汽车工程材料优秀课件
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1）耐腐蚀性
指金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气等介质腐蚀的能力。常 见的钢铁生锈、铜生铜绿等就是腐蚀现象。一般可采用改变 金属材料成分或进行表面处理等方法来提高金属的耐腐蚀性。
2）抗氧化性
指金属在高温时对氧化作用的抵抗能力。为避免金属材 料氧化，常在坯件或材料的周围制造一种还原气氛或保护气 氛，以减轻金属材料的氧化。
零件在选材时就要考虑零件的密度。例如，汽车发动机的 活塞要求运动时惯性小、质量轻。因此，常用密度较小的铝合 金来制造。
2）熔点
纯金属或合金从固态向液态转变时的温度称为熔点。纯 金属的熔点是固定的，而合金的熔点决定于它的成分，如钢 和生铁都是铁和碳的合金，但由于含碳量不同，它们的熔点 也不同。通常熔点低的金属在进行材料加工时易于进行铸造 和焊接。
用单位为兆帕（MPa）， 换算关系有
3）导热性
金属材料传导热量的性能，称为导Baidu Nhomakorabea性。常用热导率来 衡量金属导热性的好坏。
热导率的符号是 ，合金的热导率比金属的热导率小。
导热性能好的金属散热性能也好，所以汽车上的散热器常用 铝、铜等金属材料制造。
4）热膨胀性
随着温度变化，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）
的现象称为热膨胀，多用线膨胀系数来衡量，亦即温度变化
5.1.2 金属材料的性能 金属材料的性能主要包括使用性能和工艺性能两方面，
其中使用性能又包括物理性能、化学性能和机械性能等。它 们是指导生产、选用材料、设计机械零件及制定加工工艺的 主要依据。
1.金属的物理性能
1）密度
密度是指物质单位体积的质量，用符号 表示，单位为
kg／m3。
金属材料的密度直接关系到它所制成设备的自重和效能。 一般密度小于5×103kg／m3的金属称为轻金属，密度大于 5×103kg／m3的金属称为重金属。
4.金属的机械性能 汽车用金属材料，最重要的性能是机械性能，它是衡量
金属材料的主要指标之一。
金属在一定温度条件下承受外力（载荷）作用时，抵抗 变形和断裂的能力称为金属材料的机械性能。材料受载荷作 用后的变形可分为压缩、拉伸、剪切、扭转和弯曲等。
金属材料在不同载荷作用下的变形如图5-1所示。
图5-1 金属材料的变形
3）可铸性
可铸性反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表 现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点、铸件显 微组织的均匀性、致密性以及冷缩率等。一般来说，铸铁、 铸造铝合金具有较好的可铸性。
4）可焊性
可焊性反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速 熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一 起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、 氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附 近用材显微组织的相关性对机械性能的影响等。
1℃时材料长度的增减量与其0℃时的长度之比，用 表示。 在零件的测量中必须考虑热膨胀性的因素，轴与轴瓦的
装配间隙必须根据材料的热膨胀性来确定，不同金属焊接时 要考虑线膨胀系数是否接近等。
5）导电性
金属材料传导电流的性能称为导电性。衡量金属材料导 电性的指标是电阻率，电阻率越小，金属的导电性能越好。
金属的导电性以银为最好，铜、铝次之，工业上常用铜、 铝及其合金作为导电材料。
6）磁性
金属导磁的性能称为磁性。根据金属材料在磁场中受磁 化程度的不同，可分为铁磁材料、顺磁材料、抗磁材料3类。
铁磁材料能在外磁场中强烈地被磁化；顺磁材料只能在 外磁场中微弱地被磁化；抗磁材料能抗拒、削弱磁场对材料 本身的磁化作用。磁性材料是汽车上的电动机、仪表等电器 设备不可缺少的材料。
2.金属的化学性能
汽车工程材料
第5章 汽车工程材料
5.1 汽车用金属材料
5.1.1 金属材料的分类
金属材料是汽车制造业中使用的基本原料，汽车中大约 有80％的零件是用金属材料制造的，而金属材料中又以钢铁 材料的用量为最多。
金属材料一般分为如下两类。
（1）黑色金属 黑色金属主要指铁及铁基合金，如钢、铸 铁等。
（2）有色金属 有色金属是指除黑色金属以外的所有金属， 如铜、铝、镁、钛等以及它们的合金。
2）可锻性
可锻性反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度。 例如，将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性
变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀 冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、 热变形时金属的流动性、导热性能等。一般来说，低碳钢具 有良好的可锻性，铸铁则较差。
金属材料承受的载荷有多种形式，可以是静态载荷，也可 以是动态载荷，包括单独或同时承受的拉伸应力、压应力、 弯曲应力、剪切应力、扭转应力，以及摩擦、振动、冲击等。
1）强度
强度表征材料在外 力作用下抵抗变形和破 坏的最大能力，可分为 抗拉强度极限（ b ）、 抗弯强度极限（ bb ）、 抗压强度极限（ bc）等。
由于金属材料在外 力作用下从变形到破坏 有一定的规律可循，因 而通常采用拉伸试验进 行测定，即把金属材料 制成一定规格的试样， 在拉伸试验机上进行拉 伸，直至试样断裂。
图5-2 金属材料的拉伸试验曲线
（1）强度极限
材料在外力作用下能 抵抗断裂的最大应力，一 般指拉力作用下的抗拉强
度极限，以 b 表示，常
5）热处理性能
热处理性能是指金属材料适应各种热处理方法的能力， 主要指金属材料在热处理中的可淬硬性、淬透性、变形开裂 倾向、遇热敏感性、回火脆性倾向、冷脆性等。
金属材料的工艺性能对于机械零件加工工艺方法的选择 极为重要。例如，铸造性能和切削加工性能较好的灰口铸铁 可广泛应用于制造形状和尺寸较复杂的零件；压力加工性能 和焊接性能较好的低碳钢常用来制造外形较复杂的零部件 （如汽车车身、蒙皮等）。
在选用汽车材料时，必须考虑其抗氧化性能。例如，汽 车发动机排气门工作在高温高压的环境中，就应该选择抗氧 化性好的材料制造。
3.金属的工艺性能
金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺 性能，主要有以下5个方面。
1）切削加工性能
切削加工性能反映的是用切削工具对金属材料进行切削 加工（例如车削、铣削、刨削、磨削等）的难易程度。一般 来说，铸铁、铝合金具有较好的切削加工性能，高合金钢的 切削加工性能则较差。
指金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气等介质腐蚀的能力。常 见的钢铁生锈、铜生铜绿等就是腐蚀现象。一般可采用改变 金属材料成分或进行表面处理等方法来提高金属的耐腐蚀性。
2）抗氧化性
指金属在高温时对氧化作用的抵抗能力。为避免金属材 料氧化，常在坯件或材料的周围制造一种还原气氛或保护气 氛，以减轻金属材料的氧化。
零件在选材时就要考虑零件的密度。例如，汽车发动机的 活塞要求运动时惯性小、质量轻。因此，常用密度较小的铝合 金来制造。
2）熔点
纯金属或合金从固态向液态转变时的温度称为熔点。纯 金属的熔点是固定的，而合金的熔点决定于它的成分，如钢 和生铁都是铁和碳的合金，但由于含碳量不同，它们的熔点 也不同。通常熔点低的金属在进行材料加工时易于进行铸造 和焊接。
用单位为兆帕（MPa）， 换算关系有
3）导热性
金属材料传导热量的性能，称为导Baidu Nhomakorabea性。常用热导率来 衡量金属导热性的好坏。
热导率的符号是 ，合金的热导率比金属的热导率小。
导热性能好的金属散热性能也好，所以汽车上的散热器常用 铝、铜等金属材料制造。
4）热膨胀性
随着温度变化，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）
的现象称为热膨胀，多用线膨胀系数来衡量，亦即温度变化
5.1.2 金属材料的性能 金属材料的性能主要包括使用性能和工艺性能两方面，
其中使用性能又包括物理性能、化学性能和机械性能等。它 们是指导生产、选用材料、设计机械零件及制定加工工艺的 主要依据。
1.金属的物理性能
1）密度
密度是指物质单位体积的质量，用符号 表示，单位为
kg／m3。
金属材料的密度直接关系到它所制成设备的自重和效能。 一般密度小于5×103kg／m3的金属称为轻金属，密度大于 5×103kg／m3的金属称为重金属。
4.金属的机械性能 汽车用金属材料，最重要的性能是机械性能，它是衡量
金属材料的主要指标之一。
金属在一定温度条件下承受外力（载荷）作用时，抵抗 变形和断裂的能力称为金属材料的机械性能。材料受载荷作 用后的变形可分为压缩、拉伸、剪切、扭转和弯曲等。
金属材料在不同载荷作用下的变形如图5-1所示。
图5-1 金属材料的变形
3）可铸性
可铸性反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表 现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点、铸件显 微组织的均匀性、致密性以及冷缩率等。一般来说，铸铁、 铸造铝合金具有较好的可铸性。
4）可焊性
可焊性反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速 熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一 起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、 氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附 近用材显微组织的相关性对机械性能的影响等。
1℃时材料长度的增减量与其0℃时的长度之比，用 表示。 在零件的测量中必须考虑热膨胀性的因素，轴与轴瓦的
装配间隙必须根据材料的热膨胀性来确定，不同金属焊接时 要考虑线膨胀系数是否接近等。
5）导电性
金属材料传导电流的性能称为导电性。衡量金属材料导 电性的指标是电阻率，电阻率越小，金属的导电性能越好。
金属的导电性以银为最好，铜、铝次之，工业上常用铜、 铝及其合金作为导电材料。
6）磁性
金属导磁的性能称为磁性。根据金属材料在磁场中受磁 化程度的不同，可分为铁磁材料、顺磁材料、抗磁材料3类。
铁磁材料能在外磁场中强烈地被磁化；顺磁材料只能在 外磁场中微弱地被磁化；抗磁材料能抗拒、削弱磁场对材料 本身的磁化作用。磁性材料是汽车上的电动机、仪表等电器 设备不可缺少的材料。
2.金属的化学性能
汽车工程材料
第5章 汽车工程材料
5.1 汽车用金属材料
5.1.1 金属材料的分类
金属材料是汽车制造业中使用的基本原料，汽车中大约 有80％的零件是用金属材料制造的，而金属材料中又以钢铁 材料的用量为最多。
金属材料一般分为如下两类。
（1）黑色金属 黑色金属主要指铁及铁基合金，如钢、铸 铁等。
（2）有色金属 有色金属是指除黑色金属以外的所有金属， 如铜、铝、镁、钛等以及它们的合金。
2）可锻性
可锻性反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度。 例如，将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性
变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀 冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、 热变形时金属的流动性、导热性能等。一般来说，低碳钢具 有良好的可锻性，铸铁则较差。
金属材料承受的载荷有多种形式，可以是静态载荷，也可 以是动态载荷，包括单独或同时承受的拉伸应力、压应力、 弯曲应力、剪切应力、扭转应力，以及摩擦、振动、冲击等。
1）强度
强度表征材料在外 力作用下抵抗变形和破 坏的最大能力，可分为 抗拉强度极限（ b ）、 抗弯强度极限（ bb ）、 抗压强度极限（ bc）等。
由于金属材料在外 力作用下从变形到破坏 有一定的规律可循，因 而通常采用拉伸试验进 行测定，即把金属材料 制成一定规格的试样， 在拉伸试验机上进行拉 伸，直至试样断裂。
图5-2 金属材料的拉伸试验曲线
（1）强度极限
材料在外力作用下能 抵抗断裂的最大应力，一 般指拉力作用下的抗拉强
度极限，以 b 表示，常
5）热处理性能
热处理性能是指金属材料适应各种热处理方法的能力， 主要指金属材料在热处理中的可淬硬性、淬透性、变形开裂 倾向、遇热敏感性、回火脆性倾向、冷脆性等。
金属材料的工艺性能对于机械零件加工工艺方法的选择 极为重要。例如，铸造性能和切削加工性能较好的灰口铸铁 可广泛应用于制造形状和尺寸较复杂的零件；压力加工性能 和焊接性能较好的低碳钢常用来制造外形较复杂的零部件 （如汽车车身、蒙皮等）。
在选用汽车材料时，必须考虑其抗氧化性能。例如，汽 车发动机排气门工作在高温高压的环境中，就应该选择抗氧 化性好的材料制造。
3.金属的工艺性能
金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺 性能，主要有以下5个方面。
1）切削加工性能
切削加工性能反映的是用切削工具对金属材料进行切削 加工（例如车削、铣削、刨削、磨削等）的难易程度。一般 来说，铸铁、铝合金具有较好的切削加工性能，高合金钢的 切削加工性能则较差。