造高强度板材和复杂形状零件。
l +型钛合金(TC)兼有上述合金的优点,即塑
性好、热强性好(可在400℃长期工作)、抗海 水腐蚀能力很强,生产工艺简单,并可通过淬火 和时效处理进行强化,主要应用于飞机压气机盘 和叶片、舰艇耐压壳体、大尺寸锻件、模锻件等。
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(2)陶瓷的性能及应用
l 具有很高的弹性模量和硬度(>1 500 HV),极高的红硬性(可达1 000℃以上), 抗压强度高,但抗拉强度和韧性都很低, 脆性大 ;
l 化学性能非常稳定 ; l 熔点很高,一般在2 000℃左右 ; l 导热性和膨胀性小 ;
l 大多是绝缘体,某些特种陶瓷具有导电性 和导磁性。
耐磨、耐油性好,强度高
绝缘、耐高、低温(100~ 300℃)
氟橡胶(FPM)
耐高温、耐蚀、耐辐射、高真 空性
丙烯酸酯(ACM) 耐油、耐候、耐老化
用途 轮胎,胶带,胶管 轮胎,通用制品,胶板,胶布
电线包皮,减振器,内胎,橡胶 弹簧 胶管,胶带,汽车门窗嵌条,密 封件 胶管,胶带 内胎,防振件,防水胎 耐油胶管、垫圈,实心轮胎,耐 磨制品 耐高、低温件,绝缘件
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1.陶瓷
(1)陶瓷的分类。
l 大致分为传统陶瓷和特种陶瓷两大类。
l 传统陶瓷又称普通陶瓷,主要以天然硅酸盐矿物 质(黏土、长石、石英等)为原料,经粉碎、成 型、烧结后而成。按用途可分为日用陶瓷、建筑 陶瓷、卫生陶瓷、电器陶瓷、化工陶瓷和多孔陶 瓷。
l 特种陶瓷又称新型陶瓷,以化工原料(氧化物、 氮化物、碳化物等)为原料,经配料、成型、烧 结而成。按其用途可分为电容陶瓷、压电陶瓷、 磁性陶瓷、电光陶瓷、高温陶瓷等。
l 我国工业纯铜常用的有T1、T2、T3、T4四种, 代号中数字越大,表示杂质含量越高。
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2.黄铜
l 黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金,分为 普通黄铜和特殊黄铜。几种常用黄铜的牌号、 成分、机械性能及用途见教材表10.3。
3.青铜
l 青铜原指铜锡合金,因呈青黑色而得名。以 后,由于需要发展了不含锡而加入铝、硅、 锰、铅等其他元素的青铜,称特殊青铜或无 锡青铜。几种常用青铜的牌号、成分、机械 性能及用途见教材表10.4。
l 镁合金根据加工方法分为变形镁合金(压力加工 镁合金)和铸造镁合金两类,代号分别以“MB” 和“ZM”加序号表示。
l 常用的变形镁合金有MBl、MB2、MB8、MBl5。 常用铸造镁合金有ZMl、ZM2、ZM5。
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10.2 非金属材料
l 除金属以外,其他材料均为非金属材料,包括塑 料、橡胶、玻璃、陶瓷、合成纤维、胶粘剂、摩 擦材料、涂装材料等。
l 合成树脂是主要组成物,它决定塑料性能, 含量一般为30%~100%。大多数塑料都是 以树脂名称来命名的。
l 填充剂的作用是调整塑料的物理化学性能,
提高材料强度,扩大使用范围以及减少合
成树脂的用量,降低塑料成本。
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(2)塑料的分类
l 按树脂的热性能可分为热塑性塑料 和热固性塑料两大类。
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