《汽车机械基础》模块二 汽车材料

陶瓷产品的种类很多，性能各异，其特点是硬度高、抗压强度大、耐 高温、隔热性和绝缘性能优异。一些精细陶瓷具有导电、透明、导磁、超 高频绝缘、红外线透过率高的特性，以及具有压电、铁电、声光等能量转 换的功能。
1．陶瓷的分类与性能镁合金及在汽车上的应用
陶瓷通常分为传统陶瓷和精细陶瓷两大类。 （1）传统陶瓷
① 镁－锰系合金
② 镁－铝－锌系合金
③ 镁－锌－锆系合金
（2）镁合金零件在汽车上应用
目前，汽车上应用的镁合金零部件主要有两类共60多种，如离合器外壳、 变速器体、发动机前盖、曲轴箱等壳体类，以及转向盘、座椅支架、仪表板 框架、转向支架、车镜支架等支架类。
最早用镁合金生产汽车零件的是德国大众汽车公司，早在70多年前，就 用镁合金生产轿车的变速器壳 体件，一直沿用至今。目前在 德国大众公司生产的捷达A4、 奥迪A4、A6轿车的变速器壳 体、离合器壳体、差速器壳体 等零件均为镁合金压铸件，镁 合金零部件如图2-16所示。
③ 滚动轴承钢 ④ 特殊性能钢
（3）合金结构钢 合金结构钢是在优质或高级优质碳素结构钢的基础上加入适量合金元
素的钢。它主要用于制造各种重要的机器零件和受力工程结构，要求有较 高的力学性能和较好的加工工艺性能。合金结构钢按用途分类如下：
汽车用铸铁
1． 铸铁的分类
铸铁根据碳的存在形式不同，可分为以下几类。 （1）白口铸铁 （2）灰铸铁 （3）可锻铸铁 （4）球墨铸铁
课题1 汽车金属材料
汽车用钢
1． 钢的分类
碳钢又称碳素钢，通常指碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金钢。因 其冶炼简单，加工方便，价格便宜，性能可以满足一般工程使用，所以是 制造各种机器、工程结构等最主要的材料。
碳钢的分类方法很多，常用的分类方法有如下几种。 （1）按碳的质量分数分类
（2）按材质（主要根据硫、磷质量分数）分类
防锈铝合金
硬铝合金
超硬铝合金
锻铝合金
② 铸造铝合金。铸造铝合金简称铸铝，在汽车上应用较多，铸造铝合金的系 列有铝硅系合金、铝铜系合金、铝镁系合金和铝锌系合金。
铸造铝合金使用量占汽车用铝80％以上。主要用于制造离合器壳体、变 速器壳体、后桥壳、转向器壳体、摇臂盖、正时齿轮壳体等壳体类发动机零 件，以及保险杠、车轮、发动机框架、转向节、液压泵体、制动钳、油缸及 制动盘等非发动机结构件。
课题2 汽车非金属材料
玻璃及橡胶制品
1． 玻 璃
（1）玻璃的种类
① 建筑玻璃 ④ 玻璃纤维
② 技术玻璃 ⑤ 汽车玻璃
③ 日用玻璃
（2）汽车玻璃的发展
汽车自从生产之日起，就离不开车用玻璃。不过，最初的汽车制造商 认为汽车玻璃只不过是起到抵御风寒、防止雨水、尘土的作用。
20世纪50年代初期，当时汽车制造商大都使用普通平板玻璃和热弯玻 璃作为汽车用玻璃，发生交通事故时，导致玻璃破碎，碎片像锋利的刀一 样，造成大量的人身伤亡。
形变铝合金在现代轿车上的应用品种有板材、型材、锻件、管材等。 车身上面板可用防锈铝或硬铝生产，例如，车门、发动机罩、行李舱盖、 车盖、地板和翼子板。一些框架可采用铝合金型材。铝制保险杠也可用防锈 铝或硬铝，由板材加工而成或挤压型材料加工而成，后者带有加强筋，如图 2-13所示。
铸造铝合金在轿车上的应用以铸造铝为主。发动机部分汽缸体以及曲轴 箱、气缸盖、活塞、连杆、摇臂托架、进气歧管、滤清器、发动机后盖、发 动机架及泵壳等使用的就是铸造铝材料，如图2-14所示。
（2）铝合金在轿车上的应用
近10年来，铝在汽车上的用量和在汽车材料构成比中所占份额都有明显 的增加。由铝合金制造的制件已经遍及汽车的发动机、底盘、车身等各个部 分，如图2-12所示，甚至在国外已有全铝汽车问世。铸造铝合金是轻量化的 首选材料，在轻量化材料中起到特别重要的作用。铝作为能使车体质量实现 轻量化的材料而备受瞩目。
（3）汽车玻璃的分类
汽车用玻璃分为安全玻璃、夹层玻璃、钢化玻璃、有色玻璃、区域钢 化玻璃。
2． 橡 胶
（1）认识橡胶
橡胶是一种在使用温度下处于高弹态的高分子材料，分子量一般在几十 万以上，有的甚至达到１００ 万左右。橡胶与其他材料最基本的区别是其 弹性模量低且具有很高的伸长率，即具有高弹性，同时具有优良的伸缩性和 积储能量的能力。另外，橡胶具有高的抗拉和疲劳强度，并且具有良好的耐 磨性、隔声性、不透水、不透气、耐酸碱和电绝缘性等性能，某些特种合成 橡胶，还具有耐油、耐化学品腐蚀、耐热、耐寒、耐燃、耐老化、耐辐射等 特点。未经硫化的橡胶还能与其他材料，如金属、纤维、塑料、石棉、软木 等组合成兼有两者特性的复合材料和制品。
2．陶瓷在汽车中的应用
陶瓷在汽车上的最早应用是制造火花塞，如图2-23 所示。现代汽车 中，陶瓷常用于制作各种传感器，如爆震传感器、氧传感器、温度传感器 等，或用于替代金属材料制作发动机和热交换器零件。近年来，一些特种 陶瓷被用于制作发动机部件或整机、气体涡轮部件等，可以达到提高热效 率、降低耗能、减轻自重的目的。例如，日本五十铃汽车公司研 制的陶瓷发动机采用陶瓷制造进、排气管，可以承受800～ 900℃的高温， 取消了隔热板，减少了发动机体积，并使排气净化效果提高2倍。
ห้องสมุดไป่ตู้
（2）汽车橡胶制品
① 汽车轮胎 ④ 皮碗 ⑦ 胶带
② 密封条 ⑤ 防尘套 ⑧ 减振
③ 油封 ⑥ 软管
汽车用陶瓷材料
陶瓷是以天然矿物或人工合成的各种化合物为基本原料，经粉碎、成 形和高温烧结等工序制成的一种无机非金属固体材料。陶瓷材料在汽车上 的应用越来越广，如耐高温、高压的火花塞，陶瓷发动机等。
传统陶瓷是以天然的硅酸盐矿物为原料烧制而成的，也叫硅酸盐陶瓷， 主要用于日用、建筑、卫生陶瓷制品以及工业上应用的高低压电陶瓷、耐酸 及过滤陶瓷等。 （2）精细陶瓷
为了与传统陶瓷相区别，人们将近代发展起来的各种陶瓷总称为精细陶 瓷，也可称为新型陶瓷、高技术陶瓷或特种陶瓷。精细陶瓷按照性能又可分 为高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、压电陶瓷、电介质陶瓷、 光学陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷、卫生陶瓷。按化学组成，可将精细陶瓷 分为氧化物（氧化铝、氧化锆、氧化镁）陶瓷、氮化物（氮化铝、氮化硅、 氮化硼）陶瓷、碳化物（碳化硅、碳化硼）陶瓷、复合陶瓷（氧氮化 硅铝陶瓷、镁铝尖晶石陶瓷、锆钛酸铅镧陶瓷）、金属陶瓷和纤维增强陶瓷。 按用途可将精细陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷。
模块二 汽车材料
知识目标
●了解汽车用钢的分类 ●了解汽车用铸铁的分类 ●了解铝合金、镁合金在汽车中的应用 ●了解汽车用玻璃、橡胶、陶瓷的一般特性
技能目标
●能够区分普通碳素钢、优质碳素钢在汽车中的应用；
●能够区分合金渗碳钢、合金弹簧钢在汽车零件中的 应用；
●能够区分铸铁在汽车中的应用；
●能够选择铝合金、镁合金材料用于汽车零件的制造。
2．铸铁在汽车上的应用
（1）灰铸铁
灰铸铁常用于制造机床床身、机架、箱体、壳体以及承受摩擦的导轨、 缸体等零件。在汽车上多用于不镶缸套的整体缸体、缸盖等零件的制造。灰 铸铁在汽车上应用较为广泛，还可用以制造飞轮、飞轮壳、变速器壳及盖、 离合器壳及压板、进排气支管、制动鼓以及液压制动主缸和轮缸的缸体等。
（3）按用途分类
（4）按炼钢的脱氧程度分类
2． 普通碳素结构钢在汽车中的应用 3． 优质碳素结构钢在汽车上的应用
（1）普通含锰量的优质碳素结构钢 （2）较高含锰量的优质碳素结构钢
4． 碳素铸钢在汽车中的应用
5． 合金钢
（1）合金钢的分类
① 按用途
② 按合金元素的含量
（2）合金钢的牌号 ① 合金结构钢 ② 合金工具钢
底盘上采用铝铸件的零件有离合器壳、离合器分离圆盘、变速器换挡 拨叉、减速器、车架、阵桥、悬架、转向器壳、转向操纵轴管、转向轮毂、 制动鼓（有的镶嵌铸铁衬套）、制动器活塞和制动主缸等。车架、车桥等 零部件使用铝合金，不仅可减重，还有利于减振，如图2-15所示。
2．镁合金及在汽车上的应用
（1）镁合金分类
50年代后期开始使用全钢化玻璃作为前风窗玻璃，后来发现一旦玻璃 破碎，全钢化玻璃的碎片不能保证驾驶员的视野，而且小颗粒碎片造成了 对眼睛的严重伤害，致使驾驶员不能有效地采取制动措施，导致二次事故 的发生。
到了60年代，国外规定了前风窗玻璃破碎时要有一定的视野，不得使 用全钢化玻璃作为风窗玻璃，此项规定大大减少了因玻璃破碎而引起的人 身伤亡。
（2）球墨铸铁在汽车上的应用
球墨铸铁作为一种高强度又兼有良好塑韧性的金属材料已被汽车行业 广泛采用，用于桥壳、减速器壳、轮毂、制动件等多种底盘零件，以及取 代部分锻钢生产曲轴、连杆和齿轮等重要零件的生产。
合金材料在汽车中的应用
1．铝合金在汽车中的应用
（1）铝合金的分类
铝合金按加工特点和化学成分的不同，可分为形变铝合金和铸造铝合金 两类。 ① 形变铝合金。形变铝合金又称压力加工铝合金，这类铝合金的特点是塑性 好，可进行冷热状态下的压力加工。按性能及用途可分为防锈铝合金、硬铝 合金、超硬铝合金、锻铝合金等几种。按其能否热处理强化可分为不能热处 理强化和能热处理强化两类。其中，防锈铝合金不能热处理强化。常用形变 铝合金种类如下。