汽車材料第一節(jié)金屬材料本節(jié)主要介紹的內(nèi)容有：

●金屬力學(xué)性能●常見(jiàn)的金屬材料

一．金屬力學(xué)性能

1.強(qiáng)度與塑性

強(qiáng)度是抵抗永久變形和斷裂的能力。按載荷的作用形式分為拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)等幾種，載荷的作用形式不同，金屬的強(qiáng)度判據(jù)不同。拉伸強(qiáng)度判據(jù)應(yīng)用最普遍、測(cè)試方法最簡(jiǎn)單，通常采用拉伸試驗(yàn)法，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。（1）常用強(qiáng)度判據(jù)主要有屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度。

1）屈服點(diǎn)和規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力在拉伸過(guò)程中力不增加（保持恒定），試樣仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)，以σS表示，單位為MPa。

σs=FS/A0

式中：FS—材料屈服日寸的拉伸力，N。

A0—試樣拉伸前d0。處橫截面積。

屈服點(diǎn)是具有屈服現(xiàn)象的材料特有的強(qiáng)度指標(biāo)。除退火或熱軋的低碳鋼和中碳鋼等少數(shù)合金有屈服點(diǎn)外，大多數(shù)合金都沒(méi)有屈服現(xiàn)象，因此提出“規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力”作為相應(yīng)的強(qiáng)度指標(biāo)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力，作為規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力σr。表示此應(yīng)力的符號(hào)應(yīng)附以角標(biāo)說(shuō)明，例如σr0.2表示規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率為0.2％H寸的應(yīng)力。

σr=Fr/A0

式中：Fr—產(chǎn)生規(guī)定伸長(zhǎng)時(shí)的拉力，N。

2）抗拉強(qiáng)度拉伸過(guò)程中最大力Fb所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，以σb表示。

σb=Fb/A0

抗拉強(qiáng)度的物理意義是表征材料對(duì)最大均勻變形的抗力，表征材料在拉伸條件下所能承受的最大力的應(yīng)力值，它是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一，是工程技術(shù)上的主要強(qiáng)度指標(biāo)?？估瓘?qiáng)度

斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力叫塑性。常用的塑性判據(jù)是材料斷裂時(shí)最大相對(duì)塑性變形，如拉伸時(shí)的斷后伸長(zhǎng)率和斷后收縮率。

1）斷后伸長(zhǎng)率試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比稱為斷后伸長(zhǎng)率，以δ表示。

δ=L1-L0/L0×100%式中：L1—試樣拉斷后的標(biāo)距，mm；

L0—試樣原始標(biāo)距。

2）斷面收縮率試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比稱為斷面收縮率，以δ表示。

Ψ=A0-A1/A0×100%式中：A0—試樣原始截面積，mm2；

A1—試樣斷裂后縮頸處的最小橫截面積，mm2。

δ和Ψ越大，表示材料的塑性越好；反之，表示材料的塑性越差，脆性越大。（２）塑性判據(jù)

硬度—是指材料抵抗局部變形，尤其是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度是衡量金屬軟硬程度的判據(jù)。材料的硬度是通過(guò)硬度試驗(yàn)測(cè)得的。硬度試驗(yàn)所用設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便、迅速，可直接在半成品或成品上進(jìn)行試驗(yàn)而不損壞被測(cè)件，而且還可根據(jù)硬度值估計(jì)出材料近似的強(qiáng)度和耐磨性。因此，硬度在一定程度上反映了材料的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用很廣。常將硬度作為技術(shù)條件標(biāo)注在零件圖樣或?qū)懺诠に囄募?。硬度試?yàn)方法較多，生產(chǎn)中常用的是布氏硬度、洛氏硬度試驗(yàn)法。2．硬度

布氏硬度的測(cè)定是在布氏硬度試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，其試驗(yàn)原理如圖1-1所示。（1）布氏硬度

用直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球做壓頭，以相應(yīng)的試驗(yàn)力F（單位：N）將壓頭壓人試件表面，經(jīng)規(guī)定的時(shí)間后，去除試驗(yàn)力，在試件表面得到一直徑為d的壓痕。用試驗(yàn)力F除以壓痕表面積A壓，所得值即為布氏硬度值，用符號(hào)HB表示。用淬火鋼球?yàn)閴侯^時(shí)，符號(hào)為HBS；用硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^時(shí)，符號(hào)為HBW。

式中：A壓—壓痕表面積，mm2；

D、D、h—壓痕平均直徑、壓頭直徑、壓痕深度，mm。上式中只有d是變量，只要測(cè)出d值，即可通過(guò)計(jì)算或查表得到相應(yīng)的硬度值。d值越大，硬度值越??；d值越小，硬度值越大。

布氏硬度公式

洛氏硬度的測(cè)定是在洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，試驗(yàn)原理見(jiàn)圖1-2。（2）洛氏硬度

它是以頂角為120。金剛石圓錐體或直徑為1.588mm淬火鋼球做壓頭，在初試驗(yàn)力和總試驗(yàn)力（初試驗(yàn)力+主試驗(yàn)力）先后作用下，壓入試件表面，經(jīng)規(guī)定保持日寸問(wèn)后，去除主試驗(yàn)力，用測(cè)量的殘余壓痕深度增量（增量是指去除主試驗(yàn)力并保持初試驗(yàn)力的條件下，在測(cè)量的深度方向上產(chǎn)生的塑性變形量）來(lái)計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)法。洛氏硬度用符號(hào)HR表示。

式中：金剛石做壓頭，k值為100； 淬火鋼球做壓頭，k為130。 洛氏硬度公式

為使同一硬度計(jì)能測(cè)試不同硬度范圍的材料，可采用不同的壓頭和試驗(yàn)力。按壓頭和試驗(yàn)力不同，CB/T230一l99l規(guī)定洛氏硬度的標(biāo)尺有九種，但常用的是HRA、HRB、HRC三種，其中HRC應(yīng)用最廣范。洛氏硬度的試驗(yàn)條件和應(yīng)用范圍見(jiàn)表1-1。 洛氏硬度的試驗(yàn)條件和應(yīng)用范圍

常用的方法是擺錘式一次沖擊試驗(yàn)法，它是在專門的擺錘試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。試驗(yàn)日寸首先將材料按GB／T229一l994《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法》規(guī)定，將被測(cè)材料制作成標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣，后將試樣缺口背向擺錘沖擊方向放在試驗(yàn)機(jī)支座上（圖1一3a），擺錘舉至。高度，然后使擺錘自由落下；擺錘沖斷試樣后，擺錘升至h2。擺錘沖斷試樣所消耗的能量，即試樣在沖擊力一次作用下折斷時(shí)所吸收的功，稱為沖擊吸收功，用符號(hào)AK表示。３．韌性及疲勞

（1）韌性

AK值不需計(jì)算，可由試驗(yàn)機(jī)刻度盤上直接讀出。沖擊試樣缺口底部單位橫截面積上的沖擊吸收功，稱為沖擊韌度，用符號(hào)AK表示，單位為J/cm2。式中：A-試樣缺口底部橫截面積，cm2。圖1-3擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)原理示意圖

許多零件如軸、齒輪、彈簧等是在交變應(yīng)力作用下工作的。在循環(huán)應(yīng)力作用下，零件在一處或兒處產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過(guò)程，稱為疲勞或疲勞斷裂。零件疲勞斷裂前無(wú)明顯塑性變形，危險(xiǎn)性大，常造成嚴(yán)重事故。（2）疲勞強(qiáng)度

試驗(yàn)證明，金屬材料能承受的交變應(yīng)力，與斷裂前應(yīng)力循環(huán)基數(shù)N有關(guān)，見(jiàn)圖1－4。由圖可知，當(dāng)σ低于某一值時(shí)，曲線與橫坐標(biāo)平行，表示材料可經(jīng)無(wú)數(shù)次循環(huán)應(yīng)力作用而不斷裂，這一應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度，并用σ-1表示光滑試樣對(duì)稱彎曲疲勞強(qiáng)度。一般，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)次數(shù)越少。工程上用的疲勞強(qiáng)度，是指在一定的循環(huán)基數(shù)下不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。通常規(guī)定鋼鐵材料的循環(huán)基數(shù)取107，有色金屬取108。疲勞強(qiáng)度的概念二．常見(jiàn)的金屬材料

工業(yè)上常用的金屬材料分為鐵基（黑色金屬）和非鐵基（有色金屬）金屬材料兩大類。鐵基金屬指鋼和鑄鐵，非鐵基金屬則包括鋼鐵以外的金屬及其合金。在汽車行業(yè)中應(yīng)用最廣的是鐵基金屬材料，即鋼和鑄鐵。

鐵基金屬材料有鋼和鑄鐵。鋼是指以鐵為主要元素，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.11％以下，并含有其他元素的材料。其品種多、規(guī)格全、性能好、價(jià)格低，并且可用熱處理的方法改善性能，所以是工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13304－1991規(guī)定，鋼按化學(xué)成分可分為非合金鋼（碳鋼）、低合金鋼和合金鋼三類；按用途又可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼；按用途也可分為建筑及工程結(jié)構(gòu)用鋼、機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼、工具鋼、專業(yè)用鋼（如橋梁用鋼、鍋爐用鋼）等。（一）鐵基金屬材料

又稱碳鋼，是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11％，并含有少量硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)元素的鐵碳合金。碳鋼具有一定的力學(xué)性能和良好的工藝性能，且價(jià)格低廉，在工業(yè)中廣泛應(yīng)用。它按用途分結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼；按質(zhì)量分為普通質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)和特殊質(zhì)量（主要按鋼中磷、硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)劃分）。1．非合金鋼

對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中控制質(zhì)量無(wú)特殊規(guī)定的一般用途的（非合金鋼）碳鋼。該類鋼通常不進(jìn)行處理而直接使用，因此只考慮其力學(xué)性能和有害雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，不考慮碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

GB7001988規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)由Q（屈服點(diǎn)的“屈”字漢語(yǔ)拼音字首）、屈服點(diǎn)數(shù)值級(jí)和脫氧方法四部分按順序組成。質(zhì)量等級(jí)有A（ws≤0.050％、wp≤0.045％）、B（ws≤0.045％、wp≤0.045％）、C（ws≤0.040％、wp≤0.040％）、D（ws≤0.035％、wp≤0.035％）四種。脫氧方法用漢語(yǔ)拼音字首表示；“F”-沸騰鋼、“B”-半鎮(zhèn)靜鋼、“Z”-鎮(zhèn)靜鋼、“TZ”-特殊鎮(zhèn)靜鋼，通?！皕”和“TZ”可省略。例如Q235-A表示σs≥235MPa，質(zhì)量等級(jí)為A級(jí)的碳素結(jié)構(gòu)鋼。

Q195、Q215鋼有一定強(qiáng)度、塑性好。主要用于制作薄板（鍍鋅薄鋼板）、鋼筋、沖壓件、地腳螺栓和煙筒等。Q235強(qiáng)度較高，用于制作鋼筋、鋼板、農(nóng)業(yè)機(jī)械用型鋼和重要的機(jī)械零件，如拉桿、連桿、轉(zhuǎn)軸等。Q235-C、Q235-D鋼質(zhì)量較好，可制作重要的焊接結(jié)構(gòu)件。Q255鋼、Q275鋼強(qiáng)度高、質(zhì)量好，用于制作建筑、橋梁等工程質(zhì)量要求較高的焊接結(jié)構(gòu)件，以及摩擦離合器、主軸、剎車鋼帶、吊鉤等。（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

這類鋼有害雜質(zhì)元素磷、硫受到嚴(yán)格限制，非金屬夾雜物含量較少，塑性和韌性較好，主要用于制作較重要的機(jī)械零件，一般均需進(jìn)行熱處理，故既要保證力學(xué)性能，又要保證化學(xué)成分。該類鋼按冶金質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（A）、特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（E）。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，其兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。如40鋼表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40％的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（ＷMn=0.7％～l.2％）時(shí)，在數(shù)字后面附以符號(hào)“Mn”，如65Mn鋼，表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.65％，并含有較多錳（ＷMn：0.9％～1.2％）的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在數(shù)字后面加“A”；特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在數(shù)字后面加“E”。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)又可分為低碳鋼（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.25％以下）、中碳鋼（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25％～0.60％）和高碳鋼（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.60％～0.85％）。（２）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

低碳鋼——強(qiáng)度低，塑性、韌性好，易于沖壓加工，主要用于制造受力不大、韌性要求高的汽車車身、駕駛室、車門、散熱器罩、柴油機(jī)活塞銷、凸輪軸、凸輪等。中碳鋼——強(qiáng)度較高，塑性和韌性也較好，一般需經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后使用，應(yīng)用廣泛。主要用于制作齒輪、軸類、套筒、絲杠、柴油機(jī)曲軸連桿等零件。高碳鋼——經(jīng)熱處理后，可獲得較高的彈性極限、足夠的韌性和一定的強(qiáng)度．常用來(lái)制作彈性零件和易磨損的零件，如轉(zhuǎn)向系接頭彈簧、彈簧墊圈和各種卡環(huán)、鎖片等。

鑄鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15％～0.60％，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高則塑性差，易產(chǎn)生裂紋等缺陷，主要用來(lái)制作形狀復(fù)雜、難以進(jìn)行鍛造或切削加工成形，且要求較高強(qiáng)度和韌性的零件，如機(jī)油管法蘭、化油器操縱桿接頭等。牌號(hào)首位冠以“ZG”（“鑄鋼”二字漢語(yǔ)拼音字首）。GB/T5613－1995規(guī)定，鑄鋼牌號(hào)有兩種表示方法：用力學(xué)性能表示時(shí)（按GB/T11352－1989規(guī)定），在“ZG”后面有兩組數(shù)字，第一組數(shù)字表示該牌號(hào)鋼屈服點(diǎn)的最低值，第二組數(shù)字表示其抗拉強(qiáng)度的最低值。如ZG340-640鋼。表示，σs≥340MPa，σb≥640MPa的工程用鑄鋼；用化學(xué)成分表示時(shí)，在“ZG‘’后面的一組數(shù)字表示鑄鋼平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分?jǐn)?shù)（平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1％時(shí)不標(biāo)出，平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1％時(shí)第一位數(shù)字為“0”。在碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)后面排列各主要合金元素符號(hào)，每個(gè)元素符號(hào)后面用整數(shù)標(biāo)出其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)。如ZG15Cr1Mo1V鋼，表示平均Ｗc=0.15％、ＷCr=1％、ＷMo=1％、0.2％<Ｗv<0.3％的鑄鋼。（３）鑄鋼

在碳鋼的基礎(chǔ)上，加入一種或幾種合金元素，使其具有易切削性能，以適應(yīng)切削加工自動(dòng)化、高速化和精密化的需要。目前常加入的合金元素是S、P、Pb、Ca、Se、Te等。易切削結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)是在同類結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)前冠以“Y”以區(qū)別其他結(jié)構(gòu)鋼。例如Y20表示平均Ｗc=0.20％的易切削鋼。（表1－2）易切削結(jié)構(gòu)鋼主要用于采用高效專用自動(dòng)機(jī)床加工的零件，如汽車中大量應(yīng)用的螺栓、螺母、小型銷軸等標(biāo)準(zhǔn)件，也可用于輕型汽車的軸、齒輪、曲軸等。（４）易切削結(jié)構(gòu)鋼表1-2

前面所講的碳鋼，雖然得到廣泛應(yīng)用。但隨著生產(chǎn)的發(fā)展，越來(lái)越滿足不了要求．原因是碳鋼的淬透性低、絕對(duì)強(qiáng)度低、回火抗力差，不能用于大尺寸、重載荷的零件，也不能用于耐腐蝕、耐高溫的零件，而且熱處理工藝性能不佳。為改善碳鋼的組織和性能，在碳鋼基礎(chǔ)上有目的地加入一種或幾種合金元素所形成的鐵基合金，稱為低合金鋼或合金鋼。由于合金元素的加入，合金鋼的性能較碳鋼好，提高了淬透性和綜合力學(xué)性能。合金鋼按合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分低合金鋼、合金鋼；按用途又分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。2．合金鋼

低合金結(jié)構(gòu)鋼是在低碳鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素（合金元素總量小于3％）而得到的鋼。廣泛用于建筑、石油、化工、橋粱、造船等行業(yè)，一般不再進(jìn)行熱處理。牌號(hào)表示方法與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相同。例如Q235表示σs≥235MPa的低合金結(jié)構(gòu)鋼。此類鋼可取代普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。在汽車中主要用于制作車身，還可用于制造高強(qiáng)度連接件，如螺栓、彈簧鋼板吊環(huán)等。（1）低合金結(jié)構(gòu)鋼

在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素而得到的鋼為合金結(jié)構(gòu)鋼。牌號(hào)表示依次為兩位數(shù)字、元素符號(hào)和數(shù)字。前兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，元素符號(hào)表示鋼中所含的合金元素，元素符號(hào)后的數(shù)字表示該合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)。如20CrMnTi鋼，表示鋼中平均Ｗc=0.2％，ＷCr、ＷMn、ＷTi均<1.5％。（2）合金結(jié)構(gòu)鋼

適用于滲碳、淬火和低溫回火的熱處理方式的合金結(jié)構(gòu)鋼為合金滲碳鋼。主要用于要求表面耐磨，心部需要韌性好的零件。（表1-3）

20CrMnTi是應(yīng)用最廣泛的臺(tái)金滲碳鋼，用于制造汽車的變速齒輪、軸、活塞銷等零件。1）合金滲碳鋼

合金調(diào)質(zhì)鋼是在中碳鋼的基礎(chǔ)上加入一些合金元素，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的鋼。用于制造在重載荷下、受力復(fù)雜、要求綜合力學(xué)性能的重要零件。此類鋼中40Cr、40MnB適用于中等截面的結(jié)構(gòu)件，如汽車連桿螺栓、后橋半軸等；40CrNiTi、37CrNi3適用于大截面的、承受大載荷的重要結(jié)構(gòu)件，如中間軸、曲軸等。（表1-4）2）合金調(diào)質(zhì)鋼表1-3

適合于做彈簧的合金結(jié)構(gòu)鋼稱為合金彈簧鋼。彈簧是汽車中應(yīng)用比較多的零件，在受振動(dòng)、受沖擊載荷及交變載荷狀態(tài)下工作，因此，要求彈簧鋼應(yīng)具有高彈性極限和疲勞強(qiáng)度，以及足夠的韌性。為了獲得所需要的性能，彈簧鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.45％～0.75％之間．主要元素為Si、Mn、W、V、Cr等。此類鋼的熱處理一般為淬火加中溫回火。

65Mn、55Si2Mn、60Si2Mn用于制造截面不大于25mm的各種螺旋彈簧和鋼板彈簧；55CrMnA、60CrMnA用于制造截面小于50mm的各種螺旋彈簧和鋼板彈簧。３）合金彈簧鋼

軸承鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.95％～1.15％，加入0.4％～1.65％的Cr。此類鋼的預(yù)備熱處理為球化退火。最終熱處理為淬火加低溫回火。GCr15是軸承鋼中應(yīng)用最多的鋼，主要用于制造壁厚小于12mm、外徑小于50mm的套圈，直徑為25～50mm的鋼球。４）滾動(dòng)軸承鋼

合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素（Si、Mn、Cr、V、Mo等）制成的。合金工具鋼常用來(lái)制造各種量具、模具和切削刀具，也可對(duì)應(yīng)地分為量具鋼、模具鋼和刃具鋼，其化學(xué)成分、性能和組織結(jié)構(gòu)也不同。合金工具鋼的牌號(hào)表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼基本相似，不同的是平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1％時(shí)，牌號(hào)中不標(biāo)出碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<1％時(shí)，則以一位數(shù)字表示，表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)。刃具鋼叉分低合金刃具鋼和高速鋼。低合金刃具鋼主要是含鉻的鋼，而高速鋼是一種含鎢、鉻、釩等合金元素較多的鋼。（3）合金工具鋼

特殊性能鋼是指具有某些特殊的物理、化學(xué)、力學(xué)性能，因而能在特殊的環(huán)境、工作條件下使用的鋼。其牌號(hào)表示方法與合金工具鋼基本相同，但若鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.03％或小于0.08％時(shí)，牌號(hào)分別以“00”或“0”為首。例如00Cr1TNi14Mo2、0Cr18Ni11Ti鋼等。常用的特殊性能鋼有不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。在腐蝕介質(zhì)中具有耐腐蝕性能的鋼稱為不銹鋼。不銹鋼的主要合金元素是鉻和鎳。常用的不銹鋼有1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17、1Cr18Ni9Ti和0Cr19Ni9Ti等，適用于制造化工設(shè)備、醫(yī)療和食品器械等。耐熱鋼是指在高溫下不發(fā)生氧化并具有較高強(qiáng)度的鋼。為提高耐蝕性和高溫強(qiáng)度，常加入較多的Cr、Si、Al、Ni等合金元素。在汽車上常用的耐熱鋼是4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等，用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門等。耐磨鋼常用的一種是高錳鋼，適用于制造在強(qiáng)烈沖擊下工作要求耐磨的零件必須具有表面硬度高、耐磨，心部韌性好、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，適合于制造鐵路道岔、挖掘機(jī)鏟齒等構(gòu)件。（４）特殊性能鋼

碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于2.11％的鐵碳合金稱為鑄鐵。工業(yè)上常用的鑄鐵是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％～4％，且比碳鋼吉有較多的錳、硫、磷等雜質(zhì)的鐵、碳、硅多元合金。由于鑄鐵具有良好的鑄造性能、切削性能及一定的力學(xué)性能，所以在機(jī)械制造中應(yīng)用很廣。按質(zhì)量計(jì)算，汽車、拖拉機(jī)中鑄鐵零件約占50％～70％。根據(jù)碳在鑄鐵中存在形態(tài)的不同，鑄鐵可分為以下幾種：３．鑄鐵

碳在鐵中以滲碳體形式存在，斷口呈亮白色，稱白口鑄鐵。由于有大量的硬而脆的滲碳體，故其硬度高、脆性大，極難切削加工。除要求表面有高硬度和耐磨并受沖擊不大的鑄件．如軋輥、犁等鑄件外，一般不用來(lái)制造機(jī)械零件，而主要用作煉鋼原料。（1）白口鑄鐵

碳在鑄鐵組織中以片狀石墨形式存在，斷口呈灰色。它的性能是軟而脆．但具有良好的鑄造性、耐磨性、減振性和切削加工性?；诣T鐵常用于受力不大、沖擊載荷小、需要減振或耐磨的各種零件，如機(jī)床床身、機(jī)座、箱體、閥體等。灰鑄鐵是生產(chǎn)中使用最多的鑄鐵?；诣T鐵的牌號(hào)是以“HT”和其后的一組數(shù)字表示，其中“HT”表示灰鐵二字的漢語(yǔ)拼音字首，其后一組數(shù)字表示其最小抗拉強(qiáng)度。

HT200適用于承受大載荷的重要零件，如汽車的氣缸體、氣缸蓋、剎車輪等，HT300、HT350適用于承受高載荷、要求耐磨和高氣密性的重要零件，如大型發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體、氣缸蓋、氣缸套、油缸、泵體、閥體等。（表1-5）（2）灰鑄鐵表1-5

碳在鑄鐵組織中以團(tuán)絮狀石墨形式存在，它是由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的高溫退火而得的鑄鐵。團(tuán)絮狀石墨對(duì)金屬基體的割裂作用較片狀石墨小得多，所以可鍛鑄鐵有較高的力學(xué)性能，強(qiáng)度、塑性和韌性比灰鑄鐵好，尤其是塑性和韌性有明顯提高，但可鍛鑄鐵并不可鍛造。常用于制造汽車、拖拉機(jī)的薄殼零件、低壓閥門和各種管接頭等?？慑戣T鐵的牌號(hào)為“KT”加兩組數(shù)字組成，第一組數(shù)字表示最小抗拉強(qiáng)度，第二組數(shù)字表示最小伸長(zhǎng)率。如KT300－06，表示最低抗拉強(qiáng)度為300Mpa，最小伸長(zhǎng)率為6％的可鍛鑄鐵。（3）可鍛鑄鐵

碳在鑄鐵組織中以球狀石墨形式存在。球墨鑄鐵是將鐵液經(jīng)過(guò)球化處理和孕育處理而得到的，球化處理是在澆注前向一定成分的鐵水中，加一定數(shù)量的球化劑（鎂或稀土鎂合金）和孕育劑（硅鐵或硅鈣合金），使石墨呈球狀，減少其對(duì)基體的割裂作用，并減少應(yīng)力集中，球墨鑄鐵具有較好的力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度甚至優(yōu)于碳鋼，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、交通、冶金等行業(yè)，如制造氣缸套、曲軸、活塞等零件。球墨鑄鐵牌號(hào)用“QT”加兩組數(shù)字表示，“QT”為“球鐵”漢語(yǔ)拼音字首，后兩組數(shù)字表示與可鍛鑄鐵相同，如QT40018。

QT400－18適用做汽車、拖拉機(jī)的牽引框、輪彀、離合器及減速器的殼體；QT700－2適用于做柴油機(jī)和汽油機(jī)的曲軸、連桿、凸輪軸等零件。（4）球墨鑄鐵

在灰鑄鐵或球墨鑄鐵中加入一定量的合金元素，可使鑄鐵具有某些特殊性能，如耐熱、耐蝕、耐磨、高強(qiáng)度等，這種鑄鐵稱為合金鑄鐵。汽車中常用的合金鑄鐵有以下幾種：

1）耐熱鑄鐵在鑄鐵中加入硅、鋁、鉻等合金元素，可在鑄件表面形成一層致密的、牢固的、均勻的保護(hù)膜，如Al2O3、SiO2：、Cr2O3，，使鑄件在700～1000℃高溫下具有抗氧化性，稱為耐熱鑄鐵。汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門座即可以采用耐熱合金鑄鐵制作。

2）耐磨鑄鐵在鑄鐵中加入少量的P、Cu、Ti、Mn、Mo等合金元素，可大大提高鑄鐵的耐磨性，獲得耐磨鑄鐵。目前在汽車、拖拉機(jī)行業(yè)中氣缸套筒、排氣門座圈、活塞環(huán)等件常使用耐磨鑄鐵。（5）合金鑄鐵

工業(yè)生產(chǎn)中把鋼鐵材料以外的所有金屬材料，統(tǒng)稱為非鐵金屬材料，也叫有色金屬材料。與鋼鐵材料相比，非鐵金屬價(jià)格高。產(chǎn)量低，但由于其具有許多優(yōu)良特性，容易滿足汽車上某些零件的特殊要求，有重要的地位，成為不可缺少的工程材料。如鋁、鈦及其合金密度?。汇~、鋁及其合金導(dǎo)電性及耐蝕性好。（二）非鐵基金屬材料

純鋁顯著的特點(diǎn)是密度小（約2.7g/cm3），導(dǎo)電導(dǎo)熱性優(yōu)良，強(qiáng)度（σb=80MPa左右）、硬度低，塑性好，有良好的耐蝕性。故純鋁主要用于做導(dǎo)電、導(dǎo)熱材料或耐蝕零件?，F(xiàn)在汽車加熱器、散熱器、蒸發(fā)器、油冷卻器多用鋁制作；另外純鋁還可做裝飾件、銘牌等。鋁中加入硅、銅、鎂、鋅、錳等制成鋁合金，不僅強(qiáng)度提高，還可通過(guò)變形、熱處理等方法進(jìn)一步強(qiáng)化，以至有些鋁合金可超過(guò)σb=600Mpa，與低碳鋼相當(dāng)，比強(qiáng)度（強(qiáng)度與密度之比）則勝過(guò)某些合金鋼。同時(shí)還保持鋁耐蝕性好，質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)。所以，鋁合金常用來(lái)制造要求質(zhì)量輕強(qiáng)度高的零件，如飛機(jī)上的零件。鋁合金依其成分和工藝性能，可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性，可通過(guò)壓力加工制成各種半成品，也可以焊接。它主要用作各種類型的型材和結(jié)構(gòu)件。如發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架、飛機(jī)大梁等。變形鋁合金又可分為防銹鋁合金（代號(hào)LF+順序號(hào)）、硬鋁合金（代號(hào)LY十順序號(hào)）、超硬鋁合金（代號(hào)LC+順序號(hào)）、鍛鋁合金（代號(hào)LD+順序號(hào)）。牌號(hào)表示方法見(jiàn)GB/T164741996。此類鋁合金在汽車中應(yīng)用不太多。

1．鋁及其合金

鑄造鋁合金可分為Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四類。它們有良好的鑄造性能，可以鑄成各種形狀復(fù)雜的零件，但塑性低，不宜進(jìn)行壓力加工。應(yīng)用最廣的是鋁硅系合金，該系俗稱鋁硅明。各類鑄造鋁合金的牌號(hào)為：ZAl+合金元素符號(hào)+合金元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)。如ZAlSi12。代號(hào)用ZL（“鑄鋁”漢語(yǔ)拼音字首）及三位數(shù)字表示。第一位數(shù)字表示主要合金類別：“1”表示Al-Si系，“2”表示Al-Cu系，“3”表示Al-Mg系，“4”表示Al-Zn系；第二、三位數(shù)字表示順序號(hào)，如ZL102、ZL401等。轎車上應(yīng)用的鋁合金以鑄鋁為主。發(fā)動(dòng)機(jī)部分氣缸體是大尺寸的鋁鑄件；采用鋁鑄件的還有曲軸箱、氣缸蓋、活塞、濾清器、發(fā)動(dòng)機(jī)架等，尤其是活塞幾乎都用鋁合金。我國(guó)應(yīng)用鋁硅合金ZL108、ZL109、ZL111比較多。另外底盤上采用鋁鑄件的零件也不少，有離合器殼、變速器殼等：車輪箍也有用鋁合金鑄造的。

純銅又稱紫銅，又因它是用電解法獲得的，故又名電解銅。純銅導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性優(yōu)良，耐蝕性和塑性很好。但強(qiáng)度低。純銅廣泛應(yīng)用于制造電線、電纜等各種導(dǎo)電材料。汽車制造業(yè)主要使用銅合金。銅合金比純銅強(qiáng)度高，且具有許多優(yōu)良的物理化學(xué)性能。銅合金按化學(xué)成分不同分為黃銅、青銅和白銅等；按生產(chǎn)方法不同分壓力加工銅合金和鑄造銅合金。常用的銅合金是青銅和黃銅。 ２．銅及其合金

以銅和鋅為主組成的合金稱為黃銅。黃銅的強(qiáng)度、硬度和塑性先隨鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而升高，鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％一32％時(shí)，塑性達(dá)到最大值，鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45％時(shí)強(qiáng)度最高。在黃銅的基礎(chǔ)上再加入少量的其他元素而成的銅合金稱為特殊黃銅，如錫黃銅、鉛黃銅、硅黃銅等。黃銅一般用于制造耐蝕和耐磨零件，如彈簧、閥門、管件等。黃銅的牌號(hào)用H（“黃”的漢語(yǔ)拼音字首）及數(shù)字表示，其數(shù)字表示銅平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)。例如H68表示平均銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68％，其余為鋅的黃銅。特殊黃銅在牌號(hào)中標(biāo)出合金元素符號(hào)及質(zhì)量分?jǐn)?shù)。如HSn62-1表示銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62％，錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％，其余為鋅。黃銅在轎車上用作轉(zhuǎn)向節(jié)襯套、鋼板彈簧襯套、軸套等耐磨件，也可用作散熱器冷凝器、冷卻管。還可用作裝飾件、供水排水管、油管接頭、制動(dòng)三通接頭、墊片和墊圈。（圖1-6）

（1）黃銅表1-6

除黃銅和白銅（銅-鎳合金）以外的其他銅合金稱為青銅，其中含錫元素的稱為錫青銅，不含錫元素的稱為無(wú)錫青銅；按加工方法，分為壓力加工青銅和鑄造青銅。錫青銅有良好的塑性、耐磨性及耐蝕性，有優(yōu)良的鑄造性能，主要用于耐磨損零件和耐蝕零件的制造，如蝸輪、軸瓦等。常用的無(wú)錫青銅有鋁青銅、鈹青銅、鉛青銅、硅青銅等。它們通常作為錫青銅的代用材料。壓力加工青銅牌號(hào)依次由“Q”（“青”的漢語(yǔ)拼音字首）、主加元素符號(hào)及其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)、其他元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)組成。如QSn4-3表示平均錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％、鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％，其余為銅的錫青銅。鑄造青銅的牌號(hào)依次由Z（“鑄”字漢語(yǔ)拼音字首）、銅及合金元素符號(hào)和合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)組成。如ZCuSn10Zn2。錫青銅用作水箱蓋出水閥彈簧等彈性件，也可用作發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂襯套、連桿襯套等耐磨件。無(wú)錫青銅各有特點(diǎn)，應(yīng)用也有不同，如硅青銅可傲彈簧，鋁青銅可做軸套、齒輪。蝸輪，鉛青銅可做軸承、曲軸止推墊圈。 （２）青銅

在滑動(dòng)軸承中用于制造軸瓦或內(nèi)襯的合金稱為軸承合金?；瑒?dòng)軸承具有承壓面積大、工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲以及修理、更換方便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。常用的軸承合金主要是非鐵基金屬合金，其分類方法依據(jù)合金中含量多的元素分類，主要有錫基、鉛基和鋁基軸承合金等。錫基和鉛基軸承合金又稱為巴氏合金，是應(yīng)用廣泛的軸承合金。常用的軸承合金有ZSnSb12Pb10Cu4、ZPbSb16Sn16Cu2、ZAlSn6Cu1Ni1，另外有些鑄造青銅也可做軸承合金，如ZCuPb30、ZCuSn10P1、ZCuAl10Fe3等。 3．軸承合金第二節(jié)鋼的熱處理本節(jié)主要介紹的內(nèi)容有：

●鋼熱處理的組織轉(zhuǎn)變?cè)怼癯Ｓ玫臒崽幚矸椒?/p>

熱處理是指采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)金屬材料或工件在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)和性能的工藝方法。熱處理只改變材料的組織和性能，而不改變其形狀和尺寸。是提高金屬使用性能和改善工藝性能的重要的加工工藝方法。因此，在機(jī)械制造中，絕大多數(shù)的零件都要進(jìn)行熱處理。例如，汽車、拖拉機(jī)工業(yè)中70％～80％的零件要進(jìn)行熱處理；各種量具、刃具和模具幾乎100％要進(jìn)行熱處理。熱處理按其特點(diǎn)的不同，分為三類：（1）整體熱處理其特點(diǎn)是對(duì)工件整體進(jìn)行穿透加熱。常用方法有退火、正火、淬火、回火。（2）表面熱處理其特點(diǎn)是對(duì)工件表面進(jìn)行熱處理，以改變表層組織和性能。常用的方法有感應(yīng)淬火、火焰淬火。（3）化學(xué)熱處理其特點(diǎn)是改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能。常用的方法有滲碳、滲氮、碳氮共滲等。一．鋼熱處理的組織轉(zhuǎn)變?cè)?/p>

1.鋼加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

鋼加熱的目的是獲得奧氏體。奧氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程要經(jīng)過(guò)奧氏體的形成、長(zhǎng)大、滲碳體的溶解和奧氏體的均勻化三個(gè)階段。故鋼加熱時(shí)不但要加熱到一定溫度，而且要保溫一段時(shí)間，使內(nèi)外溫度一致，組織轉(zhuǎn)變完全，成分均勻，以便在冷卻后得到均勻的組織和穩(wěn)定的性能。

2.鋼冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

冷卻是熱處理的關(guān)鍵工序，成分相同的鋼經(jīng)加熱獲得奧氏體組織后，以不同的速度冷卻時(shí)，將獲得不同的力學(xué)性能，見(jiàn)表1-8。

（1）珠光體轉(zhuǎn)變（約727～550℃）

下面以共析鋼為例，介紹等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能。

共析鋼在此溫度范圍內(nèi)等溫轉(zhuǎn)變成珠光體，用符號(hào)“P”表示。強(qiáng)度較高，硬度適中，有一定的塑性。

（2）貝氏體轉(zhuǎn)變（約550～230℃）

在此溫度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)變溫度較低，形成的組織統(tǒng)稱為貝氏體，雖然都是貝氏體，但是其形態(tài)不同所以性能不同。其中在550～350℃形成的組織稱為上貝氏體，強(qiáng)度、塑性、韌性較差，用符號(hào)“B上”表示（其顯微組織如圖1-5所示）。在350～230℃（3形成的組織稱之為下貝氏體，有較高的強(qiáng)度，較好的塑性和韌性，用符號(hào)“B下”表示（其顯微組織如圖1-6所示）。

（3）馬氏體轉(zhuǎn)變（約230～3以下）

當(dāng)鋼從奧氏體區(qū)急冷到230℃以下時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，符號(hào)用“M”表示。馬氏體的性能與鋼中的含碳量有關(guān)，含碳量不同所得到的馬氏體的形態(tài)不同，從而性能上會(huì)產(chǎn)生差異。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0％形成的馬氏體性能硬而脆；當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.2％時(shí)，形成的馬氏體有較好的強(qiáng)韌性。二．常用的熱處理方法

1.退火

退火是將鋼加熱、保溫后，隨爐冷卻（緩冷）得到接近于平衡組織的一種熱處理工藝。退火的目的是降低鋼的硬度、改善切削加工性、細(xì)化晶粒、改善組織，以調(diào)整鋼的力學(xué)性能為以后的加工和處理作好組織和性能準(zhǔn)備。由于鋼的成分和退火的目的不同，退火分為：（1）完全退火將鋼加熱到組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以上30～50℃保溫一段時(shí)間，然后隨爐冷卻到500℃以下出爐空冷的方法。其主要用于亞共析鋼鑄鍛件的熱處理。（2）球化退火將鋼加熱到組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以上20～30℃保溫足夠時(shí)間，隨爐緩冷或用等溫冷卻方式冷卻，將滲碳體球化的退火方式。其主要用于共析鋼和過(guò)共析鋼。（3）去應(yīng)力退火將鋼加熱到500～650℃保溫后隨爐緩冷至200～300℃出爐空冷的退火方法。主要用于消除鑄件、焊件及切削加工件的應(yīng)力。

２.正火

正火是將鋼加熱到組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以上30～50℃保溫后，從爐中取出在空氣中冷卻的熱處理方法。正火和退火的明顯區(qū)別是正火冷卻速度較快。因此正火組織中的珠光體量較多，且層間距較小，使其強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性比退火高。正火工藝較退火生產(chǎn)周期短，因此生產(chǎn)率高。所以大多數(shù)低碳鋼不做退火處理，而采用正火處理。對(duì)于力學(xué)性能要求不高的中碳鋼零件常采用正火作為最終熱處理。高碳鋼經(jīng)正火處理后可消除網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火做準(zhǔn)備。

３.淬火

淬火是將鋼加熱到組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以上某一溫度范圍，保溫一定時(shí)間，以大于臨界冷卻速度U的冷速在水、鹽水或油中冷卻，獲得馬氏體或貝氏體的熱處理工藝。淬火是鋼最經(jīng)濟(jì)、最有效的強(qiáng)化手段之一。淬火的目的一般是獲得馬氏體，以提高鋼的力學(xué)性能。例如各種工具、模具、滾動(dòng)軸承的淬火，可提高硬度和耐磨性；有些零件的淬火，是使強(qiáng)度和韌性得到良好的配合，以適應(yīng)不同工作條件的需要。但要注意，對(duì)于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很低的鋼，由于淬火后強(qiáng)度硬度提高不大，進(jìn)行一般的淬火沒(méi)有意義。例如碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1％的鋼淬火后硬度小于30HRC。淬火中對(duì)于尺寸稍大的工件，很可能其外部的冷速已大于臨界冷卻速度而內(nèi)部冷速小于臨界冷速，因此，淬火后其內(nèi)部就沒(méi)有全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力稱為淬透性。淬透性越好，淬硬層越深。淬透性對(duì)鋼的力學(xué)性能影響很大，所以機(jī)械設(shè)計(jì)選材時(shí)，應(yīng)考慮材料的淬透性。如果要求零件淬透，比如連桿和板簧，就應(yīng)選用淬透性好的材料。如果不希望工件淬火，比如需焊接的工件，就應(yīng)選用不易淬火的材料。

４.回火

回火是把淬火后的鋼重新加熱到組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，再以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻到室溫的熱處理工藝。由于淬火時(shí)冷卻速度比較快，工件內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，且淬火后的組織不穩(wěn)定，故淬火后必須回火?；鼗鸬哪康木褪菫榱朔€(wěn)定淬火后的組織，消除內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整硬度、強(qiáng)度，提高塑性，使工件獲得較好的綜合力學(xué)性能?；鼗鹜ǔＪ菬崽幚淼淖詈蠊ば颉４慊痄摶鼗鸬男阅?，與回火時(shí)加熱溫度有關(guān)，硬度和強(qiáng)度隨回火溫度的升高而降低。實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)鋼件的性能要求，按其溫度范圍可以分為以下三類：

（1）低溫回火（150～250℃）其目的是獲得高硬度、高的耐磨性和一定韌性，回火后的硬度一般為5564HRC。（2）中溫回火（350～550℃）回火后的性能為具有較高的彈性，具有一定的韌性和硬度。主要應(yīng)用于各種彈簧和某些模具?；鼗鸷笥捕纫话銥?5～50HRC。（3）高溫回火（500～650℃）回火后的性能為具有強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能。通常將淬火與高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理廣泛用于汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床的重要結(jié)構(gòu)零件，如各種軸、齒輪、連桿等?；鼗鸷蟮挠捕纫话銥?00～350HBS?；鼗鸬姆诸?/p>

５.表面淬火

某些在沖擊載荷、交變載荷及摩擦條件下工作的零件，如曲軸、凸輪軸、齒輪等，其表面承受較高的應(yīng)力，因此要求工件表面具有高強(qiáng)度、硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，而心部要具有足夠的塑性和韌性。為了達(dá)到上述的性能要求，生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用表面淬火。表面淬火是將鋼的表層快速加熱至淬火溫度后，快速冷卻的一種局部淬火工藝。表面淬火的快速加熱方法很多，常用的為火焰加熱和感應(yīng)加熱。由于感應(yīng)加熱速度快，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，所以感應(yīng)加熱表面淬火應(yīng)用廣泛，但設(shè)備較貴，多用于大批量生產(chǎn)的形狀較簡(jiǎn)單的零件。對(duì)于表面淬火的鋼，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多在0.4％～0.5％，原因是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低導(dǎo)致表面硬度不夠，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高則心部韌性不好。為了使心部韌性好，表面淬父前零件一般須進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理，表面淬火后要進(jìn)行低溫回火。

６.表面化學(xué)熱處理

前面介紹的幾種熱處理，都是只改變材料的組織而不改變材料的化學(xué)成分。表面化學(xué)熱處理則是一種同時(shí)改變金屬零件表層化學(xué)成分和組織，以獲得所需表層性能的表面熱處理工藝。該法一般是滲入某些金屬元素或非金屬元素，通常是將零件置于一定的活性介質(zhì)中加熱保溫，使一種或幾種元素滲入工件。表面滲層的性能，取決于滲入元素與基體金屬所形成合金或化合物的性質(zhì)及滲層的組織結(jié)構(gòu)。化學(xué)熱處理的種類很多，一般以滲入的元素來(lái)命名。常見(jiàn)的化學(xué)熱處理有滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲鋁和滲鉻等。其中，滲碳、滲氮應(yīng)用最多。一般，滲碳后還需進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?。鋼的最常用的化學(xué)熱處理方法及其作用見(jiàn)表1-9。表1-9

無(wú)論哪種化學(xué)熱處理，滲入的各種金屬元素的基本過(guò)程都是：（1）分解由化學(xué)介質(zhì)分解出能夠滲入工件表面的活性原子。（2）吸收活性原子有鋼的表面進(jìn)入鐵的晶格中形成固溶體，甚至可能形成化合物。（3）擴(kuò)散滲入的活性原子有表面內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定厚度的擴(kuò)散層。滲入金屬元素的基本過(guò)程第三節(jié)其它常見(jiàn)的汽車材料本節(jié)主要介紹的內(nèi)容有：

●高分子材料●陶瓷材料和復(fù)合材料

一．高分子材料

高分子材料是以高分子化合物為主組成的材料。高分子化合物包括有機(jī)高分子化合物和無(wú)機(jī)高分子化合物兩大類，按來(lái)源可分為天然和人工合成高分子化合物。汽車工業(yè)中主要應(yīng)用的是人工合成有機(jī)高分子聚合物，簡(jiǎn)稱高聚物。此類材料主要包括塑料、橡膠、合成纖維、膠粘劑等。（一）概述

1．高分子化合物的特點(diǎn)

高分子化合物與常見(jiàn)的有機(jī)化合物相比，有不少顯著的特點(diǎn)，主要有以下幾點(diǎn)：（1）相對(duì)分子質(zhì)量巨大各種有機(jī)化合物都有其確定的相對(duì)分子質(zhì)量，如甲烷的相對(duì)分子質(zhì)量為16，乙醇的相對(duì)分子質(zhì)量為46。一般有機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量都低于1000，而高分子化合物其相對(duì)分子質(zhì)量通常都高于5000，一般在104～107范圍內(nèi)。（2）化學(xué)組成簡(jiǎn)單高分子化合物雖然相對(duì)分子質(zhì)量巨大，但化學(xué)組成并不復(fù)雜，它往往由許多相同的簡(jiǎn)單的基本結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成，其基本結(jié)構(gòu)單元稱為單體。例如聚氯乙烯樹(shù)脂是由氯乙烯分子CH2=CHCl打開(kāi)雙鍵彼此串聯(lián)聚合而成的。

（3）構(gòu)成高分子化合物的每個(gè)分子不完全是一樣大一般所謂高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量只是一個(gè)平均數(shù)，既平均相對(duì)分子質(zhì)量。一個(gè)高分子化合物分子可以用外力把它拉斷或者切開(kāi)，變成兩個(gè)分子，而它的一般性質(zhì)不變。與此相反，低分子化合物的每個(gè)分子都一樣大小，而且這種分子不能用一般的機(jī)械方法把它拆開(kāi)或分解，如果進(jìn)行分解，那么也就改變它原來(lái)的性質(zhì)，而成為另外的物質(zhì)。（4）具有長(zhǎng)鏈例如一個(gè)聚異丁烯（合成橡膠）分子，平均直徑為5A（10-10m），平均長(zhǎng)為25μm，即長(zhǎng)度是直徑的約50000倍。2．高聚物的命名和分類

（1）高聚物的命名

高聚物的命名方法很多，常用的有以下幾種：

1）系統(tǒng)命名法。這是國(guó)際理論化學(xué)和應(yīng)用協(xié)會(huì)（IUPAC）提出的，以高聚物的組成和結(jié)構(gòu)來(lái)命名的方法。該命名法雖能反映高聚物的結(jié)構(gòu)特征，但比較復(fù)雜繁瑣，不易掌握，很少采用。

2）習(xí)慣命名法。此法雖不夠嚴(yán)密，但簡(jiǎn)單明確，是當(dāng)前采用較普遍的一種。對(duì)天然高分子化合物常按其來(lái)源和性質(zhì)稱其俗名，如淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等。對(duì)于合成高聚物常按其制備用的原料單體命名。一般有兩種情況，一種是在原料或鏈節(jié)名稱前冠以“聚”字，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛等；一種是在原料名稱后加“樹(shù)脂”或“橡膠”，如酚醛樹(shù)脂、丁苯橡膠等。但現(xiàn)在“樹(shù)脂”兩字也常用來(lái)泛指一些未經(jīng)加工的合成高聚物，如聚苯乙烯樹(shù)脂。

3）商品名稱、簡(jiǎn)稱及縮寫代號(hào)。由于高聚物的發(fā)展很快，應(yīng)用極廣，為了選用和命名上的方便，不少高聚物常用商品名稱、簡(jiǎn)稱或縮寫代號(hào)表示，見(jiàn)表1-10。表1-10

（2）高聚物的分類

隨著高聚物的不斷開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，高聚物的種類迅速增加，高聚物的分類方法已有不少。但工業(yè)應(yīng)用較多的有以下幾種：

1） 接受熱行為分類。可分為熱塑性高聚物和熱固性高聚物。

2） 按用途分類。分為塑料、橡膠、膠粘劑等。（二）塑料

1．塑料的組成塑料一般以合成樹(shù)脂（高聚物）為基礎(chǔ)，再加入各種添加劑而制成。（1）合成樹(shù)脂即人工合成線型高聚物，是塑料的主要組分（約占40%～100%）,對(duì)塑料的性能起著決定性作用，故絕大數(shù)塑料以樹(shù)脂的名稱命名。合成樹(shù)脂受熱時(shí)呈軟化或熔融狀態(tài)，因而塑料具有良好的成形能力。（2）添加劑添加劑是為了改善塑料的使用性能或成形能力而加入的其他的輔助組分。

1）填充劑主要作用調(diào)整塑料的物理學(xué)性能，提高材料強(qiáng)度。加入不同的成分可制成不同性能的材料。如加入鋁粉可提高對(duì)光的反射能力和防老化；加入云母粉可提高電絕緣性。

2）增塑劑為提高塑料的柔軟性和可成形性而加入的物質(zhì)，主要是一些低熔點(diǎn)的低分子有機(jī)化合物。

3）固化劑加入到某些樹(shù)脂中可使線型分子鏈間產(chǎn)生交聯(lián)，從而由線型結(jié)構(gòu)變成體型結(jié)構(gòu)，固化成剛硬的塑料。

4）防老化劑（穩(wěn)定劑）其作用是提高樹(shù)脂在受熱、光、氧等作用時(shí)的穩(wěn)定性。2．塑料的性能特點(diǎn)（1）密度小、比強(qiáng)度高塑料的密度為0.9～2.2g/cm3，只有鋼鐵的1/8～1/4，鋁的1/2。泡沫塑料的密度約為0.01g/cm3，這對(duì)減輕產(chǎn)品自重有重要意義。雖然塑料的強(qiáng)度比金屬低，但由于密度低，故比強(qiáng)度（單位質(zhì)量的強(qiáng)度）高。（2）化學(xué)穩(wěn)定性好塑料能耐大氣、水、酸、堿、有機(jī)溶液等的腐蝕。聚四氟乙烯能耐“王水”腐蝕。（3）優(yōu)異的電絕緣性多數(shù)塑料有很好的電絕緣性，可與陶瓷、橡膠等絕緣材料相媲美。（4）減摩、耐磨性好塑料的硬度比金屬低，但多數(shù)塑料的摩擦系數(shù)小。另外有些塑料（如聚四氟乙烯、尼龍等)本身有自潤(rùn)滑能力。（5）消聲吸振性好（6）成形加工性好大多數(shù)塑料都可直接采用注射或擠出工藝成形，方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。（7）耐熱性低多數(shù)塑料只能在100℃左右使用，少數(shù)塑料可在200℃左右使用；塑料在室溫下受載荷后容易產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象，載荷過(guò)大時(shí)甚至?xí)l(fā)生蠕變斷裂；易燃燒，易老化（因光、熱、載荷、水、酸、堿、氧等長(zhǎng)期作用，使塑料變硬、變脆、開(kāi)裂等現(xiàn)象，稱為老化）；導(dǎo)熱性差，約為金屬的1/500～1/600；熱膨脹系數(shù)大，約為金屬的3～10倍。３．常用工程塑料

（1）常用的熱塑性塑料常用的熱塑性塑料見(jiàn)表1-11。（2）常見(jiàn)的熱固性塑料常見(jiàn)的熱固性塑料見(jiàn)表1-12。4．塑料在汽車中應(yīng)用舉例

（1）在轎車結(jié)構(gòu)件和內(nèi)外裝件中的應(yīng)用目前許多通用塑料、工程塑料及其增強(qiáng)塑料，都能在不同程度上代替鋼、銅、不銹鋼、鋁合金等材料，用作轎車的結(jié)構(gòu)件或內(nèi)外裝件。其中，又以聚丙烯、聚氯乙烯、ABS等最常用。表1-13列舉了用作轎車結(jié)構(gòu)件和內(nèi)外裝件的塑料品種及其應(yīng)用實(shí)例。（2）在轎車軟裝飾件中的應(yīng)用用于制造汽車軟件的塑料，主要有聚氨酯泡沫塑料、聚氯苯乙烯、聚苯乙烯、ABS等，主要制作座椅緩沖墊、頭枕、車門內(nèi)飾板表皮、車門內(nèi)飾板表皮隔離層等。（三）橡膠

1橡膠的組成橡膠是以生膠為基礎(chǔ)加入適量的配合劑而組成的高分子材料。（1）生膠生膠是指未加配合劑的天然橡膠或人工合成橡膠。生膠是橡膠制品的主要原料，它也是把各種配合劑和骨架材料粘成一體的粘接劑。橡膠制品的性能主要取決于生膠的性能。（2）配合劑生膠的性能不好，為改善和提高橡膠制品的各種性能而加入的物質(zhì)稱為配合劑。配合劑的種類很多，主要有以下幾種：

1）硫化劑硫化劑的作用類似與熱固性樹(shù)脂中的固化劑，它可使橡膠分子間形成交聯(lián)而成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。常用的硫化劑是硫磺和硫化物。未經(jīng)硫化處理的橡膠其力學(xué)性能和物理性能都很差，實(shí)用性不大。經(jīng)硫化處理后，提高了橡膠制品的彈性、強(qiáng)度、耐磨性、乃蝕性和抗老化性。

2）硫化促進(jìn)劑加入硫化促進(jìn)劑可加速硫化過(guò)程，縮短硫化時(shí)間，降低硫化溫度，減少硫化劑用量，并改善橡膠制品的性能。

3）活性劑活性劑能加速發(fā)揮硫化促進(jìn)劑的作用。常用的為氧化鋅。

4）軟化劑軟化劑可增加橡膠的塑性，改善粘附力，并能降低橡膠的硬度和提高耐寒性。

5）填充劑提高橡膠制品的強(qiáng)度，減少生膠的用量、降低成本和改善工藝性能。

6）防老劑橡膠制品在儲(chǔ)存和使用過(guò)程中有老化現(xiàn)象。加入防老劑的作用是在橡膠表面形成穩(wěn)定的氧化膜，防止和延緩老化。

7）著色劑著色劑可使橡膠制品著色。（3）骨架材料由于橡膠的彈性大，在外力作用下極易發(fā)生變形，因此很多橡膠制品都必須用紡織材料或金屬材料做骨架材料，以增大制品的強(qiáng)度和抗變形能力。2．橡膠的性能（1）高彈性橡膠在較小的外力作用下，能產(chǎn)生很大的彈性變形（如伸長(zhǎng)、壓縮和彎曲等），其最高伸長(zhǎng)率可達(dá)800％～1000％，比其他高聚物大很多。去掉外力后能在非常短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到原來(lái)的形狀。（2）吸振能力強(qiáng)橡膠可吸收一部分機(jī)械能，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。?）有一定的耐蝕性在一定的腐蝕介質(zhì)中有一定的耐蝕性。例如有耐油、耐堿、耐酸橡膠。此外，橡膠還具有良好的耐磨性、隔聲性、絕緣性和足夠的強(qiáng)度。3．常用橡膠材料

（1）天然橡膠天然橡膠是橡膠工業(yè)中應(yīng)用最早的橡膠，它主要取自橡膠樹(shù)上采集的白色乳膠，屬于通用橡膠。天然橡膠的綜合性能好，有較好的彈性，彈性模量約為鋼鐵的1/30000，而伸長(zhǎng)率則為其300倍。彈回率在0～100℃范圍內(nèi)可達(dá)70％～80％以上，在130℃時(shí)仍保持其正常使用性能，低于-70℃時(shí)才失去彈性。天然橡膠具有較好的力學(xué)性能，經(jīng)硫化處理后的抗拉強(qiáng)度為17～29MPa；用炭黑配合補(bǔ)強(qiáng)的硫化膠可達(dá)25～35MPa。此外，天然橡膠有較好的耐堿性能，但不耐濃強(qiáng)酸，在非極性溶劑中膨脹，故不耐油。耐臭氧老化性能較差，不耐高溫，使用溫度在-70～110℃范圍內(nèi)。天然橡膠廣泛應(yīng)用于制造輪胎、膠帶、膠管等。（2）合成橡膠用石油、天然氣、煤和農(nóng)副產(chǎn)品為原料，通過(guò)有機(jī)合成方法制成單體，經(jīng)聚合制成類似天然橡膠的高分子材料稱為合成橡膠。合成橡膠種類很多，常用的合成橡膠名稱、性能特點(diǎn)和用途見(jiàn)表1-14。二．陶瓷材料和復(fù)合材料

（一）陶瓷材料

陶瓷是指以天然或人工合成的各種化合物為基本原料，經(jīng)原料處理、成形、干燥、高溫?zé)Y(jié)而成的一種無(wú)機(jī)非金屬固體材料。1．陶瓷的性能特點(diǎn)（1）硬度高，抗拉強(qiáng)度較低，但抗壓強(qiáng)度高，陶瓷在室溫下塑性幾乎為零，韌性和疲勞性能較差。（2）具有高的熔點(diǎn)和高溫強(qiáng)度，在1000℃以上仍能保持其室溫下的強(qiáng)度。（3）高的抗氧化能力，在室溫下及在高溫下都不會(huì)發(fā)生氧化，對(duì)酸、堿、鹽的腐蝕有較強(qiáng)的抵抗能力。（4）較好的絕緣性能。有的陶瓷具有各種特殊性能，如壓電陶瓷、磁性陶瓷、透明鐵電陶瓷等。２．陶瓷的分類按成分、性能和用途，陶瓷分為：（1）普通陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷）以天然的硅酸鹽礦物為原料（如粘土、長(zhǎng)石、石英等），經(jīng)成形、燒結(jié)而成的產(chǎn)品。（2）特種陶瓷（新型陶瓷）采用純度較高的人工合成原料（如氧化鋁、碳化硅、氮化硅等），并采用燒結(jié)工藝制成的具有獨(dú)特的力學(xué)、物理或化學(xué)性能的陶瓷，如壓