汽车机械基础-汽车典型零件材料的选择

3.2.1 发动机和变速器典型零件材料的选择
8、汽车半轴选材 半轴的失效形式主要是疲劳断裂 （包括扭转疲劳和弯曲疲劳断裂）、过量变形、断裂 和表面过度磨损
汽车类型
材料
轿车和越野 车
载货汽车
重型车
40Cr 40MnB 18CrMnTi 42CrMo 40Cr 12CrNi4A 40MnB 40MnB
3.2 汽车典型零件的选材
3.2.1 发动机和变速器典型零件材料的选择 4、发动机连杆的选材 连杆的工作条件要求连杆既有较高的强度和抗疲劳性 能；又有足够的刚性和韧性。此外还应尽量减小连杆 自身的质量，以减小惯性力的作用。连杆的主要损坏 形式是疲劳断裂和过量变形，因此要求连杆材料必须 具备优良的综合力学性能及高的抗疲劳强度。 根据连杆的工作条件和失效形式，连杆通常采用中碳 钢和合金钢模锻或辊锻而成，常用的材料有40、45、 50、45Mn2、40Cr、35CrMo、42CrMo等
—
— — 58～63 — — 58～63 — —
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—
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—
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3.2.2 轿车车身常用材料
1．轿车身结构简介 现代的轿车车身大都采用承载式车身，车身零件种类繁多，结 构复杂。按照车身零件的安装位置和功用，可分为车身覆盖件 和车身构架。车身覆盖件是汽车车身的主要零件，影响着汽车 的美观程度，因此质量要求比较高。车身构架包括底板总成和 安全结构件
（5）积极推广应用新材料。
3.2 汽车典型零件的选材
3.2.1 发动机和变速器典型零件材料的选择
这里将介绍以下几个部件的主体选材 1、变速器齿轮 2、车辆螺旋弹簧 3、活塞销 4、发动机连杆 5、曲轴 6、凸轮轴 7、气门弹簧 8、汽车半轴
3.2 汽车典型零件的选材 1、变速器
3.2.1 发动机和变速器典型零件材料的选择 齿轮的选材
类型 沸腾钢
表3-5汽车车身常用钢材的类型、牌号
牌号
应用方式
05F、08F、10F、15F、20F
冲压件、结构件
镇静钢
05、08、10、15、20
冲压件、结构件
专用钢
08Mn、16Mn、06Ti、10Ti
大梁专用
Al脱 氧 镇 静 钢 冷 轧 板
低碳钢（ST）
08Al DC01、DC03、DC04、DC05、DC06
ZG310-570
35 20Cr 20MnVB
大齿轮 热处理 正火 调质
整体淬火
硬度 150～180HBS 190～230HBS
35～40HRC
调质 整体淬火
调质
整体淬火 调质
整体淬火 表面淬火 整体淬火 表面淬火
正火 调质 渗碳淬火
190～230HBS
35～40HRC 220～250HBS 180～230HBS 190～230HBS 35～40HRC 220～250HBS 35～40HRC 45～50HRC 35～40HRC 45～50HRC
冲压件 冲压件
冲压用
BLC、BLD、BUSD、BUFD、BSUFD
冲压件
高强度
BP、BH、BLa、DP、TRIP
冲压件、结构件
热轧钢
SAPH（310、370、400、440）
结构件
能力训练与拓展
1．几种热处理类型 （1）整体热处理：对工件整体进行穿透加热的热处理。钢铁整 体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。 （2）局部热处理：仅对工件的某一部位或几个部位进行热处理 的工艺。 （3）表面热处理：为改变工件表面的组织与性能，仅对其表面 进行的热处理工艺。
渗碳淬火+低温回火
40、45、50钢
调质或正火
感应淬火+低温回火
稀土—镁球墨铸铁
正火
感应淬火或等温淬火+低温回火
铜钒钼合金铸铁
低温回火
感应淬火+低温回火
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3.2 汽车典型零件的选材
3.2.1 发动机和变速器典型零件材料的选择 7、气门弹簧选材
气门弹簧要求弹性好，屈服强度和疲劳强度高，有一定的耐 热性。气门弹簧也可用冷拔后经油淬及回火后的钢丝制造， 绕制后经300℃～350℃加热消除冷卷簧时产生的内应力。 气门弹簧加工艺路线一般为冷卷成型→淬火→中温回火→喷 丸强化→两端磨平。
1．轿车身结构简介 现代的轿车车身大都采用承载式车身，车身零件种类繁多，结 构复杂。按照车身零件的安装位置和功用，可分为车身覆盖件 和车身构架。车身覆盖件是汽车车身的主要零件，影响着汽车 的美观程度，因此质量要求比较高。车身构架包括底板总成和 安全结构件
3.2.2 轿车车身常用材料
3．轿车身常用钢材
3.2 汽车典型零件的选材
3.2.1 发动机和变速器典型零件材料的选择 5.曲轴的选材 曲轴必须具有足够的强度、硬度、良好的耐磨性和高 的抗疲劳性能、质量要小、各工作表面要求耐磨、润 滑良好。曲轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈处磨 损，有时也发生冲击过载断裂，个别情况下发生塑性 变形或腐蚀失效。 根据曲轴的工作条件和失效形式，对于中等吨位的汽 车和轿车，曲轴常用的材料为球墨铸铁和钢。
3.2.2 轿车车身常用材料
2．轿车车身材料的种类 轿车车身结构复杂，不同零件的结构和功用不同，对材料的使 用性能要求也不同，为满足汽车节能、环保、安全、舒适的要 求，实现轻量化、高强度、高性能的目标，构成汽车的材料有 很多种。通常按照材料的成分，将汽车材料分为金属材料和非 金属材料两大类。
3.2.2 轿车车身常用材料
160～ 210HRC 190～230HBS
56～62HRC
3.2 汽车典型零件的选材
3.2.1 发动机和变速器典型零件材料的选择 2、车辆螺旋弹簧的选材
该类弹簧在长期冲击震动以及交变应力作用下，利用弹性变形 吸收冲击能量来起到缓和冲击力的效果，同时要求承受一定压 力，因此要求具有高的弹性极限，高的强度、足够的韧性等， 根据车辆载重的不同，选用不同的材料。轻型汽车常选用65Mn、 60Si2Mn钢；中型或重型汽车，板簧选用50CrMn, 55SiMnVB钢；重 型载重汽车大截面板簧选用55SiMnMoV，55SiMnMoVNb钢。
3.2 汽车典型零件的选材
3.2.1 发动机和变速器典型零件材料的选择
3、活塞销的选材
具有足够的强度、刚度和韧性，表面耐磨性好、高的抗疲劳 强度，质量尽可能小，同时要求配合面有很高的光洁度、尺 寸精度等。活塞销的主要失效形式为表面磨损和疲劳裂纹。 常见的材料为20、15C、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、20CrMnVB、 20CrMnMo等低碳合金钢。
层深 /mm
硬度 /HRC
2.5～5 —
45～58 —
5～7 3～6
54～58 49～62
4～7 4～7
52～58 52～63
— 37～44
—
— ≥247
—
—
7～10 8～10 6.5～7
—
50～55 53～60 54～57
渗碳淬火
层深 硬度 /mm /HRC
—
— 1.5～ 1.8
— — 1.2～ 1.6 —
38～48HRC
调质 整体淬火
220～250HBS 38～48HRC
调质
230～280HBS
整体淬火 表面淬火 整体淬火 表面淬火 整体淬火 表面淬火
38～48HRC 45～50HRC 53～42HRC 52～56HRC 35～42HRC 52～56HRC
渗碳淬火
56～62HRC
材料 35 ZG270-500 35、ZG270500 35、ZG270500 35 45、50 ZG270-500 35、40 35 45 35、40 45、50 35、40 45、50
第1篇 汽车工程材料
第1章
金属材料的力学性能
第2章
常用金属材料
第3章 汽车典型零件材料的选择
第4章
非金属材料
第3章 汽车典型零件材料的选择
3.1 零件材料选择的基本原则及方法
3.2 汽车典型零件的选材
能力训练与拓展
思考题
3.1零件材料选择的基本原则及方法
机械零件材料的选择一般遵守以下几点。 （1）材料使用性能应满足零件的使用要求。 （2）材料的工艺性应满足加工要求。 （3）选材时还应考虑经济性。在保证产品使用性能的前提下， 尽量采用生产和使用成本较低的材料。 （4）环境与资源原则。选材时，应该充分考虑对环境的影响。 要减少材料使用量、延长零件寿命、材料再利用率高、环境污染 小、废气排放少、材料回收及降解等对环境有益的原则进行选材
能力训练与拓展
2．常用热处理工艺简述 退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火” 热处理工艺一般包括加热、保温和冷却三个过程，有时只有加热 和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。 ① 退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然 后缓慢冷却的热处理工艺。 ② 正火：工件加热到奥氏体化后在静止的空气中冷却的热处理 的工艺。 ③ 淬火：工件加热到奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或 （和）贝氏体组织的热处理工艺。
能力训练与拓展
1．几种热处理类型 （4）化学热处理：将工件置于适当的活性介质中加热、保温， 使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性 能的热处理。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工 件表层的化学成分。主要方法有渗碳、渗氮、渗金属、复合渗等 （5）预备热处理：为调整原始组织，以保证工件最终热处理或 （和）切削件质量，预先热处理的工艺。 （6）稳定化处理：为使工件在长期服役的条件下形状和尺寸变 化能够保持在规定范围内的热处理。
40CrMnMo 40Cr 40CrNi
47MnTi
预备热处理
—
正火 正火 正火 正火 正火187～ 241HBW 正火229～ 269HBW 退火≤255HBW 退火
整体调质
杆部硬 法兰硬 度/HRC 度/HBW
25～40
37～44 41～47
≥249 ≥247
—
—
28～32 —
—
—
—
—
—
—
—
感应淬火
工作条件
速度
载荷
低速
中载 重载
中速
中载
材料 45 ZG310-570 45
45 45
40Cr 40MnB
重载
中载，无 猛烈冲击
45
40Cr 40MnB
40Cr 40MnB
高速
20Cr
中载，有 20Mn2B
冲击
20MnVB
20CrMnTi
小齿轮 热处理 正火 调质
整体淬火
硬度 200～250HBS 200～250HBS
能力训练与拓展
2．常用热处理工艺简述 退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火” 热处理工艺一般包括加热、保温和冷却三个过程，有时只有加热 和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。 ④ 回火：指钢件经淬硬后，再加热到710℃以下的某一温度，保 温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。，其中的淬火与回 火关系密切，常常配合使用，缺一不可。 ⑤ 固溶处理：指使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高 韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型的工艺。 ⑥ 时效处理和时效：工件经过固溶热处理或淬火后在室温放置 或稍高于室温的适当温度保持，以达到沉淀硬化的目的。在室温 下称为自然时效，在高于室温下进行的称人工时效。
3.2 汽车典型零件的选材
3.2.1 发动机和变速器典型零件材料的选择 6、凸轮轴选材
凸轮轴必须具有良好的接触疲劳强度和抗擦伤性，高硬度和较好
的耐磨性，接触表面具有足够的强度和刚性，可承受气门开启的
周期性冲击载荷的作用。凸轮轴常用材料及热处理工艺如表3-3
所示。
材料
预备热处理
热处理
15、20、15Cr、20Cr钢 调质或正火
能力训练与拓展
2．常用热处理工艺简述 ⑦ 钢的碳氮共渗：碳氮共渗是对钢的表层同时渗入碳和氮的过 程。 ⑧ 调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为 调质处理。 ⑨ 钎焊：用钎料将两种工件黏合在一起的热处理工艺。
复习思考题
3-1 什么是热处理？零件热处理的类型有哪些？ 3-2 热处理的技术内容包括哪些？ 3-3 热处理的工艺有哪些？ 3-4 汽车车身常用材料有哪些？ 3-5 弹簧的工作条件是什么样的，常见的失效形式有哪些？气门弹簧对材料有哪些要求 ？ 3-6 根据下列要求选择齿轮的材料。 （1）受力不的低速大型齿轮； （2）承受强烈摩擦和冲击、中等载荷、中速的中等尺寸齿轮； （3）承受大载荷、无冲击、小尺寸齿轮； （4）小载荷、中等尺寸齿轮。 3-7 汽车半轴应选用何种材料？采用何种热处理方法？ 3-8 汽车发动机连杆对材料有哪些要求？请举例说明可以制造连杆的新材料有哪些？ 3-9 含磷高强度冷轧钢板有何特点？汽车车身的哪些零部件采用此材料？ 3-10 哪些材料适合制造汽车车身的前后梁，车门立柱？