汽车材料模块三：汽车材料的性能

任务分析
金属材料的性能需要了解以下内容：
1
金属的力学性能
2
金属的物理性能
3
金属的化学性能
引言：
1、金属材料的性能
使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括 力学性能、物理性能和化学性能。
工艺性能：指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、 热加工和热处理的性能。 包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性 能、切削加工性能和热处理工艺性能等。
模块三 汽车材料的性能
课题一 金属材料的性能
课题一 金属材料的性能
1.对制造汽车所使用的金属材料的性 能有所了解，特别是金属材料的力学 任务目标 性； 2.了解金属材料性能的表示方法
金属材料是主要的汽车零件材料，汽 车中约60%的零件是用金属材料制成的。 由于用于制造汽车零件的金属材料种类很 多，性能各异，只有充分了解金属材料的 性能及用途，才能正确、合理地选用材料。
金属材料的理化性能
二、材料的化学性能 材料抵抗周围介质侵蚀的能力
1、耐蚀性 常温下抵抗周围介质俯蚀的能力 2、抗氧化性
材料在高温下抵抗氧化的能力（热稳定性） 例：发动机气门、内内燃机排气阀等零件选用 4Cr9Si2
小结
本课知识
1、金属材料的力学性能、物理性能、化学性能。 2、性能的表示方法 本章重点：汽车应用材料力学性能、理化性能和工艺性 能。
疲劳强度：材料抵抗疲劳断裂的能力
疲劳强度指标：σ-1 通过疲劳试验，绘制疲劳曲 线进行测定。
疲劳失效具有隐蔽性和突发性，会造成灾难性事 故。机械零件失效中有 80％以上属于疲劳破坏，也 是汽车零件中最常见的一种失效形式。
金属材料的理化性能
一、材料的物理性能
密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性和色 泽等
它表示材料抵抗断裂的能力。
b
Fb A0
MPa
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。
三、塑性指标
塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的 能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。 1、断后伸长率
指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。 δ=(L1-L)/L x 100% L:标距（本实验L=100） L1:拉断时的试件标距。用卡尺直接量出。 2、断面收缩率 指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截 面积的百分比。 Ψ=(A0-A1)/A0 x 100% A0:试件原横截面积。 A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。
（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.
（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
Δl 断裂总伸长为Of，其中塑形变形 Og(试样断后测得的伸长)，弹性
伸长gf。
二、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/S0
符号：
σs 材料产生屈服现象时的最小应力
σs
Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N）
S0 ：试样原始横截面积（mm）
2.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
2、金属材料力学性能
指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、 塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
金属材料的力学性能
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
拉伸试样
2、拉伸试验
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验机
3.拉伸曲线
F
es p
Fe Fs
Fp
b k
Fb
o
Δl u
g
Δl b
f
Δl
op段：比例弹性变形阶段；
pe段：非比例弹性变形阶段；
平台或锯齿（s段）：屈服阶段；
sb段：均匀塑性变形阶段，是强 化阶段。
b点：形成了“缩颈”。
bk段：非均匀变形阶段，承载下 降，到k点断裂。
四、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
(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )
布氏硬度计
适用范围: ❖ ＜450HBS; ❖ ＜650HBW;
4、测量范围 用于测量淬火钢、硬质合金等材料.
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
Leabharlann Baidu
冲击试样和冲击试验示意图
六、疲劳强度
疲劳概念：承受交变应力的零件，在工作应力低于材 料的屈服强度的情况下长时间工作时，会产生裂纹或 突然断裂，这种现象称为疲劳失效（破坏）。
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
(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )
洛氏硬度测试示意图
h1-h0
（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。