6.1- 汽车用钢铁材料—合金钢-合金结构钢
特殊钢生产工艺综述
特殊钢生产工艺综述摘要：特殊钢包括优质碳素钢、合金钢、高合金钢三大类，本文介绍了特殊钢的生产工艺，重点论述了合金结构钢、汽车用齿轮钢、合金工具钢、高速工具钢、轴承钢、弹簧钢和不锈钢的性能及生产工艺技术。
关键词：特殊钢性能生产工艺特殊钢一般是指具有特殊性能或特殊用途的钢种。
其与普通钢相比具有更高的强度和韧性、物理性能、化学性能、生物相容性和工艺性能。
因其性能特殊，决定了它在国民经济及军事工业中占有极其重要的地位。
因此，在生产制造特殊钢时，就需要采用特殊的工艺装备技术来实现特殊的化学成分、特殊的组织和性能[1]。
特殊钢的定义在国际上没有明确规定，各国特殊钢的统计分类不完全相同。
我国特殊钢定义与日本、欧洲相近，包括优质碳素钢、合金钢、高合金钢三大类，通常展开为优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、轴承钢、弹簧钢( 碳素弹簧钢和合金弹簧钢) 、耐热钢和不锈钢。
近年来，围绕提高特殊钢性能、质量、品种、效率，降低特殊钢成本、节能降耗、环境友好等方面采用了一系列新技术、新工艺、新装备，使得特殊钢的洁净度、均匀度、组织细化度和尺寸精度等有了很大提高。
特殊钢生产工艺流程主要有3种[2]：1) 电炉流程( 即短流程) ：电炉—二次精炼—连铸—轧制。
2) 转炉流程(长流程) ：高炉—铁水预处理—转炉—二次精炼—连铸—轧制。
3) 特种冶金：特种冶炼( 如真空感应熔炼、冷坩埚熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔、电子束熔炼、等离子熔炼等)—锻造或轧制。
这里要指出的是有些钢种的生产至今还必须走模铸—开坯—轧制或锻造的工艺流程。
由于宇航、导弹、火箭、原子能、海洋电子等工业的发展，对所需要的金属或合金质量、性能、可靠性、稳定性等的要求越来越高，电弧炉，转炉冶炼的钢质量很难满足这些要求，所以必须使用特种冶金技术。
特种冶金包括：真空感应熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔、电子束熔炼、等离子熔炼等。
难熔金属(钨、钼、铌、钽) 及活泼金属( 钛及钛合金，包括钛、铝金属间化合物等) 用真空电弧重熔、电子束熔炼以及冷坩埚感应熔炼等方法来制备；高温合金、精密合金以及某些对质量要求很高的合金钢用真空感应熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔等方法来生产[3]。
汽车中常用的金属材料
.20.
二、合金钢
淬 透 钢号 性
45
低 40MnB
40Cr
中 35CrMo
38CrMoAlA 高
40CrMnMo
调质钢的牌号（摘自GB/T3077－1999）
主 要 成 分, %
汽车中常用的金属材料
.1.
主要内容
一、碳钢 二、合金钢 三、特殊性能钢 四、铸铁 四、有色金属及合金
.2.
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。
.3.
.24.
二、合金钢
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
20MnV
0.17~0.24 0.50~0.80 0.70~1.00 880／ 800 835 540 47
.14.
一、碳钢 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
.15.
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。
钢铁材料的分类
分类 方法
按 化 学 成 分 分
分类名称
பைடு நூலகம்
说明
3
续表
碳素钢
碳素钢是指含碳量 !! 低于 "# ，并含有少量锰、硅、硫、磷、氧等杂质元素 的铁碳合金。按其含碳量的不同可分为： $）工业纯铁———含碳量 !! !%&%’# 的铁碳合金 "）低碳钢———含碳量 !! !%&"(# 的钢 )）中碳钢———含碳量 !! * %&"(# + %&,%# 的钢 ’）高碳钢———含碳量 !! * %&,%# 的钢 此外，按照钢的 质 量 和 用 途 的 不 同，碳 素 钢 通 常 又 分 为：普 通 碳 素 结 构 钢、优质碳素结构钢和工具碳素钢三大类
特殊钢是指用特殊方法生产、具有特殊物理、化学性能或力学性能的钢 属于这一类型的钢，主要有：!）不锈耐酸钢 #）耐热不起皮钢 $）高电阻 合金 %）低温用钢 &）耐磨钢 ’）磁钢（包括硬磁钢和软磁钢） (）抗磁 钢 )）超高强度钢（指!* !!%++,-. 的钢）
专业用钢
这是指各个工业部门专业用途的钢。例如：农机用钢、机床用钢、重型机 械用钢、汽车用钢、航空用钢、宇航用钢、石油机械用钢、化工机械用钢、 锅炉用钢、电工用钢、焊条用钢……等
原料纯铁 !"#$ ..%’ 中 的 4$’A、 4$-A、4$)、4$*
特殊易切削钢 !"#$ 2%)’ 中 的 4’-、 要求 测 定 热 处 理 后 冲 击 4’-56、4’+、4’+56、4-&、 韧度等 4)&、4)+、4*+78
碳素工具钢 !" ( $ ’-.2 中的全部牌号
6.2- 汽车用钢铁材料-合金钢-合金工具钢和特殊性能钢
A不锈钢无磁性，可用于抗磁仪表、电器等零件，不受磁场的影响。
D.用于——在腐蚀性介质中工作的零件
提高强度、韧性、淬透性、
热处理特点
抗热疲劳性和回火稳定性
预先热处理：完全退火，改善锻造组织和切削加工性，消除锻造应力
高回——S回 最终热处理：淬火+
中回——T回
硬度达40-50HRC
模具的燕尾部分回火温度应高些，硬度一般为30~39HRC。
2.合金模具钢 ——热作模具钢
常用钢种及应用
① 5CrMnMo、5CrNiMo——韧性高、热硬性不太高的热锻模 ② 3Cr2W8V——热挤压模或压铸模
热硬性——受热仍保持高硬度的能力。300度 ④ 足够的强韧性：以免受冲击而断裂或崩刃。
2019年9月22日星期日
1.合金刃具钢 ——低合金刃具钢
成分特点：
保证钢的硬度和耐磨性
高C(Wc=0.8-1.5% ) 低合金(WMe < 5% )
Cr、Mn、Si、W、V
① 提高淬透性： Cr、Mn、Si
提高淬透性、回火稳定性、硬度和耐磨性
热处理特点
预先热处理——球化退火：降低硬度，改善切削加工性；
一次硬化法：低温淬火+低温回火（980 ℃ 淬160-180 ℃回 ）
最终热处理
耐磨性、韧性较高，变形小，用于重载模具
二次硬化法：高温淬火+高温回火（1100 ℃ 淬（510-520 ℃回 ）
汽车常用金属材料
项目二 汽车常用工程材料
活动二 汽车常用金属材料
3. 常用碳钢的牌号、性能及主要用途 1）碳素结构钢。这类钢的牌号由代表屈服点的字母“Q”、屈服点值（单位 MPa）、质量等级（分为A、B、C、D四级，A级质量最低，D级质量最高）、脱氧 方法符号（F为沸腾钢，Z为镇静钢，B为半镇静钢）按顺序排列组成。例如Q235— AF，表示屈服强度为235MPa的A级质量的碳素结构钢，属于沸腾钢。
影响。
项目二 汽车常用工程材料
任务二 汽车常用金属材料
硫
磷
锰
硅
项目二 汽车常用工程材料
任务二 汽车常用金属材料
2. 碳钢的分类
1）按碳含量分类： ① 低碳钢 含碳量wc＜0.25％ ② 中碳钢 含碳量wc＝0.25％～0.6％ ③ 高碳钢 含碳量wc＞0.6％
2）按质量分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类）： ① 普通碳素钢 含硫量wS≤0.05％，含磷量wP≤0.045％。 ② 优质碳素钢 含硫量wS、含磷量wP均≤0.035％。 ③ 高级优质碳素钢 含硫量wS≤0.02％，含磷量wP≤0.03％。
图2-2-8）。
球墨铸铁的牌号由球铁“QT”加两组数字表示，两组数字分别表示最低抗拉强度(MPa)和最小
伸长率，如QT400—18表示最低抗位强度为400MPa和最小伸长率18％的球墨铸铁。
球墨铸铁的牌号、性能、用途如表2-2-6所示
表2-2-6 球墨铸铁的牌号、性能及用途
项目二 汽车常用工程材料
1．表面淬火
钢的表面淬火是通过快速加热，将钢件表面层迅速加热到淬火温度，不等热量传到工件内层 就予以快速冷却下来的热处理工艺。
1) 火焰加热表面淬火 其工艺方法是利用可燃气体(如乙炔)的火焰将工件表面快速加热到淬火温度，然 后立即用水喷射冷却，通过控制火焰喷嘴的移动速度可获得不同厚度的淬硬层。此 法适用于单件或小批量零件的表面淬火。 2) 感应加热表面淬火
汽车常用工程材料
（一）常见杂质元素对碳钢性能的影响
在实际生产中使用的碳钢，不单纯是铁和碳组成的合金，还包
含有锰、硅、硫、磷等杂质元素，它们对碳钢的性能有一定的影 响。
（1）锰 锰是钢中的有益元素，由于炼钢时用锰铁脱氧而残留在 钢中的。
（2）硅 硅也是钢的有益元素。 （3）硫 硫是钢的有害元素，是在炼钢时由矿石和燃料带入钢中
试验可以测定金属的强度和塑性指标。 静载荷拉伸试验的原理：用静拉力（载荷）对待测样本
进行轴向拉伸，同时连续测量并记录试验力的大小和相 应的试样伸长量，一直到试样断裂。根据测量的数据， 即可得出有关的力学性能指标，如图6-1所示。
图6-1 静载荷拉伸试验
图6-2所示是低碳钢拉伸曲线图。纵坐标表示试样受到 的静拉力（载荷）F，单位为N，横坐标表示试样的伸 长量△L，单位为mm。
钛及其合金是一类新型的材料。现在，钛及其合金已经 代替其他金属材料大量用在航天航空，武器制造，交通 运输，化工轻工及医疗卫生等部门，行业当中，发挥着 越来越重要的作用，被称为“21世纪的金属”。
（1）工业纯钛 （2）钛合金 1）α钛合金 ； 2）β钛合金 ；3）α+β钛合金
5． 粉末冶金
（cm2）, αk的单位为J／cm2。 2． 疲劳强度 疲劳强度是指材料经无数次的应力循环仍不断裂的最大
应力，用以表征材料抵抗疲劳断裂的能力。测试材料的 疲劳强度最简单的方法是旋转弯曲疲劳试验。试验测得 的材料所受循环应力σ与断裂前的循环次数N的关系曲 线称为疲劳曲线，如图6-7 所示。由图中可以看出，循 环应力越小，则材料断裂前所承受的循环次数越多。当 应力降低到某一值时，曲线趋于水平，即表示在该应力 作用下，材料经无数次的应力作用达到某一基数而不断 时，其最大应力就作为该材料的疲劳极限，一般钢铁材 料的循环次数取107次。
汽车材料(第三版)习题册答案
第一章汽车材料基础知识第一节汽车材料概述一、填空题1．汽车零部件材料、汽车运行材料2．金属材料、非金属材料、复合材料3．行驶、燃料、润滑材料、工作液4. 汽油、柴油5. 发动机润滑油、齿轮油、润滑脂6. 磨损、使用寿命二、选择题1.C2.C3.C4.B三、判断题1.×2. ×3. ×4.√5. √四、问答题1.2.答：汽车零部件材料以金属材料为主，占整车质量的80%左右，其中钢铁材料约占70%，非铁金属材料约占10%。
非金属材料占整车质量的20%左右，其中塑料约占7%，橡胶占3%-7%。
为适应安全、节能的要求，在汽车中特别是轿车中开始大量应用非金属材料，所以在汽车制造中钢铁的用量有所下降，而有色金属、非金属材料和复合材料等新材料的用量正在上升。
3.答：目前已应用的石油替代燃料主要有天然气、液化石油气、醇类燃料（甲醇汽油、乙醇汽油）和电池等汽车新能源。
第二节金属材料的性能一、填空题1.密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性和磁性2.单位体积、重金属、轻金属3.各种化学腐蚀、耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性4.强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度5.布氏硬度试验、洛氏硬度试验6.各种加工工艺方法、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二、选择题1.C2.C3.A三、判断题1. ×2.√3.√4.√5.√6.√四、名词解释1.强度是指在外力（载荷）作用下，金属材料抵抗永久变形和断裂的能力，强度通常用应力表示。
2.疲劳强度是指材料在交变应力作用下，从变形到实际断裂所承受的最大应力。
3.塑性是指金属材料在载荷作用下发生塑性变形而不断裂的能力。
4.热处理性能是指金属材料是否适应各种热处理方法的能力。
五、问答题1.答：金属材料在载荷作用下发生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。
金属材料的塑性也可通过拉伸试验测定，常用伸长率和断面收缩率来表示。
塑性好的金属材料易于通过压力加工制成形状复杂的零件，如汽车车身覆盖件大多是采用有良好塑性的冷轧钢板冲压而成。
合金结构钢的定义与分类
合金结构钢的定义与分类一、调质钢经受淬火和在AC1以下进行回火的热处理钢称为调质钢。
传统的调质钢是指淬火和高温火钢调质钢是机械制造行业中应用十分广泛的重要材料之一。
调质钢在化学成分上的特点是，碳含量为0.3—0.5%，并含有一种或几种合金元素。
具有较低或中等的合金化程度。
钢中合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。
热处理工艺是在临界点以上一定温度加热后淬火成马氏体，并在500℃--650℃回火。
热处理后的金相组织是回火索氏体。
这种组织具有强度、塑性的韧性的良好配合。
调质钢的质量要求，除一般的冶金方面的代倍和高倍组织要求外，主要为钢的力学性能以及与工作可靠性和寿命密切相关的冷脆性转变温度、断裂韧性和疲劳抗力等。
在特定条件下，还要求具有耐磨性、耐蚀性和一定的抗热性。
由于调质钢最终采用高温回火，能使钢中应力完全消除，钢的氢脆破坏倾向性小，缺口敏感性较低。
脆性破坏抗力较大。
但也存在特有的高温回火脆性。
大多数调质钢为中碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）在490—1200MPao以焊接性能为突出要求的调质钢。
，为低碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）一般为4901—800MPa，有很高的塑性和韧性。
少数沉淀硬化型调质钢，屈服强度（σ0.2）可到1400MPa以上，属高强度的超高强度调质钢。
常用的合金调质钢按淬透性的强度妥为四类：①低淬透性调质钢;②中淬透性调质钢；③较高淬透性调质钢；④高淬透性调质钢。
二、渗碳钢具有高碳的耐磨表层和低碳的高强韧性心部，能承受巨大的冲击载荷、接触应力和磨损。
汽车、工程机械和机械制造等行业中，大量使用的齿轮，是渗碳钢应用中最具代表性实例。
渗碳钢常用的合金钢系列主要是Cr-Mn系、Cr-Mo系和Cr-Ni-Mo系等。
保证渗碳钢心部的组织和性能的核心是淬透性。
一般用途的渗碳件的心部组织为50%左右的马氏体加其它非马氏体组织。
重要用途（如航空渗碳齿轮），心部组织亦应为马氏体或马氏体/贝氏体组织。
汽车材料名词解释
汽车材料名词解释
汽车材料是指用于制造汽车的各种物质和组成部分。
以下是一些常见的汽车材料及其解释：
1. 钢铁：汽车的主要材料之一，用于车身和底盘等结构部件。
钢铁具有良好的强度和刚度，能够提供车辆所需的支撑和防护功能。
2. 铝合金：轻质材料，常用于制造汽车的车身和发动机零部件，如发动机缸盖和车门等。
铝合金具有较高的强度和良好的耐腐蚀性，能够降低整车重量并提高燃油经济性。
3. 塑料：广泛用于汽车内饰件和外观件的制造，如仪表板、车门板等。
塑料具有低成本、易加工和轻质的特点，同时具备一定的抗冲击和耐磨性。
4. 橡胶：用于汽车轮胎和密封件等部件的材料。
橡胶具有良好的弹性和耐磨性，能够提供车辆舒适性和行驶稳定性。
5. 玻璃：汽车的车窗、后视镜和挡风玻璃等部件常采用玻璃材料。
玻璃具有透明、坚固和耐高温等特点，能够提供良好的能见度和安全性。
6. 复合材料：由多种材料组合而成的材料，常用于汽车的特殊部件，如碳纤维增强复合材料常用于制作高性能赛车的车身和悬挂系统。
复合材料具有高强度、轻质和耐腐蚀等特点，能够提高车辆的性能和燃油经济性。
总之，汽车材料在汽车制造中起着至关重要的作用，不同材料的选择和应用能够影响汽车的性能、安全性和经济性等方面。
汽车中各种钢铁材料
汽车用先进钢铁材料0616120323顾振宇摘要：先进的高强度钢在汽车减重，节能，提高安全性，降低排放等方面展现出广阔的前景。
本文简述了先进高强度汽车用钢板的最新开发和应用前景情况。
关键字：先进钢，高强度，开发，应用前景：新一代汽车发展趋势是要求节能、降耗、环保和安全。
因此，使用高强和超高强度钢作为汽车用钢是未来的目标，从而达到汽车的轻型化，安全性等目的。
为了发展汽车用高强度钢板，促使汽车轻量化，近年来在世界范围内开始大量的相关汽车轻量化项目的研究，研究的共性就是降低汽车质量的20%-40%。
双相钢，复相钢，相变诱发塑性钢，马氏体钢等的强度范围为500—1600MPa,均具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点，在汽车上得到广泛应用，是第一代高强度汽车用钢。
随着国内汽车工业的发展，对于优质汽车用钢的要求越来越高，需求量越来越大，为了促使我国汽车进一步发展，有必要对高强度汽车用钢进行分析研究。
1相变诱发塑性钢相变诱发塑性钢是指钢中存在多相组织的钢，这些相通常为铁素体、贝氏体。
残余奥氏体和马氏体。
在形变过程中，稳定存在的残余奥氏体向马氏体转变时引起了相变强化和塑性增长，为此残余奥氏体必须有足够的稳定性，以实现渐进式转变，一方面强化基体，另一方面提高均匀的伸长率，达到强度和塑性同步增加的目标。
TRIP钢的性能范围为：屈服强度340-860MPa，抗拉强度610-1080 MPa，伸长率22%-37%。
TRIP钢的主要成分是C、Si和Mn，其中Si 的作用是抑制贝氏体转变时渗碳体的析出，与它同级的高强度钢相比，TRIP钢的最大特点是兼备高强度和高延伸性能，可以冲制较复杂的零件，还具备有高碰撞吸收性能，车身一旦遭遇碰撞，通过自身形变来吸收能量，而不向外传递，常用作汽车保险杠，汽车底盘。
许多研究表明，高硅含量的TRIP钢有更好的延展性和抗拉性，成分系列有：C-Mn-Si-N-V,C-Mn-Si-Ti等，但是硅含量高将导致钢表面产生红色氧化皮以及热镀锌性能变差等缺点。
钢铁材料分类大全.
钢铁材料分类大全
钢铁材料分类及特性概述
钢材应用广泛、品种繁多，根据断面形状的 不同，钢材一般分为型材、板材、管材和金 属制品四大类。钢材是钢锭、钢坯或钢材通 过压力加工制成的一定形状、尺寸和性能的 材料。大部分钢材加工都是通过压力加工， 使被加工的钢(坯、锭等)产生塑性变形。根 据钢材加工温度不同，可以分为冷加工和热 加工两种。
低合金结构钢 建筑及工程用钢 普通碳素结构钢 钢筋钢 机械制造用钢 钢材结构钢 弹簧钢 轴承钢 碳素工具钢 按用途分类 工具钢 合金工具钢 高速工具钢。 特殊性能钢 专业用钢 电热合金钢 耐热钢 不锈耐酸钢 低温用钢 耐磨钢 电工用钢 调质结构钢； 表面硬化结构钢：包括渗碳钢、 渗氨钢、表面淬火用钢 易切结构钢
冷塑性成形用钢： 包括冷冲压用钢、冷镦用钢
6、综合分类 (1)普通钢 a.碳素结构钢：(a) Q195；(b) Q215(A、B)；(c) Q235(A、B、C)；(d) Q255(A、B)；(e) Q275。 b.低合金结构钢 c.特定用途的普通结构钢 (2)优质钢（包括高级优质钢） a.钢材结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定 用途优质结构钢。 b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。 c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。 7、按冶炼方法分类 (1) 按炉种分 a.平炉钢：(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。 b.转炉钢：(a)酸性转炉钢；(b)碱性转炉钢。或 (a)底吹转炉钢；(b)侧吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢。 c. 电炉钢：(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。 (2)钢材按脱氧程度和浇注制度分 a.沸腾钢；b.半镇静钢；c.镇静钢；d.特殊镇静钢
学习情境一 汽车材料基础知识
单元一
一、金属材料
二、非金属材 料 三、常用材料 在汽车上的应 用
①形变铝合金 1）防锈铝 2） 硬铝 3）超硬铝 4）锻铝 5）特殊铝
单元一
一、金属材料
二、非金属材 料 三、常用材料 在汽车上的应 用
②铸造铝合金 铸造铝合金的代号用“ZL”加 “一位数字和两位顺序号”的格式表 示。 例 ZL108 表示8号铝—硅系铸造铝合金。
单元一
一、金属材料
二、非金属材 料 三、常用材料 在汽车上的应 用
（2）碳素钢的分类 ① 按钢中碳的质量分数，碳素钢 分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。 ② 按钢中合金元素的总质量分数， 合金钢可分为低合金钢和高合金钢。
单元一
一、金属材料
二、非金属材 料 三、常用材料 在汽车上的应 用
③ 按钢的用途，钢材可以分为结 构钢、工具钢和特殊性能钢。 1）结构钢 a．普通碳素结构钢
2．陶瓷材料 陶瓷材料是用天然或合成化合物经 过成形和高温烧结制成的一类无机非金 属材料。
单元一
一、金属材料
二、非金属材 料 三、常用材料 在汽车上的应 用
（四）复合材料 是由两种或两种以上的物理和化学 性质不同的金属材料或非金属材料经一 定方法合成而得到的一种新的多相固体 材料。
单元一
一、金属材料
单元一
一、金属材料
二、非金属材 料 三、常用材料 在汽车上的应 用
2．铜及铜合金 （1）纯铜 （2）黄铜 （3）青铜 ① 锡青铜 ② 特殊青铜
单元一
一、金属材料
二、非金属材 料 三、常用材料 在汽车上的应 用
3．滑动轴承合金 按其化学成分的不同，常用滑动 轴承合金可分为锡基、铅基、铝基和 铜基滑动轴承合金等。
学习情境一 汽车材料基础知识
汽车钢板的性能要求及钢板种类
汽车钢板的性能要求及种类总述：常规车中各种钢材在汽车总重中所占比例为70%左右，其中钢板约占50%以上，优质钢（齿轮钢、轴承钢、弹簧钢等）占30%，型钢占6%，带钢占3%，金属制品及其它占1%。
汽车用钢材种类中主要是各类板带钢，按生产工艺不同，可分为热轧板（热轧薄板、中厚板）和冷轧板（普冷板、镀层板）；按钢板强度不同，可分为以IF钢（无间隙原子钢）为代表的具有超深冲性能的软钢系列和以TRIP（相变诱发塑性钢）钢为代表的高强度钢系列，通常深冲钢是铝镇静钢和无间隙原子钢，高强度钢和超高强度钢是低合金钢、DP钢（双相钢）、TRIP钢、TWIP钢（挛生诱发塑性钢）和马氏体钢等；按钢板性能区分，可分为深冲钢（IF）、烘烤硬化钢（BH）、低合金高强度钢（HSLA）、高强度钢（HS）、超高强度钢等；按加工方法分，可分为沸腾钢、铝镇静钢、镀锌钢板等；按组织结构和成分分类，有含磷钢、含铜钢、无间隙原子钢、双相钢、TRIP钢、马氏体钢等。
汽车板板厚范围一般为0.4~4.0mm，宽度为600~1950mm。
用量较大的厚度为1.0、0.8、0.75、0.7mm。
汽车板内部质量要求：⑴成分合理、均匀。
通过炼铁、炼钢过程对铁水、钢水成分控制，使S、P、N、O、H质量分数的总量低于1.0×10-4，低碳或超低碳的碳质量分数低于1.0×10-5，微合金化元素的质量分数控制在0.02%以内；⑵为保证优质高强度钢板的综合性能，热轧板带加工应采取控制冷却技术；⑶为保证冷轧产品的力学性能均匀，冷轧板的退火工艺要求严格；⑷镀层钢板应有良好的耐腐蚀性，如耐表面锈蚀能力、耐穿孔锈蚀能力。
汽车板工艺性能要求：良好的成型性能（大件冲压流线型），良好的焊接性能，良好的喷涂性（喷漆处理），高强性能（抵抗外力冲击），足够的抗凹陷性及刚度（吸收冲撞能量）。
汽车板表面质量要求：表面无缺陷，良好的表面清洁性，适当的粗糙度，最好在R a=0.6~1.5μm。
钢
★ 牌号用两位数字表示：
数字是钢中含碳量的万分数。
例如：45 表示含碳量约为0.45%；
含碳量 是多少 ？
20 08
优质碳素结构钢在汽车上的应用
牌号 08F 15
20 35
45
车型 奥迪100 桑塔纳2000
桑塔纳2000 桑塔纳2000
奥迪100
应用举例
零件名称
发动机支架、驾驶室、挡板、油底壳、油箱、 离合器等 发动机气门头、离合器调整螺栓、曲轴箱调 整螺栓、消音器前托架螺栓、曲轴箱通风阀 体、气门弹簧座及旋转套、轮胎螺母及螺栓 等。 离合器分离杠杆、风扇叶片、驻车制动杆等
曲轴正时齿轮、半轴螺栓锥形套、前后轴头 螺母、车轮螺栓、机油泵轮、连杆螺母、汽 缸盖定位销、拖曳鈎、螺母、驻车制动蹄片 臂拉杆等。 气门推杆、同步器锁销、变速杆、凸轮轴、 曲轴、变速叉轴、齿环、拖曳钩、转向节主 销、离合器踏板轴及分离叉等。
50 65Mn
CA1092 EQ1092
CA1092 EQ1092
三个要素：
温 度 ℃
850
炉冷 空冷
油冷
时间(d,h，min)
热处理工艺曲线的示意图
1. 加热到预定的温度（最 高加热温度）
2. 在预定的温度下适当保 温（保温时间），保温的 时间与工件的尺寸和性能 有关；
3. 以预定的冷却速度冷却 （冷却速度）。冷却速度 取决于所需的组织和性能。
常用的热处理工艺方法
★牌号规定：以含碳量的万分数（两位数）写在钢号最前面； 后面接着写所含合金元素的符号，合金元素含量以百分数 表示写在相应元素的后面，当平均含量小于1.5℅时，仅 标明元素符号，不标含量。
例如: 40Cr 含碳量为0.4%，含Cr＜1.5%
汽车材料合金钢和铸铁讲解
2、灰口铸铁 以片状石墨形式存在的，断口呈暗灰色，
灰口铸铁的优点： 1、良好的切削加工性、 2、较高的耐磨性、减振 性。 3、低的缺口敏感性
3、可锻铸铁 铸铁中的碳以团絮状石墨形式存在，其塑形和韧性比灰口铸
铁好，主要用于要求韧度较好的薄壁类零件。
4、球墨铸铁
铸铁中的碳以球状石墨形式存在，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。
二、铸铁
碳的质量分数为2.11%－6.69%的铁碳合金称为铸 铁，并且含有比普通碳素钢较多的硅、锰、硫等。
在铸铁中，碳可以有两种存在形式，一种是石墨， 它很软，强度极低。另外一种是渗碳体，硬度高，脆性 大，
二、铸铁 （一）、铸铁的分类
1、白口铸铁 主要是以渗碳体形式存在，断口呈银白色，又硬又
脆，很难进行切削加工，很少用来制作零件。
锈钢、耐热钢、耐磨钢等）
二、合金钢
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%
二、合金钢
1、合金结构钢（应用最为广泛）
合金结构 钢
工程用钢
低合金结构钢
机构制造 用钢
合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 滚动轴承钢
合金钢、 铸铁
任务目标
1.了解合金钢及铸铁的分类
2.掌握簧
合金钢在汽车零件中的应用
一、合金钢
在碳钢的基础上，为了改善性能（力、化、物）而 特意加入某些合金元素，这类钢就称为合金钢。
常用的合金元素有铬（Cr)、锰（Mn)、镍（Ni)、硅 （Si)、铝（Al)、硼（B）、钨（W）、钒（V)及稀土 元素等
汽车常用金属材料
量多次冲击
• 1. 摆锤式1次能量冲击试验
• 把带有缺口的试样放在1次摆锤试验机上,测定金属承受冲击载 荷的能力 如图14-5所示．在实际应用中,直接从试验机上读出摆 锤打断试样所作的冲击功Ａk,然后将冲击功Ａk的值除以试样缺口 处的横截面积A便得到冲击韧性αk
• 布氏硬度只适用于硬度较低,尺寸较大的金属材料 广泛 应用于退火或调质后的钢件、灰口铸铁和有色金属等较软的 材料
• 由于布氏硬度是材料局部范围抵抗变形的能力,所以布氏 硬度与材料的抗拉强度之间存在1定的换算关系,对1般的碳 钢有如下近似关系：
•
当HBS＜175时,σb≈0.36HBS
•
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
当HBS＞175时,σb≈0.35HBS
第104章 汽车常用金属材料
• 第1节 金属的性能
•
1、金属的机械性能
•
2、金属的物理、化学性能及工艺性能
• 第2节 汽车常用碳素钢、铸钢及其热处 理
•
1、碳素钢的基本知识
•
2、碳素钢在汽车中的应用
•
3、铸钢在汽车中的应用
•
4、钢的热处理
• 第3节 汽车常用合金钢
•
1、合金钢的基本知识
•
2、合金结构钢及其在汽车中的应用
• 由上述各阶段的应力——应变关系,可以得出几个机械性能
的强度指标：
• 弹性极限σe——金属材料抵抗弹性变形的最大应力 • 屈服极限 屈服强度 σs——金属材料抵抗塑性变形的应力 • 强度极限 抗拉强度 σb——金属材料抵抗塑性变形不致断裂 的最大应力
• 以上3个强度指标具有重要的实际意义 例如,汽车上许多零件 都不允许产生过量的塑性变形,象气缸盖螺栓,就是以屈服极限为 设计依据 强度极限也是设计零件时的主要依据之1
汽车用钢产品介绍
产品介绍导航 轴承钢 精品轴承钢 弹簧钢 弹簧钢产品目录 不锈钢 奥氏体 铁素体 马氏体 沉淀硬化 双相不锈钢 钢管 工模具钢 工具钢 模具钢
钢类
牌号
0.14 ≤0.12 1.00 ≤0.035 0.02 0.19 1.40 桑车齿轮箱传动齿 0.04
用途 Useage 20MnCr5
采用标准 Standard 1.00 1.30
用途 Useage 传 动 轴 Cf53 用 CK45
丰田各车型齿轮
0.45 0.15
0.60 ≤0.035 0.02
0.15 ≤0.20 ≤0.10
用途 Useage (UC2)
桑车传动实轴 0.80
采用标准 Standard 0.04 0.25 采用标准 Standard
按德国 GKN 企标 0.050
采用标准 Standard 0.35 0.65 0.35 0.75
按德国 GKN 企标 0.15 0.25 按德国 GKN 企标 0.020 ≥0.02 ≤0.25
0.17 0.20 0.23 0.40
0.60 ≤0.040 0.02 0.90 0.04
用途 Useage CK35
桑车内星轮
采用标准 Standard
用途 Useage 35S20 其 他 用 钢 37CrS4HL
桑车发动机连杆
0.32 0.10 0.39 0.30
0.70 ≤0.06 0.180 1.10 0.250 采用标准 Standard 0.30 0.50 0.55 按德国大众企标 ≤0.25 按德国大众企标 0.40 德国 ZF 企标
采用标准 Standard
采用标准 Standard
0.45 3.00 ≤0.60 ≤0.030 ≤0.030 8.00 ≤0.40 N≤0.35 ≤0.35 0.55 3.50 9.00 采用标准 Standard 按 EMS 企标
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8 2020/7/13
带着问题去学习
类别
低合金高强钢
合 合金渗碳钢 金 结 合金调质钢 构 钢
合金弹簧钢
滚动轴承钢
成分特点
常用牌号举例 热处理方法
性能特点 用途举例
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1．低合金高强度钢
➢用途——用于强度较高的大型金属结构
如：桥梁、船舶、车辆（载重汽车大梁） 压力容器（锅炉），输油、输气管道等。
④ 提高耐蚀性(Cu、P)
⑤ 脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能(Re)
因碳和合金元素的作用，在承受相同载荷的前提下，合金钢可以比碳钢 减轻20-30%的重量，有利于汽车的轻量化。
12 2020/7/13
1．低合金高强度钢
Q235
武汉长江大桥-128米
Q345
Q460E
南京长江大桥-160米
➢ 成分特点：
lt; 0.2% ) 低合金(WMe < 3% )
Mn、V、Ti、Nb、Cu、P、Si、Re
① 产生固溶强化，提高 F 的强度 (Mn、Si)
② 产生弥散强化，细化晶粒(V、Ti、Nb) ，提高σs、σb、ak ③ 增加P，并使之细化(Mn)
（2）按合金元素的含量分类
1)低合金钢——合金元素总质量分数小于5%。 2)中合金钢——合金元素总质量分数为5%~10%。 3)高合金钢——合金元素总质量分数大于10%。
（3）按合金元素的种类分
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2.合金钢钢的牌号：数字 + 元素符号 + 数字 + ……+A（E）
➢合金结构钢
×× ＋ Me ＋ 数字（＋ Me ＋ 数字 ＋ …… ）＋ A(E)
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H He Li Be B (氢 氦 锂 铍 硼) Na Mg Al Si P (钠 镁 铝 硅 磷) C N O F Ne(碳 氮 氧 氟 氖) S Cl Ar K Ca (硫 氯 氩 钾 钙)
Sc Ti V Cr Mn (钪 钛 钒 铬 锰)
1．低合金高强度钢
Fe Co Ni Cu Zn (铁 钴 镍 铜 锌)
合金元素 百分含量
例：9SiCr 5CrMnMo 3Cr2W8V CrWMn Cr12MoV
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特殊情况：高速钢中，Wc＜1%有时也不标出
如：W18Cr4V
特例：滚动轴承钢中： ① 碳含量不标出； ② “Cr”用其“千”分之几表示。
如：GCr15中，15表示平均Cr含量为1.5% 6
Wc的“万”分之几 所加合金元素
例：16Mn 20CrMnTi 38CrMoAlA 40Cr 60Si2Mn
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合金元素 百分含量
高级优质或特级优质
5
2.合金钢钢的牌号：
➢合金工具钢
数字 ＋ Me ＋ 数字（＋ Me ＋ 数字 ＋ …… ）
Wc＜1% “千”分之几 Wc≥1% 不标
所加合金元素
Q420
110mm厚的Q460E钢材4.2万吨！
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13 九江长江大桥-216米
表2-14 常用低合金高强度钢牌号、成分、性能
钢号
旧钢号
Q295
Q345
Q390 Q420 Q460
09MnNb 12Mn
16Mn
16MnRe
16MnNb 15MnTi
14MnVTiRe 15MnVN
14MnMoV 18MnMoNb
08F、45、65Mn——优质碳素结构钢 T10A——高级优质碳素工具钢 ZG270-500 ——碳素铸钢
1 2020/7/13
【案例2-4】
在日常生活中，我们市场上买的低价菜 刀或工具容易生锈、磨损或折断，而价 格高、质量好的却不易发生上述现象呢
2
任务2.4 合金钢
➢合金钢的优点
（1）高强度高韧性
Q235： σs=235 Mpa 16 Mn：σS=345 Mpa
有利于汽车实现轻量化。
（2）高的淬透性及回火稳定性 45＃：D0=（10-18）㎜ 适于制造尺寸大的零件。
40Cr：D0=（20-36）㎜ 因其淬透性好，可用油淬，不易变形、开裂，适于形状复杂的零件。
（3）特殊性能：耐高（低）温、耐腐蚀、耐磨损等性能。
主 要 化 学 成 分，%
C
Mn Si，
0.16
0.80 ~1.50
0.55
0.18 1.00 ~0.20 ~1.60
0.55
0.20
1.00 ~1.60
0.55
0.20
1.00 ~1.70
0.55
0.20
1.00 ~1.70
0.55
力学性能
s ，MPa b ，MPa
2.合金钢钢的牌号：
➢ 特殊性能钢
数字 ＋ Me ＋ 数字（＋ Me ＋ 数字 ＋ …… ）
Wc “千”分之几 Wc ≤ 0.1%，以“0”表示 Wc ≤ 0.03%，以“00”表示
例： 0Cr18Ni9Ti 00Cr18Ni9Ti
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2.4.2 合金结构钢
1．低合金高强度钢 2．合金渗碳钢 3. 合金调质钢 4. 合金弹簧钢 5. 滚动轴承钢
问题回顾——碳素钢
一、常存杂质元素对钢性能的影响
1. 钢中常存杂质有哪些？哪些是有益元素？哪些是有害元素？
答：钢中常存杂质有锰、硅、硫、磷. 其中：锰、硅是有益元素；硫磷是有害元素。 硫——产生热脆；磷——产生冷脆。
二、常用碳素钢
2.Q235、08F、45、65Mn、T10A、ZG270-500 分别是哪类钢？ 答：Q235——普通碳素结构钢
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1．低合金高强度钢
➢ 工作条件
① 不作相对运动，长期承受静载荷； 锅炉：使用温度可达250℃以上；
② 有一定温度要求 桥梁、载重汽车大梁：冬天要承受低温；
③ 耐腐蚀——桥梁、船舶：承受大气和海水的侵蚀。
➢ 性能要求
① 较高的强度和良好的塑韧性；σS=300~460Mpa，而普碳钢σS=275Mpa； ② 低的韧脆转变温度（-40-50℃）； ③ 耐蚀性好； ④ 良好的焊接性和冷成型性；
➢缺点：冶炼、加工工艺复杂，成本高.
合金钢之所以有以上优点，是合金元素的作用
汽车上的重要零件大多采用合金钢制造。 3 2020/7/13
2.4.1 合金钢的分类及牌号
1. 合金钢的分类
（1）按用途分类
1)合金结构钢——制造各种重要机械零件和工程结构。 2)合金工具钢——制造各种重要的加工工具，如刃具、量具和模具等。 3)特殊性能钢——制造具有特殊性能要求的结构件和机械零件。