1.1金属材料的分类与组织

铆螺钢
船用钢 汽车大梁用钢 压力容器用钢
ML
国际符号
头
尾 尾
半镇静钢
镇静钢 特殊镇静钢 质量等级
b
Z TZ
A.B.C.D.E
尾
尾 尾 尾
L R
第二节 汽车机械零件材料
一、非合金钢 1．按质量分类
1）普通钢
普通钢是指对生产过程中控制质量无特殊规定的一般用途的非 合金钢，应用时不规定热处理。 质量等级分A级钢和B级钢两种。 硫、磷含量均≤0.050%。 牌号用Q字打头，Q表示屈服极限，如Q235表示σs=235MPa GB\T700-2006 。
五、有色金属及其合金
有 色 金 属 有色轻金属 有色重金属 贵金属 如 如 如 如
稀有金属
Li Be V
Au Ag Pt
Al Mg Cu Pb
Zn
K
Na
Ni Co
Ca
Se
1．铝及铝合金
1)工业纯铝 2)铝合金 通过加入硅、铜、镁、锌、锰等合金元素 主要用于需要减轻质量的零件和结构。
第二节 汽车机械零件材料
工业纯铁WC < 0.0218%、 钢（0.0218% < WC < 2.11%）
生铁（2.11%＜WC＜6.69%） （生铁是由铁矿石经高温冶炼而得，它是炼钢和铸造的原材料。） 2．非铁金属 除黑色金属以外的其它金属，都称为非铁金属，如铜、铝、镁、
锌等。
第一节 金属材料的分类与组织
二、钢铁基本组织 要掌握机械中各种刚和铸铁的组织、性能及加工方法等，必须先了解铁 碳合金的化学成分与性能之间的关系。铁碳合金在固态下的基本组织
中，钢材大多数要加热至高温
奥氏体状态进行压力加工，因 塑性好而便于成形。 碳钢室温组织中无奥氏体。 奥氏体
第一节 金属材料的分类与组织
二、钢铁基本组织
⑶ 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用 Fe3C表示。 Fe3C硬度高、强度低(b35MPa), 脆
性大, 塑性几乎为零
Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可 发生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨), 由于碳在-Fe中的溶解度很小， 因而常温下碳在铁碳合金中主要以 Fe3C或石墨的形式存在。
低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会
降低钢的焊接性能。
第二节 汽车机械零件材料
汽车机械用材料分常用材料和新型复合材料，常用材料
有普通碳素钢、优质碳素钢、合金钢、铸钢、生铁等。
一、非合金钢 二、合金钢 三、铸钢 四、铸铁
柴油机 凸轮轴 活塞销 (20Cr)
五、有色金属及其合金
（C含量万分之几）
如：40Cr、20CrMnTi、35SiMn、60Si2Mn、GCr15等。
锉 刀
锥丝
“鸟巢”使用的钢材材质绝大部分为Q345D钢材， 局部受力大部位采用了Q460E钢材。
第二节 汽车机械零件材料
三、铸钢 铸钢一般应用于结构复杂而且要求有较 高强度、塑性、韧性以及特殊性能的 结构件，比如承受有冲击载荷的汽车 车架、缸体、齿轮、连杆等。
第一节 金属材料的分类与组织
三、钢中常存杂质元素的影响
3. 锰 Mn: 0.8%时为杂质. 是有益元素。作用为： ①脱氧能力较好，防止氧化铁的形成，能降低钢的脆性
②强化铁素体；
③消除硫的有害作用。 4.硅 Si 在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，硅能显著提高钢的弹 性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中 加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结 合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的
五、有色金属及其合金2．铜及铜合金
（1）纯铜
（2）铜合金 1）锡青铜 2）铝青铜 3）铍青铜
有色金属
有色轻金属
有 色 金 属
如 如 如
Al Mg
K
Zn
Na
Ca
等。
有色重金属 贵金属 稀有金属
Cu
Pb
Ni Co 等。
Au Ag Pt 金属等
V
Se
等
如 Li Be
目前
以我国中型载货汽车用材为例，钢材约占64%，铸铁约占 21%，有色金属约占1%，非金属材料约占14%。 （1）发动机 提供动力，由缸体、缸盖、活塞、连杆、曲轴及配气、 燃料供给、润滑、冷却等系统组成。 （2）底盘 包括传动系（离合器、变速箱、后桥等）、行驶系 （车架、车轮等）、转向系（方向盘、转向蜗杆等）和制 动系（油泵或气泵、刹车片等）。 （3）车身 驾驶室、货箱等。 （4）电器设备 电源、启动、点火、照明、信号、控制等。
下仅为0.0008%。
铁素体的性能与纯铁相似。强度 和硬度（50～80HBW） 都较低，而塑性 和韧性都高。
第一节 金属材料的分类与组织
二、钢铁基本组织
⑵ 奥氏体: 碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A表示。 溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。
组织为不规则多面体晶粒，晶界
较直。奥氏体具有一定的强度 和硬度，塑性好，在机械制造
第1章 汽车机械常用材料应用

汽车机械零件种类繁多，所用材料的种类也很多， 了解汽车常用材料种类对于合理选择利用材料，降低
汽车机械成本具有极其重要的意义。

本章简要介绍常用机械零件材料分类、材料的相
关力学性能和工艺性能。
第1章 汽车机械常用材料应用
1.1 金属材料的分类与组织 1.2 汽车机械零件材料 1.3 金属的力学性能和工艺性能
第二节 汽车机械零件材料
一、非合金钢 1．按质量分类
2）优质钢 优质钢是指在生产过程中需要特别控制硫、磷的含量。 硫、磷含量均应≤0.040%。 牌号用碳的质量分数的万分数表示 如10号钢、20号钢、35号钢、45号钢等。如20表示碳的质 量分数0.2%。 常用牌号如表1-2或GB/T 699-1999 。
Ld(Ld’)
第一节 金属材料的分类与组织
三、钢中常存杂质元素的影响 钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S。是由原料带入或脱氧残留的元素。
１．硫
硫（S）是由生铁和燃料带入的杂质，炼钢时难以除尽。在固态下硫不溶于
铁，在钢中是有害元素。当钢在1000 ~ 1200℃压力加工时，由于低熔点共晶体 熔化，显着减弱晶粒之间的联系，使钢材在压力加工时沿晶界开裂，这种现象为 热脆。因此，钢中硫的质量分数必须严格控制。 ２．磷 磷（P）是由生铁和燃料带入的杂质，炼钢时难以除尽。磷能全部熔于铁素 体，提高了铁素体的强度、硬度；但在室温下钢的塑性、韧性急剧下降，变脆， 这种现象称为冷脆。所以，磷是一种有害杂质元素，因此要严格控制磷在钢中的 含量。 P一般控制在0.045%以下
b / MPa
180～280
塑性δ /% 30～50
HBS （HBW） 50～80
C M L d Pa Fe F
d b3
（ /
～0.0218
奥氏体
A
～2.11
400
40～60
120～ 220
渗碳体
珠光体 莱氏体
Feຫໍສະໝຸດ BaiduC
P
6.69
0.77 4.30
30
800
0
20～35 0
～800
180 ﹥700
2．可锻铸铁
团絮状石墨对金属基体的割裂作用大为 减弱，使其强度、塑性、韧性较灰铸铁 都有明显提高。因可锻铸铁具有一定的 塑性变形能力，故得名可锻铸铁，实际 上可锻铸铁并不可锻造。 可锻铸铁的牌号 “KT”+字母+两组数字 KTH300-06表示最低抗拉强度为300Mpa、最低延伸率为 6%的黑心可锻铸铁； KTZ450-06表示最低抗拉强度为450Mpa、最低延伸率为 6%的珠光体可锻铸铁。
与汽车钢板相比，铝合金具有密度小 （2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、 热稳定性好、易成形、可回收再生等 优点，技术成熟。德国大众公司的新 型奥迪A2型轿车，由于采用了全铝车 身骨架和外板结构，使其总质量减少 了135kg，比传统钢材料车身减轻了43 ％，使平均油耗降至每百公里3升的水 平。全新奥迪A8通过使用性能更好的 大型铝铸件和液压成型部件，车身零 件数量从50个减至29个，车身框架完 全闭合（见图）。这种结构不仅使车 身的扭转刚度提高了60%，还比同类 车型的钢制车身车重减少50%。由于 所有的铝合金都可以回收再生利用， 深受环保人士的欢迎。
带钢
第二节 汽车机械零件材料
一、非合金钢
2．按含碳量分类 1）低碳钢 低碳钢是指碳的质量分数Wc<0.25% 的铁碳合金。 2）中碳钢 中碳钢是指碳的质量分数 0.25% ≤Wc≤0.6%的铁碳合金。 3）高碳钢 高碳钢是指碳的质量分数Wc>0.6% 的铁碳合金。 齿 轮 加 工
方 钢
第二节 汽车机械零件材料
3．球墨铸铁 牌号QT+数字+数字 如：QT500-7、QT900-2等。
第一组数字代表最低抗拉强度 第二组数字代表断后延伸率 球墨铸铁是指铁水经过球化剂处理而使石墨大部分或全部呈球状分布的铸 铁，简称球铁。 性能 ： 强、塑、韧、弯曲、疲劳明显优于灰铸铁，其综合机械性能 接近于钢
管道接口
连杆
第二节 汽车机械零件材料
表1-3
第二节 汽车机械零件材料
二、合金钢
这样获得的钢称为合金钢。 常加的合金元素有：Mn（锰）、Si（硅）、Cr（铬）、Ni（镍）、Mo
合金结构钢曲轴
为了提高钢的性能，在炼钢时有意识地向钢液中加入一些合金元素，
（钼）、V（钒）、Ti（钛）、Nb（铌）、Co（钴）、Al（铝）、B
（硼）、Re（铼）等。 合金钢的表示方法：两位数字+合金元素符号+数字（名义质量分数）
铸钢牌号是 “ZG+数字+数字”。
第一组数字代表屈服极限， 第二组数字代表强度极限。
如：ZG310-570
钢 板
常用铸钢的力学性能
第二节 汽车机械零件材料
四、铸铁
1．普通灰铸铁
灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的
80%以上。
灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性和疲劳强度都比钢低得多 片状石墨降低了灰铸铁的机械性能，但由于石墨的存在灰铸铁的 耐磨性较高，具有消振性以及低的缺口敏感性，铸造性能好，且 具有优良的切削加工性。 灰铸铁的牌号由“灰铸”两字的汉语拼音 字母字头“HT”及后面的数字组成，数字 表示最低抗拉强度值。 水泵叶轮
金属材料的分类
非合金钢 低合金钢 钢铁材料 合金钢 铸钢 金属材料 铸铁 铜及其合金 铝及其合金 非铁材料 轴承合金 钛及其合金
第一节 金属材料的分类与组织
1．钢铁材料 由铁或以铁为主形成的物质，称为钢铁材料，钢铁材料是铁和 碳的合金。 钢铁材料按碳的质量分数WC进行分类：
有以下5种：
1．铁素体、2．奥氏体、3．渗碳体、 4．珠光体、5．莱氏体 物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称
纯铁的同素异构转变
同素异构转变。
第一节 金属材料的分类与组织
二、钢铁基本组织
⑴ 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称铁
素体, 用F或 表示。
铁素体
铁素体的溶碳能力很低,在727℃时最大为0.0218%，室温

第一节 金属材料的分类与组织
一、金属材料分类 二、钢铁基本组织 三、钢中常存杂质元素的影响
钢 管
第一节 金属材料的分类与组织
一、金属材料分类 金属——是指具有良好的导电性和导热性，具有一定的强度
和塑性，并具有光泽的物质。
金属材料——是指由两种或两种以上的金属元素与非金属组
成的材料。
金属材料通常分为钢铁材料和非铁金属两大类。
一、非合金钢
3．按用途分类
1）结构钢
碳的质量分数Wc<0.7%。主要用作制造不 太重要的齿轮、轴、螺栓、螺母、弹簧 齿 轮
等机械零件。
2）工具钢 含碳量分数Wc>0.7%，这类钢热处理后具
有高的硬度和耐磨性，主要用于制造工
具，如制作刃具、模具、量具等，用含 碳量的千分数表示，如T7表示含碳量为 千分之七。若为高级优质钢则在排号后 附以“A”字，如T12A等。 刀 具
常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法 表示符号（GB/T 221—2000）
名称 碳素结构钢 低合金高强度钢 易切削钢 碳素工具钢 (滚珠)轴承钢 焊接用钢 符号 Q Q Y T G H 位置 头 头 头 头 头 头 名称 桥梁用钢 锅炉用钢 焊接气瓶用钢 车辆车轴用钢 机车车轴用钢 沸腾钢 符号 q g HP LZ JZ F 位置 尾 尾 尾 头 头 尾
莱氏体分为高温莱氏体和低温莱氏体。
①高温莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，用符号 Ld 表示 ②低温莱氏体是由珠光体和渗碳体组成的共晶体，用符号 Ld 表示。
莱氏体的平均含碳量为4.3%，由于含碳量高，因此其机械性能与渗
碳体相似，硬度很高，塑性很差。
机械性能 组织名 称
铁素体
符号
含碳量/% 强度
铸铁中的石墨 钢中的渗碳体
第一节 金属材料的分类与组织
二、钢铁基本组织
4.珠光体 珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P来表示。平均含碳量为
0.77%，显微组织为片层相间、交替排列的渗碳体和铁素体形成的混
合物。其机械性能取决于铁素体和渗碳体的性能，大体上是两者性能 的平均值，故珠光体的强度较高、硬度适中，具有一定的塑性。 5.莱氏体 莱氏体是含碳量为4.3%的液态铁碳合金在1148℃时从液相中同时结晶 出的奥氏体和渗碳体的混合物。