8- 汽车用钢铁材料-典型汽车零件的选材

例：汽车变速齿轮。
3.板料冲压——汽车车身外覆件。 4.焊接结构——金属结构。例：汽车车身、支架、备胎架。 5.型材：形状简单的零件，可直接利用型材（板、线、棒、角
钢、工字钢等）。
2021年4月16日
毛坯的选择
汽车
铸件——曲轴、变速箱壳 锻件——变速齿轮 焊接件——车身、车架 冲压件——箱板
2021年4月16日
2021年4月16日
汽车齿轮的选材 ——齿轮常见的失效形式
4.齿面胶合：
高速重载传动中，齿面间压力大，瞬时温度高，润滑油模被 破坏，齿面间会发生粘接在一起的现象，在轮齿表面沿滑动 方向出现条状伤痕，称为胶合。
防止措施：提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、增大润滑油粘度、限制油温。
2021年4月16日
汽车齿轮的选材 ——齿轮常见的失效形式
火车螺旋弹簧
汽车弹簧的选材 ——汽车板簧的选材
汽车板簧：用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和 冲击载荷。 属于截面较大，受力较大的重要弹簧。
选材——合金弹簧钢制造：65Mn、60Si2Mn钢等。 ① 中、重型汽车，采用50CrMn、55SiMnVB钢； ② 中型载货汽车，则采用55SiMnV、55SiMnVNb。
3.经济性——在满足前两条的前提下，尽量降低零件的总成本。
能铸不锻，能铁不钢
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毛坯的选择
1.铸造毛坯——形状复杂，受压应力为主，不受冲击载荷的
一般结构件。 例如：汽车曲轴、机架、箱体类形状不规则、结构复
杂且要求较高的减震性、耐磨性，选铸件。
2.锻造毛坯——受力复杂，承受载荷大的重要件。
②高疲劳强度以及一定的塑性和韧性； ③特殊弹簧还要有良好的耐热性和耐腐蚀性。
➢ 选材——① 中高碳钢：淬透性和强度较低，只能用来制造截面
较小、受力较小的弹簧。 ② 合金弹簧钢可制造截面较大、屈服极限较高的重要弹簧。
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汽车弹簧的选材 ——汽车板簧的选材
汽车板簧
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汽车板簧
汽车轴类零件的选材
轴是汽车上的最重要零件之一，主要用于支撑传动零件（如齿轮、 凸轮等）传递运动和动力。
对轴类零件的性能要求为： （1）良好的综合力学性能； （2）高的疲劳强度，以防疲劳断裂； （3）足够的淬透性，保证其淬火变形小； （4）良好的切削加工性能，价格便宜。
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汽车轴类零件的选材
主要措施
采用闭式传动； 提高齿面硬度； 降低齿面粗糙度； 采用清洁的润滑油。
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汽车齿轮的选材 ——齿轮常见的失效形式
3.齿面点蚀：
轮齿工作面某一固定点受到近似脉动的交变应力作用，由于 疲劳而产生的麻点状剥蚀损伤的现象。 点蚀是闭式传动常见的失效形式。
主要措施：提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、增大润滑油粘度。
问题引入
➢ 汽车制造过程中，从设计新产品、改造老产品，到维 修、更换零件，都会涉及到零件的选材、热处理工艺 的确定和热处理工序安排等问题。
分析零件的
工作条件 失效形式 性能要求
选择合适的
材料 毛坯
➢ 以汽车上典型零件为例，介绍汽车零件的选材方法及步骤。
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零件的失效
一、失效：当零件由于某种原因而丧失某种功能，即失效。
1.轮齿折断
当齿轮受力超过材料的弯曲疲劳极限时， 齿根处产生疲劳裂纹，并不断扩展使轮齿 断裂。 突然过载、严重磨损及安装制造误差等也 会造成轮齿折断。
提高轮齿抗折断能力措施之一：
对齿轮进行热处理以提高齿轮的强度。
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汽车齿轮的选材 ——齿轮常见的失效形式
2.齿面磨损：
灰尘、砂粒、金属微粒等落入轮齿 间，会使齿面间产生摩擦磨损。 严重时会因齿面减薄过多而折断。 磨损是开式传动的主要失效形式。
重要齿轮 渗碳钢：20Cr、20CrMnTi、30CrMnTi
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汽车齿轮的选材
（1）汽车齿轮
载重汽车变速箱齿轮
汽车齿轮主要安装在变速器和差速器中：
变速器齿轮用以改变发动机、曲轴和主轴齿轮的速比，改变速度；
差速器中的齿轮用以调节左右轮的转速，改变方向。
发动机的全部动力均通过齿轮传给主轴，推动汽车运行。
受力情况 1）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。 2）齿面相互滑动和滚动，承受较大的接触力，并发生强烈的摩擦。 3）由于换档、启动或啮合不良，承受一定的冲击。
失效形式 1）疲劳、过载断裂： 主要发生在齿根，是齿轮最严重的失效形式。 2）齿面磨损、剥落 。
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汽车齿轮的选材 ——齿轮常见的失效形式
2021年4月16日
选材的原则
1.使用性能：是保证零件完成规定功能的必要条件。 力学性能是使用性能的重要部分。 是在分析工作条件和失效形式的基础上提出的
2.工艺性能——材料适应某种加工的难易程度。
铸件——铸造性能：铸AI、Cu＞铸Fe（灰铸铁最好）＞铸钢 锻件——锻造性能：碳钢＞合金钢； 低碳钢＞高碳钢 焊件——焊接性能：低碳钢（Q235）、低合金高强钢（16Mn）好 切削加工性——170-280HBS最好 热处理件——热处理工艺性（淬透性、淬硬性，变形开裂倾向等）
工艺——热轧钢板冲裁下料→热压成型→淬火、中温回 火→喷丸→装配。
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汽车弹簧的选材 ——汽车板簧的选材
汽车板簧淬火线
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汽车弹簧的选材 ——气门弹簧的选材
气门弹簧——是一种压缩螺旋弹簧，其作用是使 气门打开和关闭，即起复位作用。
选材——气门弹簧受力不是很大，但工作温度较高， 可选用有一定耐热性的50CrVA钢制造。
➢ 工作条件——主要承受扭转力矩、交变弯曲应力及一定的冲击载荷。 ➢ 失效形式——疲劳断裂（在轴的杆部和凸缘的连接处、花键端以及
花键与杆部相连的部位）。
➢ 性能要求——高的抗弯强度、疲劳强度和较好的韧性， 即要求综合力学性能较高。
➢ 选材——调质钢制造。 中、小型汽车半轴一般用45钢、40Cr制造； 重型汽车用40MnB、40CrNi或40CrMnMo等。
➢ 工艺——调质处理+表面淬火+低温回火。 常用喷丸处理及滚压凸缘根部圆角等方法来提高其疲劳 强度。
2021年4月16日
汽车弹簧的选材
弹簧是一种重要的机械零件。它是利用弹性变形来吸收能量和 缓冲振动的。 主要有螺旋弹簧、板弹簧、蜗卷弹簧等。 不同的弹簧用途不同：
➢ 汽车、拖拉机、火车中的悬挂弹簧，起缓冲或减震作用； ➢ 汽车发动机中的气门弹簧，在外力去除后能自动恢复到原来位
置，起到复位作用； ➢ 钟表、玩具中的法条起储存和释放能量的作用。
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汽车弹簧的选材
2021年4月16日
汽车弹簧的选材
汽车板簧
热卷大弹簧
2021年4月16日
大型热卷弹簧
弹簧丝
汽车弹簧的选材
➢ 工作条件——在冲击、振动和交变应力作用下工作。
➢ 性能要求——①高的弹性极限和高的屈强比；
5.塑性变形：
重载且摩擦力很大时，齿面较软的轮齿表面就会沿摩 擦力方向产生塑性变形。
措施：提高齿面硬度；增大润滑油粘度。
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汽车齿轮的选材 ——性能要求
性能要求
1）高强度（弯曲疲劳强度和接触疲劳强度） 2）轮齿心部足够的强韧性； 3）齿面有高的硬度和耐磨性。
选材
非重要齿轮：HT250、HT300、QT600-3 中碳、中合金钢：45、40Cr
任务2.6 典型汽车零件的选材
2.6.1 汽车齿轮的选材 2.6.2 汽车轴类零件的选材 2.6.3 汽车弹簧的选材
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2.6.4 汽车箱体类零件的选材 2.6.5 其他零件的选材
汽车齿轮的选材
齿轮是仪表、汽车、拖拉机、矿山机械、农用机械的重要零件。 其作用是传递动力、改变运动速度和运动方向。
失效形式——疲劳断裂和轴颈严重磨损两种。 性能要求——（1）足够高的强度和一定的韧性；
（2）轴颈表面有高的硬度和耐磨性。
2021年4月16日
汽车轴类零件的选材 ——汽车发动机曲轴的选材
毛坯——锻造毛坯和铸造毛坯。
锻造曲轴——采用中碳钢和中碳合金钢制造： 30、35、35Mn2、40Cr、35CrMo等，经模锻、 调质、切削加工后对轴颈部进行表面淬火。
➢ 除了碳钢和合金钢，还可采用球铁和高强度灰铸铁作为轴的材料， 特别是曲轴的材料选用。
2021年4月16日
汽车轴ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ零件的选材 ——汽车发动机曲轴的选材
2021年4月16日
汽车轴类零件的选材 ——汽车发动机曲轴的选材
曲轴是汽车发动机中的重要零件之一。
工作条件——工作中受到弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击及交变 应力。 曲轴的形状极不规则，其上的应力分布极不均匀， 轴颈与轴承还发生滑动摩擦。
选材——锻造或轧制的中碳钢或合金钢制造。
➢ 中碳钢：综合力学性能较高，对应力集中敏感性小，价格便宜， 中小型轴类零件使用较多。
如：40、45 ➢ 合金钢——比碳钢具有更好的综合力学性能和热处理工艺性，
但对应力集中较敏感，价格较高， 所以，当载荷较大、截面尺寸较大时，采用合金钢。
如：40Cr、40CrNi、20CrMnTi等，采用相应的热处理 才能充分发挥其作用。
正火：消除锻造应力，提高硬度，改善切削加工性。 渗碳：提高表面碳含量，保证淬火后得到高硬度、高耐磨性
和接触疲劳强度。 淬火：心部获得高强韧性，表面获得高强度、硬度、耐磨性 低回：消除淬火应力，，降低脆性保持淬火后的高硬度、耐磨性。 喷丸：增大表面压应力，提高疲劳强度，并清除氧化皮。
2021年4月16日
所以，汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，对其耐磨性、疲劳强度、