汽车机械基础模块二

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汽车机械基础•模块二
•知识点一 金属材料的性能
• 2.锻造性能
• 锻造是在锻压设备及工（模）具的作用下，使 坯料或铸锭产生塑性变形，以获得一定几何尺寸、
• 锻造性能是指金属材料利用锻压加工方法成形 的难易程度。其优劣取决于金属材料的塑性和变形 抗力。塑性好的金属变形时不易开裂；变形抗力小 的金属锻压时省力，而且工（模）具不易磨损。例 如，碳钢在加热状态下锻造性能较好，铸铁则不能 锻造。
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•知识点一 金属材料的性能
•4）颈缩阶段（de段）
• 过d点后，即应力达到强度极限后，在试样的某一局部范 围内，横向尺寸突然急剧缩小，形成颈缩现象，如图所示。在 σ-ε曲线图上，用原始横截面面积A算出的应力σ随着横截面面 积的迅速减小而下降到e点，试样被拉断。
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•知识点二 汽车常用金属材料
• 1）碳素钢的分类
分类方法
按钢的含碳量 按钢的质量
按钢的用途
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名称
低碳钢 中碳钢 高碳钢 普通碳素钢
优质碳素钢
高级碳素钢
碳素结构钢
碳素工具钢
Hale Waihona Puke Baidu
特点
含碳量ωc<0.25% 含碳量ωc=0.25~0.6%
含碳量ωc>0.6% ωS≤0.05%，ωP≤0.045%，用于各类工
• •
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汽车机械基础模块二
•模块二 汽车工程材料基础知识
•案列导入
• 工程材料主要是指用于机械、车辆、船舶、建筑、化 工、能源、仪器仪表、航空航天等工程领域中的材料。它包 括用于制造工程构件、机械零件以及工具的材料和具有特殊 性能的材料。汽车工程材料是指用于制造汽车零部件的材料， 汽车常用工程材料如图所示。
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2020/11/23
汽车机械基础模块二
•模块二 汽车工程材料基础知识
•知识点一 •金属材料的性能
•知识点二 •汽车常用金属材料
•知识点三
•钢的热处理
•知识点四 •汽车常用非金属材料
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•模块二 汽车工程材料基础知识
•能力目 标
• • •
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•过渡配合
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•3）维氏硬度
•知识点一 金属材料的性能
• 维氏硬度试验基本上和布氏硬度试验相同， 但压头改用相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚 石，以选定的试验力49.03~980.7N压入试样表面， 经规定保持时间后，卸除试验力，用测量压痕对角 线的长度来计算硬度。维氏硬度值用HV来表示， 如700HV30/20表示用30kgf载荷保持20s测定的 维氏硬度值为700（载荷保持时间10~15s不标 注）。
•疲劳曲线示意图
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•知识点一 金属材料的性能
•
二、
•金属材料的工艺性能
• 1.铸造性能
• 铸造是将熔化了的金属液浇入已经制好的铸型型 腔，经冷却凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能
• 铸造性能是指金属融化成液态后，在铸造成型 时所具有的一种特性，它常用金属的液态流动性、 冷却时的收缩率和凝固后的偏析等指标衡量。铸造 生产所采用的材料是铸造性能较好的铸铁、有色金 属及铸钢。汽车发动机上的气缸盖、气缸体、活塞、 变速器箱体、转向器壳体等均是由金属材料铸造而 成的。
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•知识点二 汽车常用金属材料
•一 •钢和铸 、钢
•1.碳素钢
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• 碳素钢又称碳钢，是含碳量小于 2.11%（实际在1.35%以下）的铁碳合 金，并含有冶炼中难以除净的少量杂 质，如硅、锰、硫、磷等。碳钢具有 较好的机械性能，良好的工艺性能， 价格低廉、品种多样，能够满足各种 场合机械加工用钢的使用要求，碳钢 约占钢总产量的90%
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• 热处理性能是指金属材料经热处理后所能获得不 同力学性能的可能性，一般可以通过热处理来提高金 属材料的力学性能。非铁合金一般不易进行热处理， 通常碳钢、合金钢可以用热处理来改变其内部结构组 织，达到改善材料的力学性能的目的。
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•知识点二 汽车常用金属材料
• 金属材料与陶瓷材料，以及高分子材料为现代 工业三大固体工程材料。 • 工业上，通常把金属材料分为两大类：铁碳合 金和非铁合金。 • 铁碳合金是指以铁和碳为主要元素组成的合金， 也称为黑色金属，钢铁材料都是铁碳合金； • 非铁合金是指除钢铁材料以外的其他所有金属 材料，如铝、铜、镁及其合金，也称为有色金属。
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•知识点一 金属材料的性能
• 5.热处理性 能
• 热处理是采用适当的方式对金属工件进行加热、 保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。
• 热处理的方法有普通热处理（淬火、回火、退火、 正火），表面热处理（只改变金属表层的性能），表 面化学热处理（既改变表层化学成分，也改变表层性
应变成正比，材料服从胡克定律，即：
•
σ=E ε
• 式中E为与材料有关的比例常数，称为弹性模
量。
•直线Oa的最高点所对应的应力，称为比例极限，
用σp来表示。
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•知识点一 金属材料的性能
• 2）屈服阶段（b c段）
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• 当应力超过弹性极限后继续加载，应变会急剧地 增加，而应力在很小的范围内波动，σ—ε曲线形成小 锯齿形线段。这种应力基本保持不变，而应变显著增 加的现象，称为屈服或流动。 • 在屈服阶段内的最高应力和最低应力分别称为上 屈服极限和下屈服极限。上屈服极限的数值与试样形 状、加载速度等因素有关，一般不稳定。而下屈服极 限则有比较稳定的数值，能够反应材料的性能，通常 就把下屈服极限称为屈服极限或称屈服强度，用σs表 示。σs是衡量材料强度的重要指标。
•颈缩现象
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•知识点一 金属材料的性能
• 2.塑性
Ø 材料经受较大塑性变形而不破坏的能力称为塑性。材料的 塑性用伸长率或断面收缩率来表示。
Ø 设试样拉断后的标距长度为l1，原始长度为l，则伸长率定义为：
•
Ø 设试样的原始横截面面积为A，拉断后颈缩处的最小截面面积变为A1，
断面收缩率定义为： •
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•知识点一 金属材料的性能
•3）强化阶段（c d段）
• 过了屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能 力，要使它继续变形必须增加拉力。这种现象称为
d所对应的应力σ b是材料所能承受的最大应力，称为强度极限或抗拉 强度，它表示材料抵抗断裂所能承受的最大应力。σ b也是衡量材料强度的重要指标。
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•知识点一 金属材料的性能
• 4.冲击韧性
• 冲击载荷是一种突然作用 的载荷，通常以高速作用在零 件上，比静载荷作用的破坏性 大得多。许多机械零件和工具 在工作中往往要受到冲击载荷 的作用，如发动机活塞销、冲 模和锻模等。材料抵抗冲击载 荷的能力称为材料的冲击韧性， 冲击韧性常用一次摆锤冲击试 验来测定，冲击试验原理如图 所示。
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•知识点一 金属材料的性能
• 3.硬度
• 根据GB/T 231.1— 2009规定：布氏硬度试
球或硬质合金球，以相 应的试验力F压入试样表 面，保持一定时间后， 卸除试验力，用测量表 面压痕直径 d来计算硬 度的一种压痕硬度试验， 其试验原理如图所示。
•1）布氏硬 度
•构 建 基 本 变 形 形 式
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•知识点一 金属材料的性能
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•材料在外力作用下所表现出来的 一系列特性和抵抗破坏的能力称为 力学性能。金属材料的力学性能又 称机械性能。力学性能对金属材料 的使用性能和工艺性能有着非常重 要的影响。金属材料的主要力学性 能有强度、塑性、硬度、冲击韧性、 疲劳强度等。
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•知识点一 金属材料的性能
• 4.切削加工性能
• 切削加工性能是指对材料进行切削加工的难易 程度和切削加工后材料的表面质量，其难易程度与 金属的强度、硬度、塑性和导热性有关。金属的切 削性能包括几个方面：允许的切削速度，经切削后 能达到的表面粗糙度，切削时的动力消耗及对刀具 的磨损程度等。切削加工性能好的金属对刀具磨损 量小、切削用量大、加工表面精度高。
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•知识点二 汽车常用金属材料
• 根据含碳量和组织成分的不同，铁碳合金可分为 工业纯铁、钢和白口铸铁三类。 Ø 含碳量小于0.02%的铁碳合金称为工业纯铁 Ø 含碳量在0.02%~2.11%的铁碳合金称为钢。 Ø 含碳量在2.11%~6.69%的铁碳合金称为白口铸铁。
Ø 碳素工具钢：这类钢常用于制造刃具、量具、模具等 。
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•2.合金钢
•知识点二 汽车常用金属材料
• 为改善碳钢的组织和性能，在碳钢基础 上有目的地加入一种或几种合金元素所形成 的铁基合金，称为低合金钢或合金钢。通常 加入的合金元素有：硅Si、锰Mn、铬Cr、镍 Ni、钼Mo、钨W、钒V、钛Ti等。
程上 ωS≤0.035%，ωP≤0.035 % ，热处理后
使用 ωS≤0.025%，ωP≤0.025%，用来制造
工具和要求特别高的零件 主要用来制造各种工程构件（如机架、
桥梁等）。一般为中、低碳钢。 主要用来制造各种刃具，模具和量具等。
一般为高碳钢。
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•知识点一 金属材料的性能
•
一、
•金属材料的力学性能
• 金属材料受载荷作用而发生 的几何形状和尺寸的变化称为变 形，变形有弹性变形和塑性变形 两种；根据作用的载荷方向不同， 变形又分拉压、弯曲、剪切、扭 转等形式。
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•知识点一 金属材料的性能
•
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•知识点一 金属材料的性能
• 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两方 面。使用性能是指在正常使用条件下，零部件材料 所表现出来的性质和适应能力，如物理性能、化学 性能和力学性能等。工艺性能是指材料在各种加工 过程中所表现出来的适应能力和加工难易程度。工 艺性能主要包括铸造性能、压力加工性能、焊接性 能、切削加工性能和热处理性能。金属材料的力学 性能是最为基本和重要的，它是产品设计、材料选 择、工艺评定及材料检验的主要依据。
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•知识点一 金属材料的性能
• 3.焊接性能
• 焊接是通过加热和（或）加压，使两块分离的 金属达到原子结合且不可拆卸连接的一种加工方法， 包括熔焊、压焊、钎焊等，其特点是可以小拼大，
• 焊接性能是指金属材料在一定的焊接工艺条件 下获得优质焊接接头的难易程度。焊接性能好的金 属能获得没有裂纹、气孔等缺陷的焊缝，并且焊接 接头具有比较好的机械性能。
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• 1.强度
•知识点一 金属材料的性能
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•低碳钢拉伸应力-应变曲线
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•知识点一 金属材料的性能
•1）弹性阶段（Ob段）
• 在该段内，如果解除拉力F，则试样所产生的
变形也随之消失，这种变形称为弹性变形，因此ob
段称为弹性阶段。
• 弹性阶段内的Oa为一直线，在该段内，应力与
• 2）常用碳素钢的性能、品牌和用 途
Ø 碳素结构钢：碳含量较低，而硫、磷等含量较高，故强度 不高，但塑性、韧性较好，焊接性能好，价格低廉。碳素 结构钢的规定牌号有：Q195、Q215、Q235、Q255、 Q275五类；
Ø 优质碳素结构钢：含碳量0.05%～0.9%，有害杂质含量很 少。应用广泛，常制造各种较重要的机械零件，比如汽车 中的大部分零件；
•冲击试验原理
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•知识点一 金属材料的性能
• 5.疲劳强度
• 在静载荷作用下，零件所 受的外力小于抗拉强度时，材 料是不会断裂的。零件在交变 载荷作用下，应力远低于该材 料的强度极限，甚至低于屈服 极限时就会发生断裂，这种现 象称为金属的疲劳，由此引起 的断裂称为疲劳断裂。
•布氏硬度试验原理
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•2）洛氏硬度
•知识点一 金属材料的性能
• 洛氏硬度的测定是在洛氏硬度试验机上进行 的，其试验原理如图所示。
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•洛氏硬度测试原理图
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•知识点一 金属材料的性能
•3）过渡配合
• 可能具有间隙或过盈的配合为过渡配合。此时，孔的公 差带与轴的公差带相互交叠，其极限值为最大间隙和最大过盈， 如图所示。过渡配合主要用于孔、轴的定位连接。