第1篇汽車工程材料

金屬材料的力學(xué)性能第1章常用金屬材料第2章汽車典型零件材料的選擇第3章非金屬材料第4章第1章金屬采料的性能及零件的失效形式第2章常用金屬采料第3章汽車典型零件材料的選擇第4章非金屬材料第5章尺寸公差與配合第6章幾何公差第7章表面粗糙度第8章液壓傳動基礎(chǔ)第9章液壓泵第10章液壓缸和液壓馬達(dá)第11章液壓控制閥第12章液壓系統(tǒng)輔助元件第13章液壓基本回路第14章汽車典型液壓與液力系統(tǒng)第15章氣動技術(shù)第1章金屬材料的性能及零件的失效形式

金屬材料的力學(xué)性能1.1金屬材料的工藝性能1.2金屬材料的化學(xué)性能

1.3機(jī)械零件的失效形式1.4能力訓(xùn)練與拓展思考題1.1金屬材料的力學(xué)性能1.1.1強(qiáng)度、塑性和剛度1.1.2硬度1.1.3沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度汽車工程材料汽車工程材料主要是指制造汽車零部件用的材料。金屬材料占整車重量比在一半以上，具有絕對主流地位。因而本章將主要介紹金屬材料的性能。金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能。工藝性能是指金屬材料在各種加工條件下表現(xiàn)出來的性能，比如鍛造性能、焊接性能、切削加工性能鑄造性能、壓力加工性能等；使用性能是指金屬零件在使用條件下表現(xiàn)出來的性能。金屬材料的使用性能決定了其使用范圍。它包括物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能。幾個術(shù)語：1.變形：機(jī)械零件或材料工作過程中在外力（又稱為載荷）作用下，都發(fā)生形狀、尺寸的改變。金屬材料在載荷作用下變形有彈性變形和塑性變形兩種。2.彈性變形：隨著載荷作用而產(chǎn)生，隨著載荷的去除而消失。3.塑性變形是不隨載荷的去除而消失的變形，最極端的情況就是斷裂。塑性變形和斷裂是材料在靜載荷作用下失效的主要形式。4.金屬材料在各種不同載荷形式作用下所表現(xiàn)出的特性稱為力學(xué)性能（又稱機(jī)械性能）。力學(xué)性能指標(biāo)有強(qiáng)度、硬度、塑性、沖擊韌性等。常用的實(shí)驗(yàn)方法有拉伸實(shí)驗(yàn)、硬度實(shí)驗(yàn)、沖擊實(shí)驗(yàn)。1.1.1強(qiáng)度、塑性和剛度強(qiáng)度是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。塑性是指金屬材料在載荷作用下發(fā)生塑性變形而不發(fā)生斷裂破壞的能力。剛度反映了材料發(fā)生彈性變形的難易程度。1.拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)試件

拉伸試驗(yàn)中記錄的拉伸載荷與試樣絕對伸長量的關(guān)系的曲線叫力-伸長曲線，簡稱拉伸圖。圖中以縱坐標(biāo)表示拉伸載荷F，單位為N，以橫坐標(biāo)表示絕對伸長ΔL，單位為mm。

圖1-1低碳鋼拉伸曲線（應(yīng)力—應(yīng)變曲線）彈性階段（圖中OA′段）。OA為直線段，在此階段，應(yīng)力與應(yīng)變呈正比例關(guān)系，即符合胡克定律。OA′段內(nèi)，材料發(fā)生的是彈性變形，若卸除拉力，試樣能完全恢復(fù)到原來的形狀和尺寸。屈服階段（圖中BC段）。當(dāng)拉力繼續(xù)增加時，試樣將產(chǎn)生塑性變形，并且在曲線上出現(xiàn)接近水平的有微小波動的鋸齒狀線段，說明在此階段內(nèi)，應(yīng)力雖有微小的波動，但基本不變，而應(yīng)變卻迅速增加，表明此時試樣暫時幾乎失去抵抗變形的能力，這種現(xiàn)象稱為材料的屈服。強(qiáng)化階段（圖中CD段）。屈服后曲線又呈上升趨勢，表明試樣又恢復(fù)了抵抗變形的能力，要使它繼續(xù)變形就必須增加拉力，這種現(xiàn)象稱為材料的強(qiáng)化。縮頸階段（圖中DE段）。強(qiáng)化階段后，變形就集中在試樣的某一局部區(qū)域內(nèi)，截面尺寸顯著減小，出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象（見圖1-2）2.強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)用應(yīng)力值來表示，應(yīng)力用符號σ表示，有：σ=F/S0

式中，F(xiàn)-拉伸載荷，N；S0-試樣原始橫截面面積，mm2。常用金屬材料的三個強(qiáng)度指標(biāo)：彈性極限、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。（1）彈性極限。金屬材料保持彈性變形的最大應(yīng)力，用σe表示。其計(jì)算公式為：σe=Fe/S0

Fe—彈性形變范圍內(nèi)的最大拉伸載荷，N；（2）屈服強(qiáng)度（又稱屈服極限）。金屬材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應(yīng)力，用σs表示。其計(jì)算公式為：σs=Fs/S0Fs

—材料產(chǎn)生屈服的最小載荷，N。對低塑性材料，變形為試樣標(biāo)定長度的0.2%時的應(yīng)力為屈服應(yīng)力，用σ0.2表示，其計(jì)算公式為：σ0.2=F0.2/S0F0.2—塑性變形量為試樣原始長度0.2%時的載荷，N。（3）抗拉強(qiáng)度（又稱抗拉極限）。材料斷裂前能夠承受的最大應(yīng)力，用σb表示。其計(jì)算公式為：σb=Fb/S0

Fb—材料產(chǎn)生斷裂前的最大載荷，N。注意：屈服強(qiáng)度（σs或σ0.2）和抗拉強(qiáng)度（σb）在機(jī)械設(shè)計(jì)和選擇、評定金屬材料時有重要意義，材料不能在超過其σs的條件下工作，否則會引起機(jī)件的塑性變形；更不能超過其σb的條件下工作，否則會導(dǎo)致機(jī)件破壞。3、塑性指標(biāo)金屬材料的塑性指標(biāo)用拉伸試驗(yàn)時試樣的伸長率和斷面收縮率表示。（1）伸長率。伸長率（又稱延伸率）是指試樣拉伸時絕對伸長量與原始長度比值的百分?jǐn)?shù)，用δ表示。其計(jì)算公式為：δ=（L0-L1）/L0

式中，L0——試樣的原始標(biāo)距，mm；

L1——受檢試件當(dāng)前長度，mm。（2）斷面收縮率。斷面收縮率是指試樣拉斷后，試樣斷口處橫截面積的收縮量與原始橫截面面積(S0)比值的百分?jǐn)?shù)，用ψ表示。其計(jì)算公式為：ψ=（S0-S1）/S0

式中，S1——試樣斷口處的橫截面面積，mm2。塑性是材料的一個重要指標(biāo)，其數(shù)值越大，材料的塑性越好。金屬材料的塑性好壞，對于零件的使用和加工性能有著重要意義.例如，低碳鋼和鋁合金等材料的塑性好，可以沖壓成型。汽車的車身制造可以選取低碳鋼和鋁合金，采用沖壓工藝制造而成。鑄鐵塑性差，不便采用壓力加工，只能鑄造。同時，由于材料具有一定的塑性，在使用中能夠保證材料不會因?yàn)樯晕⒊d而突然斷裂，增加了材料使用的安全性。由于材料塑性變形后零件不能恢復(fù)原狀，因此絕大多數(shù)零件正常工作時不允許發(fā)生明顯的塑性變形。但是冷塑性變形有利于提高材料的硬度，故常被利用來對零件進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，例如，冷噴丸處理。4.剛性指標(biāo)金屬材料受力時抵抗彈性變形的能力稱為剛性。剛性指標(biāo)是彈性模量，用E表示。其計(jì)算公式為：E=σ/ε

式中，σ——在彈性變形范圍內(nèi)的應(yīng)力，MPa。ε——在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變，即相對變形量，?L/L，無量綱。材料的彈性模量越大，材料的剛性越好，也就是材料保持自身形狀的能力越強(qiáng)。工程上常用剛度來衡量一個構(gòu)件或零件在受力時抵抗彈性變形的能力，其計(jì)算為材料的彈性模量與零件或構(gòu)件受力截面積之積。絕大多數(shù)情況下，零件工作在彈性狀態(tài)下，不允許零件材料有過量的彈性變形，更不允許有明顯的塑性變形，因此對零件的剛度有確定的要求。1.1.2硬度硬度是指材料抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力，是材料性能的一個綜合物理量。它表示材料在一個小的體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破斷的能力。圖1-3布氏硬度試驗(yàn)原理示意圖1、布氏硬度實(shí)際測量時，測量出壓痕直徑d，根據(jù)試驗(yàn)條件查表，即可得出布氏硬度值。壓頭為淬火鋼球，其符號為HBS，適用于布氏硬度值在450以下的材料；當(dāng)壓頭為硬質(zhì)合金球（碳化鎢）時，其符號為HBW，適用于布氏硬度值為650以下的材料。一般說來，布氏硬度因其壓痕大，不適用于成品和薄壁零件測試。2、洛氏硬度圖1-4洛氏硬度試驗(yàn)原理圖洛氏硬度試驗(yàn)采用三種試驗(yàn)力，三種壓頭，它們組合成9種不同的硬度標(biāo)尺，用A到H八個字母再加字母K表示。這9個標(biāo)尺的應(yīng)用涵蓋了幾乎所有常用的金屬材料。最常用的標(biāo)尺是HRA、HRB和HRC。洛氏硬度表示方法：硬度值+符號HR+標(biāo)尺字母。例如，60HRC表示用C標(biāo)尺測得的洛氏硬度值為60。因?yàn)镠RA、HRB、HRC采用的測頭不同，試驗(yàn)壓力、總載荷不同，因此這三者之間不能換算。

維氏硬度試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)力大小的不同，細(xì)分為三種試驗(yàn)，即維氏硬度試驗(yàn)、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)和顯微維氏硬度試驗(yàn)。3、維氏硬度維氏硬度測量原理圖維氏硬度表示為HV，維氏硬度符號HV前面的數(shù)值為硬度值，后面為試驗(yàn)載荷值。例如，600HV30表示采用294.2N（30kg）的試驗(yàn)力，保持時間10～15s時得到的硬度值為600；又如600HV30/20表示采用294.2N（30kg）的試驗(yàn)力，保持時間20s時得到的硬度值為600。維氏硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)：維氏硬度試驗(yàn)的壓痕是正方形，輕廓清晰，對角線測量準(zhǔn)確，因此，維氏硬度試驗(yàn)是常用硬度試驗(yàn)方法中精度最高的，同時它的重復(fù)性也很好。維氏硬度試驗(yàn)測量范圍寬廣，可以測量目前工業(yè)上所用到的幾乎全部金屬材料.1.1.3沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度

在工程實(shí)際中，很多構(gòu)件所承受載荷的大小、方向均有可能隨著時間發(fā)生變化。這種大小、方向隨著時間發(fā)生變化的載荷在材料力學(xué)中稱為動載荷。加載速度很快，作用時間很短的載荷稱為沖擊載荷。若載荷的大小和方向隨時間作周期性變化，則稱其為交變載荷。為了判定構(gòu)件材料抗擊沖擊載荷和交變載荷而不被破壞的能力，通常通過試驗(yàn)測定沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度來評定。1．沖擊韌性

材料抵抗沖擊載荷而不被破壞的能力稱為沖擊韌性。材料的沖擊韌性通常采用圖1-5所示的試驗(yàn)獲得。圖1-5沖擊韌性試驗(yàn)原理圖一般把αk值低的材料稱為脆性材料，α

k值高的材料稱為韌性材料。試驗(yàn)表明：αk值取決于材料及其狀態(tài)，同時與試樣的形狀、尺寸有很大關(guān)系。αk值對材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷、顯微組織的變化很敏感。2.疲勞和疲勞強(qiáng)度在交變應(yīng)力的作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過較長時間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。金屬疲勞破壞可分為三個階段：微觀裂紋擴(kuò)展階段；宏觀裂紋擴(kuò)展階段；瞬時斷裂階段。①微觀裂紋擴(kuò)展階段。在循環(huán)加載下，由于物體內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)的不均勻性，某些薄弱部位首先形成微觀裂紋，此后，裂紋即沿著與主應(yīng)力約成45°的最大剪應(yīng)力方向擴(kuò)展。在此階段，裂紋長度在0.05mm以內(nèi)。若繼續(xù)加載，微觀裂紋就會發(fā)展成為宏觀裂紋。

圖1-6金屬疲勞斷口示意圖

②宏觀裂紋擴(kuò)展階段。裂紋基本上沿著與主應(yīng)力垂直的方向擴(kuò)展。借助電子顯微鏡可在斷口表面上觀察到此階段中每一應(yīng)力循環(huán)所遺留的疲勞條帶。③瞬時斷裂階段。當(dāng)裂紋擴(kuò)大到使物體殘存截面不足以抵抗外載荷時，物體就會在某一次加載下突然斷裂。

圖1-6金屬疲勞斷口示意圖

疲勞強(qiáng)度的定義及影響因素（1）．疲勞強(qiáng)度

表示材料可經(jīng)無數(shù)次循環(huán)應(yīng)力作用而不被破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度，用σ-1表示。根據(jù)疲勞曲線可知，交變應(yīng)力越小，斷裂前所能承受的循環(huán)次數(shù)越多；交變應(yīng)力越大，可循環(huán)的次數(shù)越少。工程上用疲勞強(qiáng)度指在一定基數(shù)下不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。通常規(guī)定鋼鐵材料應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取106～107，有色金屬取108。圖1-7疲勞曲線示意圖（2）影響因素影響金屬疲勞極限的因素很多，主要有零部件的結(jié)構(gòu)形狀、工作條件、金屬材料的化學(xué)成分、表面質(zhì)量、殘余應(yīng)力等。因此改善零件的結(jié)構(gòu)形狀，減緩應(yīng)力集中，采用合理零件結(jié)構(gòu)減輕震動，降低零件的表面粗糙度，采用各種表面強(qiáng)化的方法等都能提高零件的疲勞極限。1.2金屬材料的工藝性能1、鑄造性能2、壓力加工性能3、焊接性能4、切削加工性能5、熱處理性能1、鑄造性能鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型型腔內(nèi)，經(jīng)冷卻凝固獲得有預(yù)定形狀、尺寸和性能的零件的工藝過程。衡量金屬材料鑄造性能的指標(biāo)主要有流動性、收縮性等。①流動性是指熔融金屬材料的流動能力。流動性好的材料容易充滿鑄型型腔，從而獲得外形完整、尺寸精確、輪廓清晰、無澆注不足的鑄件。②

收縮性是指鑄件在冷卻凝固過程中其體積和尺寸減少的現(xiàn)象。鑄件收縮不僅影響其尺寸，還會使鑄件產(chǎn)生縮孔、疏松、內(nèi)應(yīng)力、變形、開裂等缺陷。2、壓力加工性能金屬壓力加工，又稱金屬塑性加工，是指在金屬體積不改變的情況下，利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形來獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法。而金屬經(jīng)過壓力加工獲得優(yōu)質(zhì)原材料、毛坯或零件的性能，稱為金屬的壓力加工性能。金屬壓力加工主要是讓金屬發(fā)生塑性變形，因此金屬材料的塑形直接影響其壓力加工性能。3、焊接性能焊接指兩被焊工件（同種材質(zhì)或異種材質(zhì)），通過加熱或（和）加壓，用或不用填充材料，使工件的材質(zhì)達(dá)到原子間的結(jié)合而形成永久性連接的工藝過程。金屬材料的焊接性是指金屬材料采用一定的焊接工藝（焊接方法、焊接材料、焊接規(guī)范及焊接結(jié)構(gòu)形式等），獲得優(yōu)良焊接接頭的難易程度。金屬材料的焊接性能與焊接接頭中的化學(xué)成分以及焊接時產(chǎn)生的組織有關(guān)。3、焊接性能①鋼材焊接性能的好壞主要取決于它的化學(xué)組成。其中，影響最大的是碳元素，金屬含碳量的多少決定了它的可焊性。因?yàn)殇撝泻剂吭黾樱阌矁A向增大，塑性下降，容易產(chǎn)生焊接裂紋。含碳量越高，可焊性越差。通常，含碳量小于0.25%的低碳鋼和低合金鋼，塑性和沖擊韌性優(yōu)良，焊后的焊接接頭塑性和沖擊韌性也較好。隨著含碳量增加，大大增加焊接的裂紋傾向。一般說來，含碳量大于0.25%的鋼材不應(yīng)用于制造鍋爐、壓力容器的承壓元件。②焊接性能的好壞還受焊接方法、焊接時的溫度、壓力等外界因素的影響。例如，高強(qiáng)度合金轎車車身修復(fù)采用的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量主要受焊接時的壓力、電流、通電時間的影響。4、切削加工性能5、熱處理性能材料接受切削加工的難易程度稱為材料的切削加工性能。一般來說，材料的硬度適中（180～220HBS），其切削加工性能良好。熱處理性能是金屬材料進(jìn)行熱處理時表現(xiàn)出來的性能。一般通過熱處理來提高金屬材料的機(jī)械性能。例如，采用滲碳淬火可強(qiáng)化變速器軸類零件、差速器齒輪、轉(zhuǎn)向器軸齒件、發(fā)動機(jī)活塞銷等。1.3金屬材料的化學(xué)性能材料的化學(xué)性能就是材料與外界接觸物時表現(xiàn)出來的耐受性，實(shí)質(zhì)上表現(xiàn)為材料的化學(xué)穩(wěn)定性。金屬材料的化學(xué)性能一般指耐腐蝕性和抗氧化性。1．耐腐蝕性金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其他外圍化學(xué)介質(zhì)腐蝕作用的能力，稱為耐腐蝕性。腐蝕不但使金屬表面材料本身受到損傷，還會使機(jī)械零部件的使用性能遭到破壞，甚至?xí)蔀槠趽p傷的疲勞源，進(jìn)而發(fā)生機(jī)械事故，引發(fā)災(zāi)難。汽車常用的金屬材料中，碳鋼、鑄鐵的耐腐蝕性較差，而鋁、銅的耐腐蝕性較強(qiáng)。對汽車上的易腐蝕部位，一方面可以采用耐腐蝕性的材料，比如采用鋁合金、鈦合金，或使用高強(qiáng)度塑料代替；另一方面也可以加適當(dāng)涂覆層，起到防腐蝕的作用。2．抗氧化性金屬材料在高溫抵抗氧化作用的能力，稱為抗氧化性。在鋼中加入Cr、Si等元素，可達(dá)到提高鋼的抗氧化性。例如，汽車發(fā)動機(jī)排氣門工作在高溫環(huán)境下，就可以采用4CrSi2這種材料；汽車排放系統(tǒng)零部件主要采用耐熱鑄鐵，包括中硅（或中鉬）耐熱球墨鑄鐵、硅鉬鉻耐熱球墨鑄鐵、高鎳奧氏體球墨鑄鐵等，因?yàn)檫@些材料具有良好的高溫強(qiáng)度和抗氧化性。1.4機(jī)械零件的失效形式機(jī)械零件由于各種原因造成不能完成預(yù)定的功能稱為失效。機(jī)械零件常見的失效形式有磨損（表面損傷）、斷裂和過量變形。零件失效可能是其中一種，也可能是幾種。1.磨損；2.斷裂；3.過量變形1.磨損零件摩擦表面的金屬在相對運(yùn)動過程中不斷損失的現(xiàn)象，稱為零件的磨損。磨損的發(fā)生將造成零件形狀尺寸及表面性質(zhì)的變化，使零件的工作性能逐漸降低。根據(jù)摩擦原理的不同，磨損可分為磨料磨損、黏著磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。①磨料磨損是指摩擦表面間存在的硬質(zhì)顆粒引起的磨損，這種硬質(zhì)顆粒稱為磨料。②黏著磨損是指當(dāng)金屬表面的油膜被破壞，摩擦表面間直接接觸而發(fā)生黏著作用，使一個零件表面的金屬轉(zhuǎn)移到另一個零件表面引起的磨損。③

疲勞磨損是指主要由于金屬表面負(fù)荷大、溫度高而引起的磨損。在交變載荷作用下，零件表層產(chǎn)生疲勞剝落的現(xiàn)象。④腐蝕磨損是指在摩擦過程中，金屬同時與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，引起金屬表面的腐蝕產(chǎn)物剝落的現(xiàn)象。常發(fā)生在高溫或潮濕的環(huán)境中，在有酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)條件下尤其容易發(fā)生。/nodedetailcontroller/visitnodedetail?knowledgeId=1978952.斷裂斷裂是零件在機(jī)械、熱、磁、腐蝕等單獨(dú)作用或者聯(lián)合作用下，其本身連續(xù)性遭到破壞，發(fā)生局部開裂或分裂成幾部分的現(xiàn)象。本書主要介紹延性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、環(huán)境斷裂、蠕變斷裂等。①延性斷裂是指零件在外力作用下首先產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)外力引起的應(yīng)力超過彈性極限時即發(fā)生塑性變形，外力繼續(xù)增加，應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時發(fā)生塑性變形而后造成斷裂的現(xiàn)象。延性斷裂的宏觀特點(diǎn)是斷裂前有明顯的塑性變形，常出現(xiàn)縮頸，斷面有大量微坑（也稱韌窩）覆蓋。/nodedetailcontroller/visitnodedetail?knowledgeId=195499②脆性斷裂是指金屬零件或構(gòu)件在斷裂之前無明顯的塑性變形，發(fā)展速度極快的一類斷裂現(xiàn)象。它通常在沒有預(yù)示信號的情況下突然發(fā)生，是一種極危險的斷裂。/nodedetailcontroller/visitnodedetail?knowledgeId=195499③疲勞斷裂是指按靜強(qiáng)度安全設(shè)計(jì)的機(jī)械零件，在承受低于材料屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度的交變應(yīng)力長期緩慢作用下，仍然發(fā)生的斷裂。它是一種普通而嚴(yán)重的失效形式。在實(shí)際失效件中，疲勞斷裂占了較大的比重（80%～90%）。/question/752386983368730764.html④環(huán)境斷裂是指材料與某種特殊環(huán)境相互作用而引起的具有一定環(huán)境特征的斷裂方式。環(huán)境斷裂主要有應(yīng)力腐蝕斷裂、氫脆斷裂、高溫蠕變、腐蝕疲勞斷裂、冷卻斷裂等。氫脆斷裂/news/1666204.html⑤蠕變斷裂是材料在長時間的恒溫恒應(yīng)力作用下緩慢產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象引起的斷裂。例如，高溫交變的壓力管的破裂常常因?yàn)槿渥円鸬摹?a/282420902_651535能力訓(xùn)練與拓展某一低碳合金結(jié)構(gòu)鋼試件，其受力曲線如圖1-1所示，請標(biāo)出該試件發(fā)生形變的幾個階段。并計(jì)算該試件材料的彈性模量E、彈性極限σe、抗拉強(qiáng)度σb、最大伸長率δ以及斷面收縮率ψ。已知原直徑為10mm，長度為100mm，在發(fā)生屈服期間最小載荷為21000N時，此時的長度為101mm。試件斷裂前受到的最大載荷為45000N，拉斷后長度為130.5mm，斷裂處直徑為8mm。解：低碳合金結(jié)構(gòu)鋼為塑性材料，試件發(fā)生形變的幾個階段為：oe段：彈性變形階段；ce段：屈服階段；eb：強(qiáng)化階段；bf段：局部頸縮階段。低碳合金結(jié)構(gòu)鋼為塑性材料，它發(fā)生屈服時受到的作用力比較接近其開始屈服時的作用力，因此，可以通過計(jì)算屈服極限σs來估計(jì)彈性極限σe.根據(jù)公式（1-3）,該試件的彈性極限：同理，該試件發(fā)生屈服變形時的應(yīng)變ε=1%，則有材料的彈性模量：再由式（1-5）有試件材料的抗拉強(qiáng)度：最大伸長率δ=30.5%斷面縮縮率思考題1-1什么是金屬材料的化學(xué)性能，主要包括哪些？1-2什么是金屬材料的力學(xué)性能？根據(jù)載荷的不同，力學(xué)性能主要包括哪些指標(biāo)？1-3什么是強(qiáng)度？什么是塑性？衡量這兩種性能的指標(biāo)有哪些？各用什么符號表示？1-4測定某種鋼的力學(xué)性能時，已知試棒的直徑是10mm，其標(biāo)距長度是直徑的五倍，F(xiàn)b=33.81kN，F(xiàn)s=20.68kN，拉斷后的標(biāo)距長度是65mm。試求此鋼的σs，σb及δ值是多？1-5什么是硬度？HBS、HBW、HRA、HRB和HRC各代表什么方法測出的硬度？1-6什么是沖擊韌性？用什么符號表示？1-7沖擊韌性有什么工程意義？1-8什么是疲勞？什么是疲勞強(qiáng)度？什么是疲勞破壞？1-9疲勞破壞過程可分為哪三個階段？零件產(chǎn)生疲勞源的部位有何規(guī)律？1-10長期工作的彈簧突然斷裂，屬于哪類問題？與材料的哪些性能關(guān)？1-11大能量沖擊和小能量多次沖擊的沖擊韌性各取決于金屬材料的哪些力學(xué)性能指標(biāo)？1-12什么是材料的工藝性能？1-13下列硬度的寫法是否正確？HBS150HRC140HRC70HRB10478HVHRA79474HBW1-14連接螺栓的脫落屬于哪種失效形式？第1篇汽車工程材料

金屬材料的力學(xué)性能第1章常用金屬材料第2章汽車典型零件材料的選擇第3章非金屬材料第4章第2章常用金屬材料

金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶2.1鐵碳合金2.2合金鋼2.3非鐵金屬及合金2.4能力訓(xùn)練與拓展思考題2.1金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶2.1.1金屬常見的晶體結(jié)構(gòu)2.1.2金屬的晶體缺陷及其對性能的影響2.1.3金屬的結(jié)晶同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2.1.4合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶固態(tài)的物質(zhì)按其原子的聚集狀態(tài)可以分為晶體和非晶體兩大類。在晶體中，原子按一定的幾何規(guī)律做周期性的排列，稱為有序排列。絕大多數(shù)固體都為晶體，如石墨、金剛石、固態(tài)金屬等。在非晶體中，原子無規(guī)則地堆集在一起，稱為無序排列。自然界中這種物質(zhì)較少，如松香、石蠟、玻璃等。描述原子在晶體中排列方式的空間格架稱為晶格。晶格中的每個點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。晶格中各方位的原子面稱為晶面。晶格中各方向的原子列稱為晶向。圖2-1晶體結(jié)構(gòu)示意圖1、常見金屬晶體結(jié)構(gòu)與類型常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有三種：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。（1）體心立方晶格。這種晶格的晶胞是一個立方體，在立方體的八個角上和立方體中心各有一個原子，如圖2-2（a）所示。屬于體心立方晶格的金屬有α-Fe（912℃以下的純鐵）、Cr、W、V等20余種。圖2-2晶格1、常見金屬晶體結(jié)構(gòu)與類型（2）面心立方晶格。這種晶格的晶胞也是一個立方體，在立方體的八個角上和六個面的中心各有一個原子，如圖2-2（b）所示。屬于面心立方品格的金屬如：-Fe（912℃～1390℃的純鐵）、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等20余種。圖2-2晶格1、常見金屬晶體結(jié)構(gòu)與類型（3）密排六方晶格。這種晶格的晶胞是一個六棱柱體，在柱體的上下兩個底面的角上及中心各有一個原子，在柱體中間還排列著三個原子，如圖2-2（c）所示。屬于密排六方晶格的金屬有Mg、Zn、Be、Ti、Cd等近30種。圖2-2晶格2.單晶體與多晶體單晶體是指物體中所含微粒（分子、原子或離子，純金屬是原子）在三維空間中呈規(guī)則、周期排列的一種物質(zhì)。單晶體的物質(zhì)在大自然中存在很少，如天然金剛石（鉆石），而單晶體的金屬在大自然中幾乎不存在。實(shí)際的金屬包含許多小小的單晶體（稱為晶粒），晶粒之間的分界面，稱為晶界。由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)稱為多晶體。

2.1.2金屬的晶體缺陷及其對性能的影響在金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，由于多種因素的影響而存在各種缺陷。這些晶粒間的晶體缺陷并不是固定不變的，而是隨著溫度、加工過程等因素的變化而變化。同時這些缺陷會使金屬的物理、化學(xué)、力學(xué)性能產(chǎn)生變化，其中最有利的是可造成金屬的強(qiáng)化。根據(jù)其幾何形態(tài)特征，金屬晶體缺陷可以分：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷1.點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷是指三維空間中，三個方向上尺寸都很小的缺陷。最常見的是晶格空位、間隙原子和置換原子，如圖2-3所示。破壞。圖2-3點(diǎn)缺陷/%E6%99%B6%E4%BD%93%E5%AD%A6/?prd=zhengwenye_left_kuozhan_kaifangfenlei置換原子是異類原子替代了正常晶格上的原子，也會引起晶格的畸形變化。扭曲畸變會引起金屬晶體性能的變化。一般來說，扭曲畸變會對金屬原子的相對移動、金屬的塑性變形起阻礙作用，從而提高金屬的強(qiáng)度和硬度。置換原子點(diǎn)缺陷對金屬性能的影響圖2-3點(diǎn)缺陷2、線缺陷線缺陷是指在兩個方向上尺寸很小，在另一方向上尺寸較大的缺陷，也就是指各種類型的位錯。在晶體中某處有一列或若干列原子有規(guī)律的錯排現(xiàn)象稱為位錯。圖2-4所示為最基本的刃型位錯和螺旋形位錯示意圖。圖2-4線缺陷示意圖線缺陷對金屬性能的影響晶體在位錯線附近發(fā)生了晶格畸變，位錯在晶體中的移動會使金屬塑性變形容易進(jìn)行。當(dāng)位錯密度增加到一定程度時，使位錯移動困難，又會使金屬的強(qiáng)度提高。這種現(xiàn)象稱為位錯強(qiáng)化。圖2-4線缺陷示意圖3.面缺陷面缺陷是指在兩個方向上尺寸很大，在另一方向上尺寸較小的缺陷。最常見的面缺陷為晶界與亞晶界。晶界實(shí)際上是位向不同的晶粒之間的過渡層，因受鄰近晶粒內(nèi)原子排列位向不同的影響，晶界處原子排列不規(guī)則，晶格處于畸變狀態(tài)，如圖2-5所示。圖2-5面缺陷面缺陷對金屬性能的影響（1）原子排列混亂，故晶界處的熔點(diǎn)低，且易被腐蝕，同時因?yàn)樵诔叵戮Ы缭黾恿宋诲e移動阻力，故晶界處的硬度、強(qiáng)度較高。晶界面積越大，強(qiáng)度越高。（2）通過細(xì)化晶粒，增加晶界面積提高金屬強(qiáng)度的方法稱為晶界強(qiáng)化或細(xì)晶強(qiáng)化。必須指出，這種強(qiáng)化與位錯強(qiáng)化不同，晶界強(qiáng)化不僅使金屬強(qiáng)度提高，還使其塑性、韌性得到改善。圖2-5面缺陷2.1.2金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬液開始結(jié)晶時，結(jié)晶釋放出的結(jié)晶潛熱與冷卻時向外界散失的熱量相平衡，所以溫度保持不變。1、金屬結(jié)晶的過程圖2-6結(jié)晶過程示意圖圖2-7枝晶的形成過程2、晶粒度及其控制晶粒的大小對金屬材料的性能有著重要影響。一般情況下，晶粒越細(xì)小，其強(qiáng)度越高，塑性及韌性越好。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中總希望得到細(xì)小均勻的晶粒組織。細(xì)化晶粒的主要方式有下面三種。（1）加快冷卻速度。冷卻速度越大，形成的晶核數(shù)目越多，結(jié)晶后的晶粒越細(xì)。2、晶粒度及其控制細(xì)化晶粒的主要方式有下面三種。（2）變質(zhì)處理。變質(zhì)處理又稱孕育處理。它是在金屬結(jié)晶前加入一些細(xì)小的變質(zhì)劑作為“人工晶核”（非自發(fā)形核），變質(zhì)劑起到增加形核率或降低長大速度的作用，從而獲得均勻細(xì)小的晶粒。（3）破壞長大枝晶。在液態(tài)金屬結(jié)晶過程中，采取機(jī)械振動、超聲波振動、電磁攪拌等方法，使正在生長中的枝狀晶體破碎，破碎的細(xì)小晶體又成為新的晶核，增大了形核率，從而使晶粒細(xì)化。3、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的這種在固態(tài)下由一種晶格向另一種晶格的轉(zhuǎn)變稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。它是同一種金屬材料在不同的條件下其力學(xué)性能完全不同的本質(zhì)原因。圖2-8鐵的冷卻曲線圖金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也是原子重新排列的過程，稱為重結(jié)晶。3、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬結(jié)晶也存在著明顯區(qū)別，主要表現(xiàn)在：晶界處能量較高，新的晶核往往在原晶界上形成；固態(tài)下原子擴(kuò)散比較困難，固態(tài)轉(zhuǎn)變需要較大的過冷度；固態(tài)轉(zhuǎn)變時會產(chǎn)生體積變化，這在金屬中引起較大的內(nèi)應(yīng)力。圖2-8鐵的冷卻曲線圖3、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的這種在固態(tài)下由一種晶格向另一種晶格的轉(zhuǎn)變稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。它是同一種金屬材料在不同的條件下其力學(xué)性能完全不同的本質(zhì)原因。圖2-8鐵的冷卻曲線圖金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也是原子重新排列的過程，稱為重結(jié)晶。2.1.4合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶合金是指兩種或兩種以上金屬元素或金屬與非金屬元素通過熔煉、燒結(jié)等方法制成的具有金屬特性的物質(zhì)。由于合金在強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能方面比純金屬高得多，所以工業(yè)中使用的金屬材料幾乎全部是合金。合金中具有相同化學(xué)成分、相同的晶體結(jié)構(gòu)，并有明顯界面分開的均勻部分稱為“相”。合金中的相按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為固溶體和金屬化合物兩大類。1．固溶體合金各組元在液態(tài)下互相溶解，結(jié)晶為固態(tài)后仍然保持溶解狀態(tài)的合金相，稱為固溶體。（1）置換固溶體。（2）間隙固溶體。2．金屬化合物合金中各組元按一定方式形成的一種新晶體稱為金屬化合物。金屬化合物的晶格類型不同于任一組元，一般具有復(fù)雜的晶格，例如，碳鋼中的滲碳體（Fe3C）是鐵與碳形成的金屬化合物，其晶格類型既不同于鐵也不同于碳，表現(xiàn)為圖2-11所示的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

圖2-11Fe3C的晶體結(jié)構(gòu)2.2

鐵碳合金2.2.1碳鋼2.1.2鑄鐵碳鋼和鑄鐵是汽車工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料之一，由于它們的基本組成元素是鐵和碳，所以稱為鐵碳合金鐵碳合金的三種基本組織鐵碳合金的基本組織有鐵素體、奧氏體和滲碳體三種。溶解在α-Fe中形成固溶體，稱為“鐵素體”。因碳在α-Fe中溶解量少，碳的強(qiáng)化作用很小。所以鐵素體的力學(xué)性能近似純鐵，即韌塑性好、強(qiáng)度和硬度低。鐵碳合金的三種基本組織鐵碳合金的基本組織有鐵素體、奧氏體和滲碳體三種。碳溶解在γ-Fe中形成固溶體，稱為“奧氏體”。奧氏體中的鐵原子仍保持面心立方晶格，但是其對的碳溶解能力強(qiáng)于α-Fe，且隨著溫度的升高其對的碳溶解能力增加。奧氏體具有很好的塑性，δ可達(dá)40%～50%；有較低的變形抗力，是絕大多數(shù)鋼種在壓力加工時所需的組織。鐵碳合金的三種基本組織鐵碳合金的基本組織有鐵素體、奧氏體和滲碳體三種。鐵與碳形成化合物（Fe3C）稱為“滲碳體”。滲碳體的含碳量為6.69%，硬度很高，約為HBW800左右。但強(qiáng)度很低，σb=35MPa,韌塑性幾乎為零。滲碳體在鋼中主要起強(qiáng)化作用，它的數(shù)量、形狀、大小及分布對鋼的性能影響很大。2.2.1碳鋼1．常存雜質(zhì)對鋼性能的影響碳素鋼（簡稱碳鋼）就是含碳量小于2.11%的鐵碳合金，實(shí)際使用的含碳量小于1.5%，其中還含有少量Si、Mn、P、S等雜質(zhì)。（1）錳。錳是鋼中的有益元素，是煉鋼時用錳鐵脫氧而殘留在鋼中，錳有很好的脫氧能力，還可以與硫形成MnS，從而消除了硫的有害作用。錳作為雜質(zhì)含量一般應(yīng)不超過0.8%。錳鋼是一種高強(qiáng)度的抗磨鋼，主要用于需要承受沖擊、擠壓、物料磨損等惡劣工況條件，破壞形式以磨損消耗為主，部分?jǐn)嗔?、變形。比如壓力容器常用鋼：主要?6MnR鋼（16錳容低合金鋼，一種鋼的型號），用于制造ASME規(guī)范的壓力容器。2.2.1碳鋼1．常存雜質(zhì)對鋼性能的影響碳素鋼（簡稱碳鋼）就是含碳量小于2.11%的鐵碳合金，實(shí)際使用的含碳量小于1.5%，其中還含有少量Si、Mn、P、S等雜質(zhì)。（2）硅。硅也是鋼中的有益元素，也是作為脫氧劑而進(jìn)入鋼的，硅的脫氧能力比錳還強(qiáng)，還能提高鋼的強(qiáng)度及質(zhì)量。硅作為雜質(zhì)含量一般不應(yīng)超過0.4%。加入硅可提高鐵的電阻率和最大磁導(dǎo)率，降低矯頑力、鐵芯損耗（鐵損）和磁時效2.2.1碳鋼1．常存雜質(zhì)對鋼性能的影響碳素鋼（簡稱碳鋼）就是含碳量小于2.11%的鐵碳合金，實(shí)際使用的含碳量小于1.5%，其中還含有少量Si、Mn、P、S等雜質(zhì)（3）硫。硫是鋼中有害元素，常以FeS形式存在，F(xiàn)eS與Fe形成低熔點(diǎn)的共晶體，熔點(diǎn)為985℃，分布在晶界，當(dāng)鋼材在1000℃～1200℃進(jìn)行壓力加工時，共晶體熔化，使鋼材變脆，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。為了避免熱脆，鋼中含硫量必須嚴(yán)格控制，通常應(yīng)使S的含量小于0.05%。2.2.1碳鋼1．常存雜質(zhì)對鋼性能的影響碳素鋼（簡稱碳鋼）就是含碳量小于2.11%的鐵碳合金，實(shí)際使用的含碳量小于1.5%，其中還含有少量Si、Mn、P、S等雜質(zhì)（4）磷。磷也是鋼中的有害元素，它使鋼在低溫時變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆性。因此，鋼中含磷量也要嚴(yán)格控制，通常應(yīng)使P的含量小于0.045%。（5）氫。鋼中氫能造成氫脆、白點(diǎn)等缺陷，是有害元素。2．碳鋼的分類碳鋼的分類方法有以下三種。（1）按鋼的含碳量分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。其中，低碳鋼的含碳量≤0.25%；中碳鈉的含碳量為（0.25～0.6）%；高碳鋼的含碳量＞0.6%。（2）按鋼的質(zhì)量分。根據(jù)鋼中有害雜質(zhì)S、P的多少分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。普通鋼中S的含量小于等于0.055%，P的含量小于等于0.045%；優(yōu)質(zhì)鋼中S、P的含量小于等于0.04%；高級優(yōu)質(zhì)鋼中S、P的含量小于等于0.03%。（3）按用途可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。其牌號用他的平均含碳量萬分?jǐn)?shù)表示。這類鋼與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，鋼中的S、P及其他有害雜質(zhì)含量較少，純潔度、均勻性及表面質(zhì)量均較好。因而強(qiáng)度較高，塑性和韌性較好。通常還經(jīng)過熱處理來進(jìn)一步調(diào)整和改善其性能，因此適用于制造各種機(jī)器零件，在機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在出廠時，既保證力學(xué)性能，又保證化學(xué)成分，一般都在熱處理后使用。2．碳鋼的分類優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼性能比較（3）碳素工具鋼碳素工具鋼是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.65%～1.35%的優(yōu)質(zhì)或高級優(yōu)質(zhì)高碳鋼。其牌號是以“碳”或“T”字后面附加數(shù)字來表示的。數(shù)字表示鋼中的平均含碳量，以0.1%為單位。例如，T8（或碳8）、T12（或碳12）分別表示平均含碳量為0.8%和1.2%的碳素工具鋼。若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在牌號末尾再加“A”或“高”字，如T12A或碳12高等。2.2.2鑄鐵鑄鐵是含碳量大于2.11%（一般為2.5%～4.0%）的鐵碳臺金。鑄鐵中的碳主要有兩種形式存在：滲碳體（Fe3C）和游離的石墨。其中，鐵水冷卻速度較快時，碳以Fe3C的形式出現(xiàn)，而冷卻速度慢時則以游離石墨的方式析出。1.鑄鐵的分類根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形式和石墨形狀不同，鑄鐵常被分為下面幾種。①白口鑄鐵：碳絕大部分以滲碳體形式存在，斷口呈銀白色，硬度高。②灰口鑄鐵：碳大部分或全部以片狀石墨形式存在，斷口呈灰黑色。③蠕墨鑄鐵：碳大部分或全部以蠕蟲狀石墨存在。④球墨鑄鐵：碳大部分或全部以球狀石墨形式存在。⑤可鍛鑄鐵：碳大部分或全部以團(tuán)絮狀石墨形式存在。2.常用鑄鐵的牌號、組織與性能（1）灰口鑄鐵：碳大部分或全部以片狀石墨形式存在，斷口呈灰黑色?；铱阼T鐵的牌號為：“HT”+數(shù)字（最小抗拉強(qiáng)度），如HT100，HT150，HT200等。在同一牌號中，隨著鑄件壁厚的增加，其抗拉強(qiáng)度降低。因此，根據(jù)零件的性能要求選擇鑄鐵牌號時，必須同時注意到零件的壁厚尺寸。圖2-12（鐵素體＋珠光體）基體灰口鑄鐵顯微組織2.常用鑄鐵的牌號、組織與性能（2）球墨鑄鐵：在澆注前向鐵水中加入球化劑和孕育劑進(jìn)行球化處理和孕育處理，則可獲得石墨呈球狀分布的鑄鐵，稱為球墨鑄鐵，簡稱“球鐵”。其牌號為“QT”加后面用“-”分隔的兩組數(shù)字，這兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強(qiáng)度和最低延伸率，如QT400-18，QT700-2等。球鐵曲軸牌號有QT600-3、QT700-2、QT800-2、QT900-2、QT900-5。圖2-13珠光體基體球墨鑄鐵的顯微組織2.常用鑄鐵的牌號、組織與性能（3）蠕墨鑄鐵：碳大部分或全部以蠕蟲狀石墨存在。蠕墨鑄鐵的牌號中“RuT”表示“蠕鐵”二字漢語拼音的大寫字頭，在“RuT”后面的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。2.常用鑄鐵的牌號、組織與性能（4）可鍛鑄鐵，又稱瑪鋼。與灰口鑄鐵相比，可鍛鑄鐵的強(qiáng)度和韌性有明顯提高。圖2-14（珠光體+鐵素體）基體可鍛鑄鐵顯微組織2.常用鑄鐵的牌號、組織與性能（5）特殊性能鑄鐵。這里介紹三種：①耐磨鑄鐵。有些零件要求更高的耐磨性，一般鑄鐵滿足不了工作條件的要求，應(yīng)當(dāng)選用耐磨鑄鐵，如：：耐磨灰口鑄鐵和錳球墨鑄鐵。②耐熱鑄鐵。普通灰口鑄鐵的耐熱性較差，只能在低于400℃的溫度下工作。耐熱鑄鐵是指在高溫下具有良好的抗氧化和抗熱生長能力的鑄鐵。③耐蝕鑄鐵。提高鑄鐵耐蝕性的主要途徑是合金化。在鑄鐵中加入硅、鋁、鉻等合金元素，能在鑄鐵表面形成一層連續(xù)致密的保護(hù)膜，可有效地提高鑄鐵的耐蝕性。2.3合金鋼合金鋼就是在化學(xué)成分上添加合金元素用以保證一定的生產(chǎn)和加工工藝以及所要求的組織與性能的鐵基合金。合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號一般采用“兩位數(shù)字＋元素符號＋數(shù)字”表示。前面的兩位數(shù)字表示鋼的平均碳含量的萬分?jǐn)?shù)，元素符號表示鋼中所含的合金元素，而后面數(shù)字表示該元素平均含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。當(dāng)合金元素含量小于1.5%時，牌號中只標(biāo)明元素符號，而不標(biāo)明含量，如果合金元素的平均含量為1.5%～2.49%、2.5%～3.49%、3.50%～4.49%、4.50～5.49%……時，則相應(yīng)地在元素符號后面用2、3、4、5……表示。例如，60Si2Mn表示平均碳含量為0.6%，含硅量約為1.5%～2.49%，含錳量小于1.5%。2.3合金鋼這里主要介紹以下五種：1、低合金結(jié)構(gòu)鋼2、滲碳鋼3、調(diào)質(zhì)鋼4、彈簧鋼5、滾動軸承鋼2.3合金鋼1、低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度比碳素結(jié)構(gòu)鋼高30%～150%。用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼代替碳素結(jié)構(gòu)鋼使用，可以減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約金屬材料，提高承載能力并延長使用壽命。2、滲碳鋼滲碳鋼的含碳量一般為0.10%～0.25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），以保證心部有足夠的塑性和韌性。其主加元素為Si、Mn、Cr、Ni、B，主要作用是提高淬透性，以保證心部強(qiáng)度2.3合金鋼3、調(diào)質(zhì)鋼指采用調(diào)質(zhì)處理（淬火加高溫回火）后使用的鋼種。調(diào)質(zhì)鋼為中碳鋼，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%～0.50%。調(diào)質(zhì)鋼具有良好的綜合力學(xué)性能，即具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性，尤其是高的疲勞強(qiáng)度及良好的韌性和塑性，同時還要具有良好的淬透性。2.3合金鋼4、彈簧鋼碳素彈簧鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.60%～0.90%，合金彈簧鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.45%～0.70%，中、高碳含量用來保證高的彈性極限和疲勞極限。合金彈簧鋼的主加合金元素為Si、Mn、Cr，主要作用是提高鋼的淬透性，固溶強(qiáng)化鐵素體。2.3合金鋼5、滾動軸承鋼，用于制造滾動軸承的滾動體和軸承套的專用鋼種。滾動軸承鋼的ω(C)＝0.95%～1.10%，以保證高硬度、高強(qiáng)度和高耐磨性。主加元素Cr的作用是提高淬透性，并形成含Cr的碳化物（Fe,Cr）3C，且細(xì)小均勻分布，提高耐磨性、耐蝕性和接觸疲勞強(qiáng)度，提高耐回火性。最具備代表性的滾動軸承鋼是GCr15，占軸承鋼的絕大部分。2.4.1鋁及鋁合金鋁及鋁合金是有色金屬中應(yīng)用最廣的一類金屬材料，其產(chǎn)量僅次于鋼鐵材料。1．鋁及鋁合金分類圖2-15鋁合金分類示意圖分

類合金名稱合

金

系性能特點(diǎn)牌號舉例鑄造鋁合金簡單鋁硅合金Al-Si鑄造性能好，不能熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能低ZAlSi12特殊鋁硅合金Al-Si-Mg鑄造性能好，能熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能高ZAlSi7MgAl-Si-CuZAlSi7Cu4Al-Si-Mg-CuZAlSi5Cu1MgZAlSi5Cu6MgAl-Si-Mg-Cu-NiZAlSi12Cu1Mg1Ni1鋁銅鑄造合金Al-Cu耐熱性好，鑄造性能與耐蝕性差ZAlCu5Mn鋁鎂鑄造合金Al-Mg力學(xué)性能高，耐腐蝕性好ZAlMg10鋁鋅鑄造合金Al-Zn能自動淬火，宜于壓鑄ZAlZn11Si7鋁稀土鑄造合金Al-Re耐熱性能好表2-7 鋁合金的分類及性能特點(diǎn)表2-7 鋁合金的分類及性能特點(diǎn)分

類合金名稱合

金

系性能特點(diǎn)牌號舉例變形鋁合金不可熱處理強(qiáng)化防銹鋁Al-Mn耐蝕性、壓力加工性與焊接性能好，但強(qiáng)度較低3A21Al-Mg3A05可以熱處理強(qiáng)化硬鋁Al-Cu-Mg力學(xué)性能高2A11、2A12超硬鋁Al-Cu-Mg-Zn室溫強(qiáng)度最高7A04鍛鋁Al-Mg-Si-Cu鑄造性能好2A50、2A14Al-Cu-Mg-Fe-Ni耐熱性能好2A80、2A70續(xù)表2.鋁合金的強(qiáng)化主要有以下幾種。（1）．固溶強(qiáng)化（2）、時效強(qiáng)化（3）、過剩強(qiáng)化（4）、細(xì)化組織強(qiáng)化3.變形鋁合金這里主要介紹以下幾種：1、防銹鋁合金：防銹鋁合金中主要合金元素是Mn和Mg2、硬鋁合金：硬鋁合金為Al-Cu-Mg系合金，還含有少量的Mn。3、超硬鋁合金：超硬鋁合金為Al-Mg-Zn-Cu系合金，并含有少量的Cr和Mn。4、鍛鋁合金：鍛鋁合金分為Al-Mg-Si-Cu系和Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金。鑄造鋁合金按照主要合金元素的不同，可分為Al-Si鑄造鋁合金、Al-Cu鑄造鋁合金、Al-Mg鑄造鋁合金和Al-Zn鑄造鋁合金四類。（1）A1-Si鑄造鋁合金。這種合金流動性好，鑄件產(chǎn)生的熱裂傾向小，耐腐蝕性能高，有較低的膨脹系數(shù)，焊接性良好。比如內(nèi)燃機(jī)中的活塞。4、鍛造鋁合金鑄造鋁合金按照主要合金元素的不同，可分為Al-Si鑄造鋁合金、Al-Cu鑄造鋁合金、Al-Mg鑄造鋁合金和Al-Zn鑄造鋁合金四類。（2）Al-Cu鑄造鋁臺金。Al-Cu合金的強(qiáng)度較高，耐熱性好，但鑄造性能不好，有熱裂和疏松傾向，耐蝕性較差。如：ZAlCu5Mn常用于鑄造內(nèi)燃機(jī)氣缸頭、活塞等零件。4、鍛造鋁合金鑄造鋁合金按照主要合金元素的不同，可分為Al-Si鑄造鋁合金、Al-Cu鑄造鋁合金、Al-Mg鑄造鋁合金和Al-Zn鑄造鋁合金四類。（3）Al-Mg鑄造鋁臺金。Al-Mg合金強(qiáng)度高，密度小，有良好的耐蝕性，但鑄造性能不好，耐熱性低。Al-Mg合金可進(jìn)行時效處理，通常采用自然時效。（4）Al-Zn鑄造鋁合金。Al-Zn合金價格便宜，鑄造性能優(yōu)良，經(jīng)變質(zhì)處理和時效處理后強(qiáng)度較高，但耐蝕性差，熱裂傾向大。4、鍛造鋁合金2.4.2鎂及鎂合金鎂合金在常用工程金屬材料中密度最小，為1.8g/mm3，約為鋁合金的2/3、鈦合金的1/3、鋼的1/4。鎂合金比鋁合金有較大承受沖擊載荷的能力，可以用它制造受猛烈碰撞的零件。鎂合金具有優(yōu)良的切削加工性和可拋光性，并易于鑄造和熱加工，但應(yīng)注意防止其在高溫下燃燒。2.4.3鈦及鈦合金1、純鈦鈦是銀白色金屬，熔點(diǎn)為1680℃；相對密度為4.54，比鋁大，但比鋼輕43%。鈦有很好的強(qiáng)度，約為鋁的6倍，所以鈦的比強(qiáng)度在結(jié)構(gòu)材料中是很高的。鈦的熱膨脹系數(shù)較小，導(dǎo)熱性能差。2.4.3鈦及鈦合金2、鈦合金根據(jù)使用狀態(tài)的組織，鈦合金可分為三類：α鈦合金、β鈦合金、（α+β）鈦合金。牌號分別以TA、TB、TC加上編號表示。（1）α鈦合金。由于α鈦合金的組織全部為α固溶體，因而具有很好的強(qiáng)度、韌性及塑性。α鈦合金是單相合金，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，其代表性的合金有TA5、TA6、TA7。（2）β鈦合金。全部是β相的鈦合金在工業(yè)上很少應(yīng)用。但全β鈦合金由于是體心立方結(jié)構(gòu)，具有良好的塑性，為了利用這一特點(diǎn)，發(fā)展了一種介穩(wěn)定的β相鈦合金。此合金在淬火狀態(tài)為全β組織，便于進(jìn)行加工成形，隨后的時效處理又能獲得很高的強(qiáng)度。（3）（α+β）鈦合金。（α+β）鈦合金兼有α和β鈦合金兩者的優(yōu)點(diǎn)，（α+β）合金的應(yīng)用比較廣泛，其中以TC4(Ti-6Al-4V)合金應(yīng)用最廣、最多。2.4.4銅及銅合金銅及合金具有以下特性：①優(yōu)異的物理化學(xué)性能。②良好的加工性能。③某些特殊的力學(xué)性能。④色澤美觀。1.純銅根據(jù)雜質(zhì)的含量，工業(yè)純銅可分為T1、T2、T3和T4四種?！癟”為銅的漢語拼音字頭，編號越大，純度越低。表2-8 工業(yè)純銅的牌號、成分及用途牌

號代

號ω（Cu）/%雜質(zhì)ω/%雜質(zhì)總量ω/%用

途BiPb一號銅T199.950.0020.0050.05導(dǎo)電材料和配制高純度合金二號銅T299.900.0020.0050.1導(dǎo)電材料、制作電線、電纜等三號銅T399.700.0020.010.3一般用銅材，電器開關(guān)，墊圈等四號銅T499.500.0030.050.5表2-8 工業(yè)純銅的牌號、成分及用途2.黃銅黃銅可分為普通黃銅和特殊黃銅兩類。（1）普通黃銅。普通黃銅是銅—鋅二元合金。普通黃銅中銅含量越高，延展性能越好，切削加工性能越差。2.黃銅（2）特殊黃銅。為了獲得更高的強(qiáng)度、耐蝕性和良好的鑄造性能，在銅鋅合金中加入鋁、鐵、硅、錳、鎳等元素，形成各種特殊黃銅。特殊黃銅的編號方法：“H+主加元素符號+銅的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)+主加元索的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)”。①錫黃銅。錫可顯著提高黃銅在海洋大氣和海水中的耐蝕性。②鉛黃銅。鉛能改善切削加工性能，并能提高耐磨性。③鋁黃銅。鋁能提高黃銅的強(qiáng)度和硬度，但使塑性降低。④硅黃銅。硅能顯著提高黃銅的力學(xué)性能、耐磨性和耐燭性。⑤錳黃銅。錳能提高黃銅的強(qiáng)度，不降低塑性⑥鐵黃銅。黃銅中加入鐵，同時加入少量的錳。⑦鎳黃銅。鎳可提高黃銅的再結(jié)晶溫度和細(xì)化其晶粒，提高力學(xué)性能和耐蝕性，降低應(yīng)力腐蝕開裂傾向。3.青銅青銅原指銅錫合金，但是，工業(yè)上習(xí)慣把銅基合金中不含錫而含有鋁、鎳、錳、硅、鈹、鉛等特殊元素組成的合金也叫青銅。所以青銅實(shí)際上包含錫青銅、鋁青銅、鈹青銅和硅青銅等。青銅也可分為壓力加工青銅（以青銅加工產(chǎn)品供應(yīng)）和鑄造青銅兩類。壓力加工青銅的編號規(guī)則是：“Q+主加元素符號+主加元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（%）（+其他元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（%））”，“Q”表示青的漢語拼音字頭。2.4.5滑動軸承合金1．滑動軸承合金的工作條件及其對性能和組織的要求首先要求它在工溫度下具有足夠的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度、良好的耐磨性和一定的塑性及韌性，其次還要求它具有良好的耐蝕性、導(dǎo)熱性和較小的膨脹系數(shù)。2.4.5滑動軸承合金2.各類軸承合金簡介（1）錫基軸承合金（錫基巴氏合金），一種軟基體硬質(zhì)點(diǎn)類型的軸承合金。它是以錫、銻為基礎(chǔ)，并加入少量其他元素的合金。常用的牌號有ZChSnSb11-6、ZChSnSb8-4、ZChSnSb4-4等。（2）鉛基軸承合金（鉛基巴氏合金）。鉛基軸承合金是以Pb-Sb為基的合金，但二元Pb-Sb合金有密度偏析，同時銻顆粒太硬，基體又太軟，性能并不好，通常還要加入其他合金元素，如Sn、Cu、Cd、As等。常用的鉛基軸承合金為ZChPbSn-16-16-1.8（3）鋁基軸承合金。鋁基軸承合金是一種新型減摩材料，具有密度小、導(dǎo)熱性好、疲勞強(qiáng)度高和耐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)。2.4.5滑動軸承合金2.各類軸承合金簡介（4）多層軸承合金。多層軸承合金是一種復(fù)合減摩材料。它綜合了各種減摩材料的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)其單一合金的不足，從而組成二層或三層減摩合金材料，以滿足現(xiàn)代機(jī)器高速、重載、大批量生產(chǎn)的要求。（5）粉末冶金減摩材料。包括鐵石墨和銅石墨多孔含油軸承和金屬塑料減摩材料。粉末冶金多孔含油具有減摩性能好、壽命高、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。（6）非金屬材料軸承。船舶用的水潤滑軸承就是采用銅合金作襯套，橡膠作內(nèi)襯復(fù)合而成的。能力訓(xùn)練與拓展主要介紹對汽車比較重要的不銹耐酸鋼、耐熱鋼和耐磨鋼。1．不銹耐酸鋼不銹耐酸鋼（簡稱不銹鋼）是指在空氣、水、鹽的水溶液、酸及其他腐蝕性介質(zhì)中具有高度化學(xué)穩(wěn)定性的鋼種。不銹鋼應(yīng)用廣泛。（1）不銹鋼的編號方法。不銹鋼的碳含量增加，會形成Cr23C6，使晶界周圍貧Cr，導(dǎo)致鋼的耐蝕性下降，因此大多數(shù)不銹鋼的含碳量在0.15%以下，只有用于制造刀具或滾動軸承等的不銹鋼含碳量較高（0.6%～1.1%）能力訓(xùn)練與拓展1．不銹耐酸鋼（1）不銹鋼的編號方法。不銹鋼牌號前的數(shù)字表示平均含碳量的1千倍，其合金元素的表示方法與其他合金鋼相同。當(dāng)含碳量小于0.03%或0.08%，在牌號前分別冠以“00”或“0”。例如，ω(C)≤0.15%，ω(Cr)＝11.50%～13.5%的鋼，牌號為1Cr13；又例如，ω(C)≤0.08%，ω(Cr)＝18%～20%，ω(Ni)＝8.00%～11.00%的鋼，牌號為0Cr18Ni9。能力訓(xùn)練與拓展1．不銹耐酸鋼（2）常用不銹鋼及熱處理。主要可以分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鈉、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。能力訓(xùn)練與拓展2．耐熱鋼是指在高溫下具有良好化學(xué)穩(wěn)定性和較高強(qiáng)度，能較好適應(yīng)高溫條件的特殊合金鋼。（1）耐熱鋼的性能①抗氧化性能。耐熱鋼表面形成致密的氧化膜，阻止繼續(xù)氧化。②高溫強(qiáng)度。為提高蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度，在鋼中加入Cr、Mo、W、V等，強(qiáng)化基體，提高再結(jié)晶溫度，形成硬度高、熱穩(wěn)定性好的碳化物，阻止蠕變的發(fā)展，起彌散強(qiáng)化的作用。能力訓(xùn)練與拓展（2）常用耐熱鋼。耐熱鋼按組織可分為鐵素體-珠光體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼、奧氏體耐熱鋼三大類。①鐵素體-珠光體耐熱鋼。這類鋼含合金元素總量不超過5%，有代表性的有15CrMo、12CrMoV等②馬氏體耐熱鋼。Cr13型不銹鋼只有一定的耐熱性，在此基礎(chǔ)上加入Mo、V、W，使其具有好的熱強(qiáng)性。有代表性的鋼有1Crl3、1CrllMoV等③奧氏體耐熱鋼。奧氏體耐熱鋼是在奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。有代表性的鋼有0Cr18Ni10Ti、4Cr14Ni14W2Mo等。能力訓(xùn)練與拓展3．耐磨鋼耐磨鋼是指在巨大壓力和強(qiáng)烈沖擊載荷作用下發(fā)生硬化而具有良好耐磨性的鋼。最常用的高錳鋼，典型牌號是ZGMnl3。當(dāng)受到巨大壓力和強(qiáng)烈沖擊載荷作時，表面產(chǎn)生硬化（HRC＞50），硬度、耐磨性大大提高。。復(fù)習(xí)思考題2-1什么是晶體和非晶體？各有何特點(diǎn)？2-2金屬晶體缺陷有哪幾種？它們各自對金屬材料的性能有何影響？2-3簡述金屬結(jié)晶的過程以及細(xì)化晶粒的常見措施。2-4什么是金屬異構(gòu)轉(zhuǎn)變？單質(zhì)鐵有哪幾種同素異構(gòu)體？2-5說明硫在鋼中的存在形式，分析它在鋼中的可能作用。2-6鋼中常存在的雜質(zhì)有哪些？硫、磷對鋼的性能有哪些有害和有益的影響？2-7指出Q235、45、T12A鋼的類別、主要特點(diǎn)及用途。2-8比較各類鑄鐵性能的優(yōu)劣順序。與鋼相比較，鑄鐵在性能上有什么優(yōu)缺點(diǎn)？2-9提高鑄鐵力學(xué)性能的最主要的方法是什么？2-10鑄鐵中的碳有哪兒種存在形式？按鑄鐵中石墨的形態(tài)可將鑄鐵分為哪些類型？它們的石墨形態(tài)各是什么？2-11請說明下列鑄鐵牌號分別屬于哪一類鑄鐵及其中數(shù)字所代表的含義具有什么顯微組織？（1）HT200（2）KTH300-06（3）QT700-02（4）QT400-18（5）QT700-022-12為什么比較重要的大截面的結(jié)構(gòu)零件都必須用合金鋼制造？與碳鋼比較，合金鋼有何優(yōu)點(diǎn)？2-13合金元素在鋼中的主要作用有哪些？第1篇汽車工程材料

金屬材料的力學(xué)性能第1章常用金屬材料第2章汽車典型零件材料的選擇第3章非金屬材料第4章第3章汽車典型零件材料的選擇

零件材料選擇的基本原則及方法3.1汽車典型零件的選材3.2能力訓(xùn)練與拓展思考題3.1零件材料選擇的基本原則及方法機(jī)械零件材料的選擇一般遵守以下幾點(diǎn)。（1）材料使用性能應(yīng)滿足零件的使用要求。（2）材料的工藝性應(yīng)滿足加工要求。（3）選材時還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性。在保證產(chǎn)品使用性能的前提下，盡量采用生產(chǎn)和使用成本較低的材料。（4）環(huán)境與資源原則。選材時，應(yīng)該充分考慮對環(huán)境的影響。要減少材料使用量、延長零件壽命、材料再利用率高、環(huán)境污染小、廢氣排放少、材料回收及降解等對環(huán)境有益的原則進(jìn)行選材（5）積極推廣應(yīng)用新材料。3.2

汽車典型零件的選材

3.2.1發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇這里將介紹以下幾個部件的主體選材1、變速器齒輪2、車輛螺旋彈簧3、活塞銷4、發(fā)動機(jī)連桿5、曲軸6、凸輪軸7、氣門彈簧8、汽車半軸1、變速器齒輪的選材工作條件小

齒

輪大

齒

輪速度載荷材料熱處理硬度材料熱處理硬度低速中載45正火200～250HBS35正火150～180HBSZG310-570調(diào)質(zhì)200～250HBSZG270-500調(diào)質(zhì)190～230HBS重載45整體淬火38～48HRC35、ZG270-500整體淬火35～40HRC中速中載45調(diào)質(zhì)220～250HBS35、ZG270-500調(diào)質(zhì)190～230HBS45整體淬火38～48HRC35整體淬火35～40HRC40Cr40MnB調(diào)質(zhì)230～280HBS45、50調(diào)質(zhì)220～250HBSZG270-500180～230HBS35、40190～230HBS重載45整體淬火38～48HRC35整體淬火35～40HRC表面淬火45～50HRC45調(diào)質(zhì)220～250HBS40Cr40MnB整體淬火53～42HRC35、40整體淬火35～40HRC表面淬火52～56HRC45、50表面淬火45～50HRC高速中載，無猛烈沖擊40Cr40MnB整體淬火35～42HRC35、40整體淬火35～40HRC表面淬火52～56HRC45、50表面淬火45～50HRC中載，有沖擊20Cr20Mn2B20MnVB20CrMnTi滲碳淬火56～62HRCZG310-570正火160～210HRC35調(diào)質(zhì)190～230HBS20Cr20MnVB滲碳淬火56～62HRC3.2

汽車典型零件的選材

3.2.1發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇2、車輛螺旋彈簧的選材該類彈簧在長期沖擊震動以及交變應(yīng)力作用下，利用彈性變形吸收沖擊能量來起到緩和沖擊力的效果，同時要求承受一定壓力，因此要求具有高的彈性極限，高的強(qiáng)度、足夠的韌性等，根據(jù)車輛載重的不同，選用不同的材料。輕型汽車常選用65Mn、60Si2Mn鋼；中型或重型汽車，板簧選用50CrMn,55SiMnVB鋼；重型載重汽車大截面板簧選用55SiMnMoV，55SiMnMoVNb鋼。3.2

汽車典型零件的選材

3.2.1發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇3、活塞銷的選材具有足夠的強(qiáng)度、剛度和韌性，表面耐磨性好、高的抗疲勞強(qiáng)度，質(zhì)量盡可能小，同時要求配合面有很高的光潔度、尺寸精度等?；钊N的主要失效形式為表面磨損和疲勞裂紋。常見的材料為20、15C、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、20CrMnVB、20CrMnMo等低碳合金鋼。3.2

汽車典型零件的選材

3.2.1發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇4、發(fā)動機(jī)連桿的選材連桿的工作條件要求連桿既有較高的強(qiáng)度和抗疲勞性能；又有足夠的剛性和韌性。此外還應(yīng)盡量減小連桿自身的質(zhì)量，以減小慣性力的作用。連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形，因此要求連桿材料必須具備優(yōu)良的綜合力學(xué)性能及高的抗疲勞強(qiáng)度。根據(jù)連桿的工作條件和失效形式，連桿通常采用中碳鋼和合金鋼模鍛或輥鍛而成，常用的材料有40、45、50、45Mn2、40Cr、35CrMo、42CrMo等3.2

汽車典型零件的選材

3.2.1發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇5.曲軸的選材曲軸必須具有足夠的強(qiáng)度、硬度、良好的耐磨性和高的抗疲勞性能、質(zhì)量要小、各工作表面要求耐磨、潤滑良好。曲軸的失效形式主要是疲勞斷裂和軸頸處磨損，有時也發(fā)生沖擊過載斷裂，個別情況下發(fā)生塑性變形或腐蝕失效。根據(jù)曲軸的工作條件和失效形式，對于中等噸位的汽車和轎車，曲軸常用的材料為球墨鑄鐵和鋼。3.2

汽車典型零件的選材

3.2.1發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇6、凸輪軸選材凸輪軸必須具有良好的接觸疲勞強(qiáng)度和抗擦傷性，高硬度和較好的耐磨性，接觸表面具有足夠的強(qiáng)度和剛性，可承受氣門開啟的周期性沖擊載荷的作用。凸輪軸常用材料及熱處理工藝如表3-3所示。材

料預(yù)備熱處理熱

處

理15、20、15Cr、20Cr鋼調(diào)質(zhì)或正火滲碳淬火+低溫回火40、45、50鋼調(diào)質(zhì)或正火感應(yīng)淬火+低溫回火稀土—鎂球墨鑄鐵正火感應(yīng)淬火或等溫淬火+低溫回火銅釩鉬合金鑄鐵低溫回火感應(yīng)淬火+低溫回火3.2

汽車典型零件的選材

3.2.1發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇7、氣門彈簧選材氣門彈簧要求彈性好，屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度高，有一定的耐熱性。氣門彈簧也可用冷拔后經(jīng)油淬及回火后的鋼絲制造，繞制后經(jīng)300℃～350℃加熱消除冷卷簧時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。氣門彈簧加工藝路線一般為冷卷成型→淬火→中溫回火→噴丸強(qiáng)化→兩端磨平。3.2

汽車典型零件的選材

3.2.1發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇8、汽車半軸選材半軸的失效形式主要是疲勞斷裂（包括扭轉(zhuǎn)疲勞和彎曲疲勞斷裂）、過量變形、斷裂和表面過度磨損汽車類型材

料預(yù)備熱處理整體調(diào)質(zhì)感應(yīng)淬火滲碳淬火桿部硬度/HRC法蘭硬度/HBW層深/mm硬度/HRC層深/mm硬度/HRC轎車和越野車40Cr—25～4037～44≥2492.5～545～58——40MnB41～47≥247————18CrMnTi——1.5～1.858～6342CrMo正火28～32—5～754～58——載貨汽車40Cr正火——3～649～62——12CrNi4A正火—1.2～1.658～6340MnB正火——4～752～58——40MnB正火187～241HBW——4～752～63——重型車40CrMnMo正火229～269HBW—————40Cr退火≤255HBW37～44≥2477～1050～55——40CrNi47MnTi退火——8～106.5～753～6054～57——

3.2.1發(fā)動機(jī)和變速器典型零件材料的選擇1．轎車身結(jié)構(gòu)簡介現(xiàn)代的轎車車身大都采用承載式車身，車身零件種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。按照車身零件的安裝位置和功用，可分為車身覆蓋件和車身構(gòu)架。車身覆蓋件是汽車車身的主要零件，影響著汽車的美觀程度，因此質(zhì)量要求比較高。車身構(gòu)架包括底板總成和安全結(jié)構(gòu)件

3.2.2轎車車身常用材料2．轎車車身材料的種類轎車車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同零件的結(jié)構(gòu)和功用不同，對材料的使用性能要求也不同，為滿足汽車節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適的要求，實(shí)現(xiàn)輕量化、高強(qiáng)度、高性能的目標(biāo)，構(gòu)成汽車的材料有很多種。通常按照材料的成分，將汽車材料分為金屬材料和非金屬材料兩大類。

3.2.2轎車車身常用材料1．轎車身結(jié)構(gòu)簡介現(xiàn)代的轎車車身大都采用承載式車身，車身零件種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。按照車身零件的安裝位置和功用，可分為車身覆蓋件和車身構(gòu)架。車身覆蓋件是汽車車身的主要零件，影響著汽車的美觀程度，因此質(zhì)量要求比較高。車身構(gòu)架包括底板總成和安全結(jié)構(gòu)件

3.2.2轎車車身常用材料3．轎車身常用鋼材

3.2.2轎車車身常用材料類

型牌

號應(yīng)用方式沸騰鋼05F、08F、10F、15F、20F沖壓件、結(jié)構(gòu)件鎮(zhèn)靜鋼05、08、10、15、20沖壓件、結(jié)構(gòu)件專用鋼08Mn、16Mn、06Ti、10Ti大梁專用Al脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板08Al沖壓件低碳鋼（ST）DC01、DC03、DC04、DC05、DC06沖壓件沖壓用BLC、BLD、BUSD、BUFD、BSUFD沖壓件高強(qiáng)度BP、BH、BLa、DP、TRIP沖壓件、結(jié)構(gòu)件熱軋鋼SAPH（310、370、400、440）結(jié)構(gòu)件表3-5 汽車車身常用鋼材的類型、牌號能力訓(xùn)練與拓展1．幾種熱處理類型（1）整體熱處理：對工件整體進(jìn)行穿透加熱的熱處理。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。（2）局部熱處理：僅對工件的某一部位或幾個部位進(jìn)行熱處理的工藝。（3）表面熱處理：為改變工件表面的組織與性能，僅對其表面進(jìn)行的熱處理工藝。能力訓(xùn)練與拓展1．幾種熱處理類型（4）化學(xué)熱處理：將工件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理?；瘜W(xué)熱處理與表面熱處理不同之