钣金材料及钢的热处理(汽车钣金工基本技术)

• 非金属材料：如塑料、橡胶、玻璃等是 汽车钣金不可缺少的用料。 • 特点：质量轻、成本更低、绝缘、抗腐 蚀等 • 缺点：强度低、导热性差、不能焊接。 • 复合材料：金属与非金属的混合材料， 也有多种元素的混合材料是现代新技术。 • 具有金属材料和非金属材料的优点。
一、金属材料的物理性能
• 金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热膨 胀性、导热性、导电性、磁性和耐磨性。 • 由于机器零件的用途不同，对其物理性能的要 求也不同。同时，材料的一些物理性能对热加 工工艺也有一定的影响。 • 飞机零件要选用密度小的铝合金来制造 • 机器的机身就要选用铸铁来制造 • 电器零件首先考虑导电性等。
汽车钣金材料及钢的热处理
主 讲 郑 为 民
第一节 金属材料的基本性能
• 汽车钣金材料有：金属、非金属和复合材料 三种。以薄板料或型材料为主。 • 金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。 • 黑色金属：以铁和铁基合金所构成的材料， • 也就是钢铁。 • 有色金属：铁和铁基以外的金属材料， • 也就是有颜色的金属。 • 金属材料是机械制造的主要材料。
• 如果在交变应力作用下，材料发生了断 裂，这种现象叫疲劳破坏。
4．硬度
• 硬度是指金属材料抵抗更硬的物体压入其表面的能力。
• 它是金属材料性能的一个综合物理量，表明金属材料 在一个小的体积范围内抵抗变形或破坏的能力。
• 硬度也是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压 痕或划痕的能力，是衡量材料软硬的判据，材料的硬 度越高，耐磨性越好，故也常将硬度值作为衡量材料 耐磨性的重要指标之一。 • 常用的金属硬度测试方法有布氏硬度法和洛氏硬度法
7．耐磨性 • 指金属材料在工作过程中承受磨损的耐久程度。 耐磨性直接影响零件的性能和使用寿命。材料的 耐磨性与其硬度、表面粗糙度、摩擦系数、运动 速度等有关。
二、金属材料的机械性能
• 金属材料的机械性能又称力学性能，是 指受外力作用时所反映出来的承载性能。 在机械工程中，它是衡量金属材料性能 最重要的标志。 • 机械性能包括：强度、冲击强度、疲劳 强度、硬度、弹性、塑性、化学性能和 工艺性能等。
1、钢的分类
2．钢的牌号
• 我国钢材的牌号是采用国际化学符号和汉语拼音字母并 用的原则来表示的。
• 钢号中的化学元素采用国际化学符号来表示，如Fe铁、 si硅 、P磷 、Mn锰 、Cr铬 、w钨等， • 产品名称、用途、冶炼和浇注方法等则采用汉语拼音的缩 写字母来表示。 (1)碳素结构钢的牌号： • ①普通碳素结构钢。其牌号依次以钢的屈服点“屈” 字汉语拼音首位字母Q、屈服点数值(MPa)、质量等级 (A、B、C、D依次提高)、脱氧方法(F－沸腾钢，B－半 镇静钢，z－镇静钢，TZ－特殊镇静钢，其中z和rZ代号 可省略)组成。如：Q235一AF即表示屈服点数值为 235MPa的A级沸腾钢。
• ②合金工具钢 • 合金工具钢牌号的表示方法原则上和合金结 构钢大致相同，所不同的仅是含碳量的表示方 法。如平均含碳量>1.0％，则不标出含碳量； 平均含碳量<1.0％，则在牌号前以千分之几表 示。例如3cr2W8表示含碳量为O.3％左右、 含铬量为2％左右、含钨量为8％左右的合金工 具钢；D12Me)v表示含碳量为1.45％～1.70 ％、含铬量为12％左右，并含有钼和钒的合金 工具钢。
• ③碳素工具钢。 • 碳素工具钢的牌号有T7、T8、T9、 T10、T11、T12、T13等，字母T表 示碳素工具钢，数字表示平均含碳量为 千分之几。高级优质碳素工具钢在牌号 后面加字母“A”。 • 例如T8表示含碳量为0.8％左右的碳素 工具钢；T10A表示含碳量在1.0％左右 的高级优质碳素工具钢。
1．密度 • 金属材料单位体积的质量称为该金属材料的密 度，密度的单位为g／Cm3或kg／m3，不同的金 属具有不同的密度。 2．熔点 • 金属由固态熔化成液态时的熔化温度称为金属 材料的熔点。 • 熔点低 金属或合金可用来制造焊锡或熔丝 • 熔点高 金属或合金可用以制造耐热零件。 3．热膨胀性 • 它是指固态金属热胀冷缩的性能，工程上常用 线膨胀系数来表示。如柴油机的活塞在气缸内既要 自由往复运动，又需要保证良好的气密性，因此， 活塞和气缸套材料的热膨胀性要相接近。
课程总结
•金属材料的物理性能？ •金属材料的机械性能？
第二节钢及其热处理一Fra bibliotek钢碳 钢：也称碳素钢 含碳量在0.0218％～2.11％范围内； 铸 铁：含碳量大于2.11％的铁碳合金； 纯 铁：含碳量低于0.0218％的铁碳合金； 合金钢：在碳钢的基础上，加入某些合金 元素而炼成的钢。
• 碳是决定钢性能最主要的元素，钢中的杂质 对钢性能也有一定的影响。在含碳量小于 0.8％的碳钢中，随着含碳量的增加，钢的 强度、硬度不断提高，塑性、韧性（冲击强度） 不断降低。含碳量大于O.8％的碳钢，随着 含碳量的增加，钢的强度不再增加，但硬度 还有提高，塑性、韧性继续降低。 • 热处理：碳钢或合金钢经热处理后，不仅可 以显著提高其综合机械性能，还能满足某些 特殊性能的要求，如可获得较高的硬度、淬 透性、耐腐蚀性、红硬性(高温下保持高硬 度和高耐磨性)等等。
1．强度
• 强度是金属材料在外力作用下抵抗变形和破 坏的一种能力。金属材料的强度越高，表示所 能承受的外力越大。 • 强度指标有屈服强度和抗拉强度两项。 • 屈服强度也称刚度：也可理解为金属材料在受 力时抵抗弹性变形的能力。 • 屈服强度——试棒开始产生屈服(塑性变形)时 的最低载荷(N)。脆性材料无屈服强度。
2 ．冲击强度
• 冲击强度也叫冲击韧性 • 金属材料抵抗冲击载荷的能力。冲击载 荷作用的速度快，应力及变形分布不均匀， 因而其对材料的破坏作用远大于静载荷。 • 规范规定，将带V型缺口的试件在冲 击荷载作用下，以破坏后缺口处单位面积 上所消耗的功来表示。
3．疲劳强度
• 当金属材料在无数次重复交变载荷作 用下而不至于引起断裂的最大应力，叫 疲劳强度。
4．导热性 • 金属材料传递热量的能力，常用热导率表示。 由于不同的金属材料导热性能不同，因此，制 造零件时要考虑到导热性能。例如，散热器、 活塞等需选用导热性好的材料制造；通常有色 金属比黑色金属导热性好。 5．导电性 • 金属传导电流的能力，常用电阻率来表示。 所有的金属都能导电，但导电的能力有大、小。 导电性最好 银 铜 铝。工业上常用它 们制造电器产品，如电线、电缆、器元件等。
6．塑性
• 金属材料在较大外力作用下产生永久变 形而又不引起破坏的性能，叫塑性。在 外力消失后留下来的这部分不可恢复的 变形称为塑性变形。金属材料是既具有 弹性，硬度又具有塑性的材料。 • 塑性也是通过拉伸试验测定的。
7 ．化学性能和工艺性能
• 化学性能 • 金属材料抵抗各种化学作用的能力， 如耐酸性、耐碱性、抗氧化性等. • 工艺性能 • 工艺性能即铸造性、可锻性、可焊 性、切削加工性等。
剪刀的刃口部分 扳手、改锥刃口、弹簧 机床齿轮、主轴的耐磨部分 冷冲模
HRC（洛氏）
60～65
50～65 43～48 45～58 58～64
5．弹性
• 金属材料在外力作用下或多或少都要产生变 形，当外力撤除后，金属可能全部恢复或部 分恢复原状。这种恢复其原来形状的性能， 叫弹性；随外力消失而消失的变形称为弹性 变形。
• 抗拉强度又称破坏强度或断裂强度。指 材料在拉断前承受最大应力值。还有抗 弯强度等指标。 • 抗拉强度——试棒被拉断前所承受的最 高载荷(N)；单位为MPa。 • 强度的测试一般是将被测金属制成标准 试棒，试验时，将试棒夹紧在拉伸试验 机上，慢慢地施加载荷，直至试棒被拉 断为止 1-1 圆形拉伸试样 图
•
布氏硬度用符号HB表示。当用淬火钢球为压头 时，写成HBS，适用于测量布氏硬度值在450以 下的金属材料；当用硬质合金球为压头时，写成 HBW，适用于测量布氏硬度值在450～650之间 的金属材料。硬度数值标写在布氏硬度符号之前， 例如230HBS、500HBW等。 • 洛氏硬度根据压头和压力不同，分别用HRA、 HRB、HRC：表示，其中HRC最为常用。硬度数 值标写在洛氏硬度符号之后。 • 布氏硬度值和洛氏硬度值之间没有理论上的换算 关系，在生产实践中，一般认为布氏硬度值在 HB200～600范围时，HRC≈1／10HBS(w)。
• ④滚动轴承钢。滚动轴承钢的牌号有 Gcr6、GCr9、Gcrl5、GCr15SiMn、 SiMnMoV等。 • 字母G表示滚动轴承钢，cr后的数字表 示平均含铬量为千分之几，含碳量不标 出，一般在1％左右。 • 例如Gcrl5表示含铬量为1.5％左右的滚 动轴承钢；GsiMrlMOV表示含硅量为 0.55％左右、含锰量为1％左右并含有 钼和钒的滚动轴承钢。
• 在机械制造中很少使用纯金属，而是以合金为主。 • 合金通常比纯金属具有更好的机械性能和工艺性能， 而且成本较低。 • 钢铁材料：是以铁为基础的铁碳合金，如碳素钢、 合金钢、灰口铸铁等。 • 特点：强度高、导热性好、资源丰富、冶炼容易、 • 加工方便、成本低廉，是应用最广泛的材料 • 缺点是：质量重、抗腐蚀性差。 • 有色金属：青铜、黄铜等以铜为基础的铜合金及 以铝为基础的各种铝合金等。 • 特点：质量轻、柔性好、导热性更好、耐腐蚀等， 应用也很广泛。 • 缺点是：成本高、强度低、焊接困难。
②优质碳素结构钢。 其牌号用两位数字表示，有05、08、10、15、 20、25、30、35、40、45、50、 55、60、 65、70、75、80、85等。这两位数字表示平均 含碳量为万分之几。例如08F表示含碳量为0.08％ 左右的优质碳素结构沸钢；20B表示含碳量为 O.20％左右的优质碳素结构半镇静钢；20g表示含 碳量为O.20％左右的优质碳素结构锅炉钢等。 含锰量较高的钢应在数字后面把锰元素标出。 例如50Mn表示含碳量为O.50％左右、含锰量为 O.70％～1.00％的优质 碳素结构钢。 高级优质碳素结构钢在牌号后面加一个字母“A”。 例如45表示含碳量为O.45％左右的优质碳素结构 钢，45A表示含碳量为0.45％左右的高级优质碳素 结构钢。
(2)合金钢的牌号
• ①合金结构钢 • 合金结构钢通常都是优质钢，其牌号由三部分组 成，即“数字+元素+数字”。前面的数字表示平 均含碳量为万分之几，合金元素以化学元素符号表 示，后面的数字表 示合金元素的含量，一般以百 分之几表示。当合金元素含量<1.5％时，钢号中 一般只标出元 素而不标明含量。当合金元素含量 ≥1.5％、≥2.5％、≥3.5％……时，则在元素符号 后面相应 标出2、3、4……高级优质合金结构钢 在牌号后面加字母“A”。例如40Cr表示含碳量为 0.4％左右、含铬量为1％左右的合金结构钢； 12Cr2Ni4A表示含碳量为0.12％左右、含铬量 为2％ 左右、含镍量为4％左右的高级优质合金结 构钢。含有合金元素的弹簧钢如60SiMn、 50Si2Mn、60Si2Mn等，其表示方法同前述。
• ③高速工具钢 • 高速工具钢的牌号有W9Cr4V、 W18cr4v、w12CIr4V4Mo、 W6M05cr4V2等。 • 在高速工具钢的牌号中一般不标出含碳量， 并把钨元素放在前面。合金元素平均含量 的表示方法和合金结构钢相同。 • 例如w18Cr4V表示含碳量为0.70％～ 0．80％、含钨量为18％ 左右、含铬量为 4％左右、含钒量为1％左右的高速工具钢。
布氏硬度试验规范
材料 钢及铸铁 布氏硬度HBS ＜140 ＞140 0.102Ｆ/D2 10 30 5 10 30 25 10 10 Ｆ单位：Ｎ Ｄ单位：mm 备注
铜及其合金
＜35 35-130
＞130 ＜35 35-80 ＞80 1.25
轻金属及其合金 铅、锡
一些钢件的硬度值
钢件名称
锉刀、锯条、钻头、高速钢车刀
6．磁性 • 金属能导磁的性能称磁性，其特征是能被磁铁 所吸引，常用的磁性金属有铁、镍（niè符号Ni。银白
色，质坚硬，可塑性强，稍有磁性，不生锈。多用来制特种钢或其他合金。 或做催化剂，也可以镀在金属的表面）、钴（gu符号Co。灰白色的结晶， 物理性质和化学性质很像铁，用来制造特种钢和超耐热合金，也可做玻璃 和瓷器的蓝颜料。）等。