汽車工程材料5.1汽車用金屬材料5.1.1金屬材料的分類

金屬材料是汽車制造業(yè)中使用的基本原料，汽車中大約有80％的零件是用金屬材料制造的，而金屬材料中又以鋼鐵材料的用量為最多。金屬材料一般分為如下兩類。（1）黑色金屬黑色金屬主要指鐵及鐵基合金，如鋼、鑄鐵等。（2）有色金屬有色金屬是指除黑色金屬以外的所有金屬，如銅、鋁、鎂、鈦等以及它們的合金。5.1.2金屬材料的性能

金屬材料的性能主要包括使用性能和工藝性能兩方面，其中使用性能又包括物理性能、化學(xué)性能和機械性能等。它們是指導(dǎo)生產(chǎn)、選用材料、設(shè)計機械零件及制定加工工藝的主要依據(jù)。1.金屬的物理性能（1）密度

密度是指物質(zhì)單位體積的質(zhì)量，用符號表示，單位為kg/m3。

金屬材料的密度直接關(guān)系到它所制成設(shè)備的自重和效能。一般密度小于5×103kg/m3的金屬稱為輕金屬，密度大于5×103kg/m3的金屬稱為重金屬。

零件在選材時就要考慮零件的密度。例如，汽車發(fā)動機的活塞要求運動時慣性小、質(zhì)量輕。因此，常用密度較小的鋁合金來制造。（2）熔點

純金屬或合金從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度稱為熔點。純金屬的熔點是固定的，而合金的熔點決定于它的成分，如鋼和生鐵都是鐵和碳的合金，但由于含碳量不同，它們的熔點也不同。通常熔點低的金屬在進行材料加工時易于進行鑄造和焊接。（3）導(dǎo)熱性

金屬材料傳導(dǎo)熱量的性能，稱為導(dǎo)熱性。常用熱導(dǎo)率來衡量金屬導(dǎo)熱性的好壞。（4）熱膨脹性

隨著溫度變化，材料的體積也發(fā)生變化（膨脹或收縮）

熱導(dǎo)率的符號是，合金的熱導(dǎo)率比金屬的熱導(dǎo)率小。導(dǎo)熱性能好的金屬散熱性能也好，所以汽車上的散熱器常用鋁、銅等金屬材料制造。的現(xiàn)象稱為熱膨脹，多用線膨脹系數(shù)來衡量，亦即溫度變化1℃時材料長度的增減量與其0℃時的長度之比，用表示。

在零件的測量中必須考慮熱膨脹性的因素，軸與軸瓦的裝配間隙必須根據(jù)材料的熱膨脹性來確定，不同金屬焊接時要考慮線膨脹系數(shù)是否接近等。（5）導(dǎo)電性

金屬材料傳導(dǎo)電流的性能稱為導(dǎo)電性。衡量金屬材料導(dǎo)電性的指標是電阻率，電阻率越小，金屬的導(dǎo)電性能越好。

金屬的導(dǎo)電性以銀為最好，銅、鋁次之，工業(yè)上常用銅、鋁及其合金作為導(dǎo)電材料。（6）磁性

金屬導(dǎo)磁的性能稱為磁性。根據(jù)金屬材料在磁場中受磁化程度的不同，可分為鐵磁材料、順磁材料、抗磁材料3類。

鐵磁材料能在外磁場中強烈地被磁化；順磁材料只能在外磁場中微弱地被磁化；抗磁材料能抗拒、削弱磁場對材料本身的磁化作用。磁性材料是汽車上的電動機、儀表等電器設(shè)備不可缺少的材料。2.金屬的化學(xué)性能（1）耐腐蝕性指金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣等介質(zhì)腐蝕的能力。常見的鋼鐵生銹、銅生銅綠等就是腐蝕現(xiàn)象。一般可采用改變金屬材料成分或進行表面處理等方法來提高金屬的耐腐蝕性。（2）抗氧化性

指金屬在高溫時對氧化作用的抵抗能力。為避免金屬材料氧化，常在坯件或材料的周圍制造一種還原氣氛或保護氣氛，以減輕金屬材料的氧化。

在選用汽車材料時，必須考慮其抗氧化性能。例如，汽車發(fā)動機排氣門工作在高溫高壓的環(huán)境中，就應(yīng)該選擇抗氧化性好的材料制造。3.金屬的工藝性能

金屬對各種加工工藝方法所表現(xiàn)出來的適應(yīng)性稱為工藝性能，主要有以下5個方面。（1）切削加工性能

切削加工性能反映的是用切削工具對金屬材料進行切削加工（例如車削、銑削、刨削、磨削等）的難易程度。一般來說，鑄鐵、鋁合金具有較好的切削加工性能，高合金鋼的切削加工性能則較差。（2）可鍛性

可鍛性反映金屬材料在壓力加工過程中成型的難易程度。例如，將材料加熱到一定溫度時其塑性的高低（表現(xiàn)為塑性變形抗力的大?。?，允許熱壓力加工的溫度范圍大小，熱脹冷縮特性以及與顯微組織、機械性能有關(guān)的臨界變形的界限、熱變形時金屬的流動性、導(dǎo)熱性能等。一般來說，低碳鋼具有良好的可鍛性，鑄鐵則較差。（3）可鑄性

可鑄性反映金屬材料熔化澆鑄成為鑄件的難易程度，表現(xiàn)為熔化狀態(tài)時的流動性、吸氣性、氧化性、熔點、鑄件顯微組織的均勻性、致密性以及冷縮率等。一般來說，鑄鐵、鑄造鋁合金具有較好的可鑄性。（4）可焊性

可焊性反映金屬材料在局部快速加熱，使結(jié)合部位迅速熔化或半熔化（需加壓），從而使結(jié)合部位牢固地結(jié)合在一起而成為整體的難易程度，表現(xiàn)為熔點、熔化時的吸氣性、氧化性、導(dǎo)熱性、熱脹冷縮特性、塑性以及與接縫部位和附近用材顯微組織的相關(guān)性對機械性能的影響等。（5）熱處理性能

熱處理性能是指金屬材料適應(yīng)各種熱處理方法的能力，主要指金屬材料在熱處理中的可淬硬性、淬透性、變形開裂傾向、遇熱敏感性、回火脆性傾向、冷脆性等。

金屬材料的工藝性能對于機械零件加工工藝方法的選擇極為重要。例如，鑄造性能和切削加工性能較好的灰口鑄鐵可廣泛應(yīng)用于制造形狀和尺寸較復(fù)雜的零件；壓力加工性能和焊接性能較好的低碳鋼常用來制造外形較復(fù)雜的零部件（如汽車車身、蒙皮等）。4.金屬的機械性能

汽車用金屬材料，最重要的性能是機械性能，它是衡量金屬材料的主要指標之一。

金屬在一定溫度條件下承受外力（載荷）作用時，抵抗變形和斷裂的能力稱為金屬材料的機械性能。材料受載荷作用后的變形可分為壓縮、拉伸、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲等。

金屬材料在不同載荷作用下的變形如圖5-1所示。圖5-1金屬材料的變形

金屬材料承受的載荷有多種形式，可以是靜態(tài)載荷，也可以是動態(tài)載荷，包括單獨或同時承受的拉伸應(yīng)力、壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，以及摩擦、振動、沖擊等。（1）強度

強度表征材料在外力作用下抵抗變形和破壞的最大能力，可分為抗拉強度（）、抗彎強度（）、抗壓強度（）等。

由于金屬材料在外力作用下從變形到破壞有一定的規(guī)律可循，因而通常采用拉伸試驗進行測定，即把金屬材料制成一定規(guī)格的試樣，在拉伸試驗機上進行拉伸，直至試樣斷裂。圖5-2金屬材料的拉伸試驗曲線1）抗拉強度。

材料在外力作用下能抵抗斷裂的最大應(yīng)力，一般指拉力作用下的抗拉強度，以表示，常用單位為兆帕（MPa），換算關(guān)系有式中，為材料斷裂時的最大應(yīng)力（或者說是試樣能承受的最大載荷）；為拉伸試樣原來的橫截面積。圖5-2金屬材料的拉伸試驗曲線2）屈服極限。

金屬材料試樣承受的外力超過材料的彈性極限時，雖然應(yīng)力不再增加，但是試樣仍發(fā)生明顯的塑性變形，這種現(xiàn)象稱為屈服，即材料承受外力到一定程度時，其變形不再與外力成正比而產(chǎn)生明顯的塑性變形。

產(chǎn)生屈服時的應(yīng)力稱為屈服極限，用表示，單位為兆帕（MPa），換算關(guān)系有

式中，為材料發(fā)生屈服時的載荷。圖5-2金屬材料的拉伸試驗曲線3）彈性極限。

材料在外力作用下將產(chǎn)生變形，但是去除外力后仍能恢復(fù)原狀的能力稱為彈性。金屬材料能保持彈性變形的最大應(yīng)力即為彈性極限，相應(yīng)于拉伸試驗曲線圖中的e點，以表示，單位為兆帕（MPa），換算關(guān)系有式中，為保持彈性時的最大外力（或者說材料最大彈性變形時的載荷）。圖5-2金屬材料的拉伸試驗曲線4）彈性模量。

彈性模量是材料在彈性極限范圍內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變（與應(yīng)力相對應(yīng)的單位變形量）之比，用E表示，單位為兆帕（MPa），換算關(guān)系有式中，為拉伸試驗曲線上o-e線與水平軸o-t的夾角。

彈性模量是反映金屬材料剛性的指標（金屬材料受力時抵抗彈性變形的能力稱為剛性）。圖5-2金屬材料的拉伸試驗曲線（2）塑性

金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的最大能力稱為塑性，通常以拉伸試驗時的試樣標距長度延伸率（％）和試樣斷面收縮率（％）表示。

式中，L1為拉伸試驗時試樣拉斷后將試樣斷口對合起來后的標距長度；L0為試樣原始標距長度。

在實際試驗時，同一材料但是不同規(guī)格（直徑，截面形狀，例如方形、圓形、矩形，以及標距長度）的拉伸試樣測得的延伸率會有所不同，因此一般需要特別加注。

例如，最常用的圓截面試樣，其初始標距長度為試樣直徑5倍時測得的延伸率表示為5，而初始標距長度為試樣直徑10倍時測得的延伸率則表示為10。斷面收縮率的表達式為式中，為拉伸試驗時試樣拉斷后原橫截面積；為與斷口細頸處最小截面積。

實際應(yīng)用中對于最常用的圓截面試樣通常可通過直徑測量進行計算式中，為試樣原直徑；為試樣拉斷后斷口細頸處最小直徑。

與值越大，表明材料的塑性越好。（3）硬度

金屬材料抵抗其他更硬物體壓入表面的能力稱為硬度，或者說硬度表征材料對局部塑性變形的抵抗能力。1）布氏硬度（BrinellHardness，略作HB）。

用一定直徑D的淬硬鋼球在規(guī)定負載P的作用下壓入試件表面，保持一段時間后卸去負載，在試件表面將會留下表面積為F的壓痕，以試件的單位表面積上能承受負載的大小表示該試件的硬度HB＝P／F

在使用布氏硬度計測試硬度時，通常直接測量壓坑的直徑，并根據(jù)負載P和鋼球直徑D從布氏硬度數(shù)值表上查出布氏硬度值（顯然壓坑直徑越大，硬度越低，表示的布氏硬度值越?。D5-3電子布氏硬度計

2）洛氏硬度（RockwellHardness，略作HR）。

有一定頂角（例如120°）的金剛石圓錐體壓頭或一定直徑D的淬硬鋼球，在一定負載P作用下壓入試件表面，保持一段時間后卸去負載，在試件表面將會留下某個深度的壓痕。

由洛氏硬度計自動測量壓坑深度并以硬度值讀數(shù)顯示（顯然壓坑越深，硬度越低，表示的洛氏硬度值越?。?/p>

根據(jù)壓頭與負載的不同，洛氏硬度還分為HRA、HRB、HRC3種，其中以HRC為最常用。

圖5-4洛氏硬度計

洛氏硬度HRC與布氏硬度HB之間有如下?lián)Q算關(guān)系HRC≈0.1HB

除了最常用的洛氏硬度HRC與布氏硬度HB之外，還有：維氏硬度（VickersHardness，略作HV）；肖氏硬度（ShoreHardness，略作HS）；顯微硬度（Micro-hardness）；里氏硬度（LeebHardness，略作HL）。

里氏硬度是目前最新穎的硬度表征方法。

里氏硬度計是一種便攜袖珍裝置，可應(yīng)用于各種金屬材料、工件的表面硬度測量，特別是大型鍛鑄件的測量，其最大的特點是可以任意方向檢測，免去了普通硬度計對工件大小、測量位置等的限制。圖5-5系列里氏硬度計（4）沖擊韌度金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力稱為沖擊韌度。

通常采用沖擊試驗，即用一定尺寸和形狀的金屬試樣在規(guī)定類型的沖擊試驗機上承受沖擊載荷而折斷時，斷口上單位橫截面積上所消耗的沖擊功表征材料的沖擊韌度，用表示，單位為J/cm2或kg·m/cm2。

式中，為沖擊功；F為斷口的原始截面積。（5）疲勞極限

金屬材料在長期的反復(fù)應(yīng)力作用或交變應(yīng)力作用下（應(yīng)力一般均小于屈服極限強度）未經(jīng)顯著變形就發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞破壞或疲勞斷裂。

疲勞破壞或疲勞斷裂是由于多種原因使得零件表面的局部造成大于甚至大于的應(yīng)力（應(yīng)力集中）從而使得該局部發(fā)生塑性變形或微觀裂紋，隨著反復(fù)交變應(yīng)力作用次數(shù)的增加，使裂紋逐漸擴展加深（裂紋尖端處應(yīng)力集中）致該局部處承受應(yīng)力的實際截面積減小，直至局部應(yīng)力大于而產(chǎn)生斷裂。

在實際應(yīng)用中，一般把試樣在重復(fù)或交變應(yīng)力（應(yīng)力、壓應(yīng)力、彎曲或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等）作用下，在規(guī)定的周期數(shù)內(nèi)（一般對鋼取106～107次，對有色金屬取108次）發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力作為疲勞極限，用表示，單位為MPa。

除了上述5種最常用的力學(xué)性能指標外，對一些要求特別嚴格的材料，還會要求下述一些力學(xué)性能指標：蠕變極限、高溫拉伸持久強度極限、金屬缺口敏感性系數(shù)等。5.1.3各種金屬材料及其在汽車制造中的應(yīng)用

應(yīng)用于汽車上的金屬材料分為黑色金屬材料和有色金屬材料兩大類。黑色金屬材料占到汽車總重量的80％左右，有色金屬占3％～4.7％。

一般要求的汽車結(jié)構(gòu)零件大多采用碳素鋼或鑄鐵制造，而有色金屬具有很多鋼鐵材料所沒有的性能，能夠滿足某些機械零件的特殊性能要求。1.碳素鋼

碳素鋼（CarbonSteel）簡稱碳鋼，其含碳量小于2.11％，除含有鐵和碳兩種元素外，還含有少量的硅、錳、硫、磷等常存元素。

碳素鋼具有成本低、加工難度較小、強度高、生產(chǎn)工藝較成熟、煉鋼能耗低、容易回收再利用、利于環(huán)境保護等優(yōu)點，因此在汽車制造中得到廣泛的應(yīng)用。（1）碳和常存元素對碳素鋼的影響

碳是決定鋼性能的主要元素。隨著含碳量的增加，碳素鋼的強度和硬度都在升高，塑性和韌性都在降低。當(dāng)含碳量在0.9％左右時，強度達到最大值，以后隨著含碳量的增加，硬度升高，強度、塑性和韌性降低，脆性增大。

錳是鋼中的有益元素，是煉鋼時用錳鐵脫氧而殘留在鋼中的，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)一般應(yīng)不超過0.8％。

硅也是鋼中的有益元素，也是作為脫氧劑而進入鋼的，硅的脫氧能力比錳還強，還能提高鋼的強度及質(zhì)量，硅作為雜質(zhì)一般應(yīng)不超過0.4％。

硫是鋼中有害元素，常以FeS形式存在，F(xiàn)eS與Fe形成低熔點的共晶體，熔點為985℃。鋼中含硫量必須嚴格控制，通常應(yīng)小于0.05％。

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，鋼中含磷量也要嚴格控制，通常應(yīng)小于0.045％。

氫也是鋼中的有害元素，溶于鋼中的氫能造成氫脆、白點等缺陷。且氫脆一經(jīng)產(chǎn)生，就無法消除。氫脆是溶于鋼中的氫，聚合為氫分子，造成應(yīng)力集中，超過鋼的強度極限，在鋼內(nèi)部形成細小的裂紋，使鋼容易開裂。這種由于氫的存在引起的脆性稱為氫脆，又稱氫致開裂或氫損傷。氫脆只可防，不可治。白點

白點的產(chǎn)生原因：白點是因為鋼中的含氫量過大，在加熱后因未及時保溫或退火，鋼中的氫氣析出而引起的一種鋼材內(nèi)部缺陷。

白點對焊接的影響：在碳鋼和低合金用鋼焊縫中，如含有較多的氫，在焊后不久進行力學(xué)性能試驗時，試樣斷口上常出現(xiàn)光亮圓形的白點，直徑約為0.5~3mm。

由于白點中心含有微細氣孔或雜質(zhì)物，按照其形狀，又稱魚眼。白點對焊縫強度的影響不大，但對塑性韌性有較大影響。

白點的評定原則：它是以裂紋的分布多少來評定的。

白點的識別：白點一般發(fā)生在中碳含Cr、Mo的鋼中，常發(fā)生在鋼的橫截面直徑的1/4周圍，表現(xiàn)為細小彎曲的裂紋，無方向性，放大觀察時裂紋內(nèi)無夾雜。

白點的預(yù)防：在冶煉時控制氫氣的含量；及時保溫回火，采取緩冷工藝。（2）碳鋼的分類

按鋼的含碳量可分為以下幾種。1）低碳鋼（MildCarbonSteel）含碳量小于0.25％；2）中碳鋼（MediumCarbonSteel）含碳量0.25％～0.6％；3）高碳鋼（HighCarbonSteel）含碳量大于0.6％。

按鋼的質(zhì)量（鋼中有害雜質(zhì)S、P的多少來分）可分為以下幾種。1）普通鋼（Steel）含硫量小于0.055％，含磷量小于0.045％；2）優(yōu)質(zhì)鋼（QualitySteel）含硫量、含磷量均小于0.04％；3）高級優(yōu)質(zhì)鋼（High-QualitySteel）含硫量、含磷量均小于0.03％。按用途可分為以下幾種。1）碳素結(jié)構(gòu)鋼（CarbonStructureSteels）。（3）碳鋼的牌號和用途

與合金鋼相比，碳鋼冶煉方便、價格低廉、產(chǎn)量大，且具有優(yōu)良的鍛造性、焊接性和切削加工性能，能滿足許多場合機械加工用鋼的要求，故在工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。

用于制造工程結(jié)構(gòu)（如橋梁、船舶、建筑、高壓容器等）和機械零件（如齒輪、軸、螺釘、螺母、連桿等），這類鋼一般為低、中碳鋼。2）碳素工具鋼（CarbonToolSteel）。

用于制造各種工具（如刀具、模具和量具等），這類鋼一般為高碳鋼。

碳素結(jié)構(gòu)鋼的煉制過程比較簡單，生產(chǎn)費用較低，價格便宜，并具有較高的塑性和焊接性能，能滿足一般的使用要求，因此大量應(yīng)用于汽車普通零件的制造。1）碳素結(jié)構(gòu)鋼。根據(jù)GB/T221-2008《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》的規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號由4部分組成：第一部分——前綴符號＋強度值（以N/mm2或MPa為單位）。第二部分（必要時）——質(zhì)量等級符號：A、B、C、D、E、F，依次提高。第三部分（必要時）——脫氧方法符號：F—沸騰鋼、B—半鎮(zhèn)靜鋼、Z—鎮(zhèn)靜鋼、TZ—特殊鎮(zhèn)靜鋼。對于鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼，其表示符號通?？梢允÷?。第四部分（必要時）——產(chǎn)品用途、特性和工藝方法表示符號。第一部分——前綴符號＋強度值（以N/mm2或MPa為單位）。其中，通用碳素結(jié)構(gòu)鋼前綴符號為代表屈服強度的漢語拼音字母“Q”，專用碳素結(jié)構(gòu)鋼的前綴符號見表5-1。產(chǎn)品名稱采用的漢字及漢語拼音或英文單詞采用字母漢字漢語拼音英文單詞熱軋光圓鋼筋熱軋光圓鋼筋—HotRolledPlainBarsHPB熱軋帶肋鋼筋熱軋帶肋鋼筋—HotRolledRibbedBarsHRB細晶粒熱軋帶肋鋼筋熱軋帶肋鋼筋＋細—HotRolledRibbedBars＋FineHRBF冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋—ColdRolledRibbedBarsCRB預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋預(yù)應(yīng)力、螺紋、鋼筋—Prestressing、Screw、BarsPSB焊接氣瓶用鋼焊瓶HANPING—HP管線用鋼管線—LineL船用錨鏈鋼船錨CHUANMAO—CM煤機用鋼煤MEI—M表5-1專用碳素結(jié)構(gòu)鋼的前綴符號（GB/T221-2008）第二部分（必要時）——質(zhì)量等級符號：A、B、C、D、E、F，依次提高。第三部分（必要時）——脫氧方法符號：F—沸騰鋼、B—半鎮(zhèn)靜鋼、Z—鎮(zhèn)靜鋼、TZ—特殊鎮(zhèn)靜鋼。對于鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼，其表示符號通?？梢允÷?。第四部分（必要時）——產(chǎn)品用途、特性和工藝方法表示符號，見表5-2。產(chǎn)品名稱采用的漢字及漢語拼音或英文單詞采用字母漢字漢語拼音英文單詞鍋爐和壓力容器用鋼容RONG—R鍋爐用鋼（管）鍋GUO—G低溫壓力容器用鋼低容DIRONG—DR橋梁用鋼橋QIAO—Q耐候鋼耐候NAIHOU—NH高耐候鋼高耐候GAONAIHOU—GNH汽車大梁用鋼梁LIANG—L高性能建筑結(jié)構(gòu)用鋼高建GAOJIAN—GJ表5-2碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品用途、特性和工藝方法表示符號序號產(chǎn)品名稱第一部分第二部分第三部分第四部分牌號示例1碳素結(jié)構(gòu)鋼最小屈服強度235MPaA級沸騰鋼—Q235AF2低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼最小屈服強度345MPaD級特殊鎮(zhèn)靜鋼—Q345D3熱軋光圓鋼筋屈服強度特征值235MPa———HPB2354熱軋帶肋鋼筋屈服強度特征值335MPa———HRB3355鍋爐和壓力容器用鋼最小屈服強度345MPa—特殊鎮(zhèn)靜鋼RQ345R表5-3碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號示例（GB/T221-2008）型號應(yīng)用舉例Q235A傳動軸中間軸承支架、發(fā)動機支架、后視鏡支架、油底殼加強板等Q235AF機油濾清器法蘭、發(fā)電機連接板、前鋼板彈簧夾箍、后視鏡支架等Q235B同步器錐盤、差速器螺栓鎖片、駐車制動器操作桿棘爪和齒板等Q235BF消聲器后支架、放水龍頭手柄夾持架、百葉窗葉片等Q395L汽車部件的沖壓件、前后保險杠Q390L汽車縱橫梁、高強度車身骨架表5-4碳素結(jié)構(gòu)鋼在汽車上的應(yīng)用2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（High-QualityCarbonStructureSteels）。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中有害雜質(zhì)及非金屬夾雜物含量較少，化學(xué)成分控制得也較嚴格，塑性、韌性較好，熱處理后機械性能較好，用于制造較重要的汽車零件。根據(jù)GB/T221-2008《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》的規(guī)定，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼的牌號由5部分組成：第一部分——以兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均含碳量（以萬分之幾計）；第二部分（必要時）——較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，加錳元素符號Mn；第三部分（必要時）——用于表征鋼材冶金質(zhì)量，高級優(yōu)質(zhì)鋼用A表示，特級優(yōu)質(zhì)鋼用E表示，優(yōu)質(zhì)鋼不用字母表示；第四部分（必要時）——用于表征鋼材的脫氧方式，沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼分別用“F”、“B”、“Z”表示，但鎮(zhèn)靜鋼的符號通常可以省略；第五部分（必要時）——產(chǎn)品用途、特性和工藝方法表示符號，見表5-2。產(chǎn)品名稱采用的漢字及漢語拼音或英文單詞采用字母漢字漢語拼音英文單詞鍋爐和壓力容器用鋼容RONG—R鍋爐用鋼（管）鍋GUO—G低溫壓力容器用鋼低容DIRONG—DR橋梁用鋼橋QIAO—Q耐候鋼耐候NAIHOU—NH高耐候鋼高耐候GAONAIHOU—GNH汽車大梁用鋼梁LIANG—L高性能建筑結(jié)構(gòu)用鋼高建GAOJIAN—GJ表5-2碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品用途、特性和工藝方法表示符號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼（含碳量一般小于0.25%，如10、20鋼等），常用于制造各種沖壓件、焊接件和強度要求不高的零件，如發(fā)動機油底殼（圖5-6）、油箱、車身外殼、離合器蓋（圖5-7）、變速叉、輪胎螺栓和螺母等。圖5-6發(fā)動機油底殼圖5-7離合器蓋序號產(chǎn)品名稱第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分牌號示例1優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳含量：0.05%~0.11%錳含量：0.25%~0.50%優(yōu)質(zhì)鋼沸騰鋼—08F2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳含量：0.47%~0.55%錳含量：0.50%~0.80%高級優(yōu)質(zhì)鋼鎮(zhèn)靜鋼—50A3優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳含量：0.48%~0.56%錳含量：0.70%~1.00%特級優(yōu)質(zhì)鋼鎮(zhèn)靜鋼—50MnE4保證淬透性用鋼碳含量：0.42%~0.50%錳含量：0.50%~0.85%高級優(yōu)質(zhì)鋼鎮(zhèn)靜鋼H45AH5優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼碳含量：0.62%~0.70%錳含量：0.90%~1.20%優(yōu)質(zhì)鋼鎮(zhèn)靜鋼—65Mn表5-5優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼的牌號示例（GB/T221-2008）中碳鋼（含碳量一般在0.25～0.60%之間，如35、45鋼等）常用于制造受力較大的汽車零件，如曲軸正時齒輪、飛輪齒圈、萬向節(jié)叉、離合器從動盤、連桿等。高碳鋼（含碳量一般大于0.60%）常用于制造彈性件和耐磨件，如氣門彈簧、離合器壓盤彈簧、活塞銷卡簧、空氣壓縮機閥片、彈簧墊圈等。牌號應(yīng)用舉例08駕駛室外殼、油底殼、油箱、離合器蓋等15輪胎螺栓和螺母、發(fā)動機氣門室罩、離合器調(diào)整螺栓、曲軸箱螺栓等20離合器分離杠桿、風(fēng)扇葉片、駐車制動桿等35曲軸正時齒輪、半軸螺栓錐形套、機油泵齒輪、連桿螺母、氣缸蓋定位銷等45氣門推桿、同步器鎖銷、變速桿、凸輪軸、曲軸、離合器踏板軸及分離叉等50離合器從動盤等65Mn氣門彈簧、轉(zhuǎn)向縱拉桿彈簧、離合器壓盤彈簧、活塞銷卡簧、拖曳鉤彈簧等表5-6常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在汽車上的應(yīng)用3）碳素工具鋼（CarbontoolSteels）。碳素工具鋼主要用于制造刀具、量具和模具，具有較高的硬度和耐磨性，屬于高碳鋼。所有碳素工具鋼都要經(jīng)過熱處理后，才能進一步提高硬度和耐磨性。根據(jù)GB/T221-2008《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》的規(guī)定，碳素工具鋼的牌號由4部分組成：第一部分——以符號“T”（“碳”字漢語拼音首位字母）表示碳素工具鋼；第二部分——以阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均含碳量（以千分之幾計）；第三部分（必要時）——較高含錳量的碳素工具鋼，加錳元素符號Mn；第四部分（必要時）——用于表征鋼材冶金質(zhì)量，高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼用A表示，優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼不用字母表示。產(chǎn)品名稱第一部分第二部分第三部分第四部分牌號示例漢字漢語拼音采用字母碳素工具鋼碳TANT碳含量：0.80%~0.90%錳含量：0.40%~0.60%高級優(yōu)質(zhì)鋼T8MnA合金工具鋼碳含量：0.85%~0.95%硅含量：1.20%~1.60%鉻含量：0.95%~1.25%——9SiCr高速工具鋼碳含量：0.80%~0.90%鎢含量：5.50%~6.75%鉬含量：4.50%~5.50%鉻含量：3.80%~4.40%釩含量：1.75%~2.20%——W6Mo5Cr4V2高碳鉻軸承鋼滾GUNG鉻含量：1.40%~1.65%硅含量：0.45%~0.75%錳含量：0.95%~1.25%—GCr15SiMn表5-7碳素工具鋼的牌號示例（GB/T221-2008）4）鑄鋼（CastSteel）。對于需要承受沖擊載荷作用的形狀復(fù)雜零件，很難用鍛壓等方法成形，用鑄鐵又難以滿足力學(xué)性能要求，這時常需選用鑄鋼。根據(jù)GB/T5613-2014《鑄鋼牌號表示方法》的規(guī)定，鑄鋼牌號的表示方法有兩種。①以力學(xué)性能表示的鑄鋼牌號。以力學(xué)性能表示的鑄鋼牌號由“ZG”和兩組數(shù)字組成，前一組數(shù)字表示鑄鋼的屈服強度的最低值，后一組數(shù)字表示抗拉強度的最低值。圖5-8鑄鋼ZG200-400的牌號含義②以化學(xué)成分表示的鑄鋼牌號。當(dāng)以化學(xué)成分表示鑄鋼的牌號時，碳含量（質(zhì)量分數(shù)）以及合金元素符號和含量（質(zhì)量分數(shù)）排列在鑄鋼代號“ZG”之后。在“ZG”后面以一組（兩位或三位）阿拉伯?dāng)?shù)字表示鑄鋼的名義碳含量（以萬分之幾計）。在名義含碳量的后面排列各主要合金元素符號，在元素符號后用阿拉伯?dāng)?shù)字表示合金元素名義含量（以百分之幾計）。圖5-9鑄鋼ZG15Cr2MoV的牌號含義圖5-10鑄鋼ZGS06Cr19Ni10的牌號含義圖5-11鑄鋼ZGM120Mn13Cr2RE的牌號含義鑄鋼名稱鑄鋼代號鑄鋼牌號實例鑄造碳鋼ZGZG270-500焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼ZGHZGH230-450耐熱鑄鋼ZGRZGR40Cr25Ni20耐蝕鑄鋼ZGSZGS06Cr16Ni5Mo耐磨鑄鋼ZGMZGM30CrMnSiMo牌號應(yīng)用舉例ZG270-500機油管法蘭、化油器活動接頭、車門限制器的限制塊等ZG310-570進排氣歧管壓板、風(fēng)扇過渡法蘭、前減振器下支架、變速叉、起動爪等ZG340-640齒輪、棘輪等表5-8各種鑄鋼的名稱、代號及牌號實例表5-9鑄鋼在汽車上的應(yīng)用2．合金鋼汽車上的一些受力復(fù)雜的重要零件，如變速器齒輪、半軸和活塞銷等，如果采用碳素鋼制造則不能滿足其性能要求。因此，在汽車制造中還廣泛應(yīng)用合金鋼。所謂合金鋼（AlloySteels），是在碳鋼的基礎(chǔ)上，有意識地加入一些合金元素的鋼。常加入元素有錳（Mn）、硅（Si）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鉬（Mo）、鎢（W）、釩（V）、鈦（Ti）、鈮（Nb）、鋯（Zr）、稀土（Xt）等元素，目前世界上已有數(shù)千種合金鋼。（1）合金鋼的分類按用途分為：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼。接合金元素的含量分為：低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼。按合金元素的種類分為：錳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼等。（2）合金鋼牌號表示方法合金鋼的牌號是采用合金元素符號和數(shù)字來表示的，即數(shù)字+合金元素符號+數(shù)字。1）元素符號最前的數(shù)字表示含碳量。低合金鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金彈簧鋼用兩位數(shù)字表示平均含碳量（以萬分之幾計）。不銹耐酸鋼、耐熱鋼等，一般用一位數(shù)字表示平均含碳量（以千分之幾計）；平均含碳量小于千分之一的用“0”表示，含碳量不大于0.03％的用“00”表示。2）合金元素符號后的數(shù)字表示合金元素含量。平均合金含量小于1.5％時，牌號中僅標明元素，一般不標明含量。當(dāng)平均合金含量大于1.5％、2.5％、3.5％…時，則相應(yīng)地以2、3、4…表示。高碳鉻軸承鋼，其含鉻量用千分之幾計，并在牌號頭部加符號“G”。例如，平均含鉻量為0.9％的軸承鋼，其牌號表示為“GCr9”。低鉻（平均含鉻量小于1％）合金工具鋼，其含鉻量亦用千分之幾計，但在含量數(shù)值之前加一數(shù)字“0”。例如，平均含鉻量為0.6％的合金工具鋼，其牌號表示為“Cr06”。3）高級優(yōu)質(zhì)合金鋼（含S、P較低），在牌號尾部加符號“A”。4）為了表示鋼的專門用途，在牌號頭部（或尾部）附以相應(yīng)用途符號。例如，滾動軸承鋼前加“G”（“滾”字的漢語拼音字首）如“GCr15”，又如“20MnK”，牌號后附以符號“K”，則表示此合金多為礦用。（3）低合金結(jié)構(gòu)鋼1）成分。在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素，其含碳量小于0.2％，合金元素總量小于3％。主要靠加入Mn、Si等元素起到強化鐵素體，提高強度；加入V、Ti等元素主要是細化組織，提高韌性；加入Cu、P等元素在鋼中能提高耐蝕性。2）性能。具有較高的強度，良好的綜合機械性能，特別是有較高的屈服強度。有良好的塑性、焊接性能、耐腐蝕性，更低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。因而常稱為低合金高強度鋼。3）用途。一般工程結(jié)構(gòu)和機械零件，如橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油管道、建筑鋼筋等。4）熱處理。這類鋼通常是在熱軋后經(jīng)退火或正火處理后使用。使用低合金替代碳素鋼可以提高結(jié)構(gòu)的強度，減輕結(jié)構(gòu)的重量。牌號應(yīng)用舉例Q295水箱固定架底板、風(fēng)扇葉片、車架橫梁等Q345車架縱梁、車架橫梁、油箱托架、車架角撐、蓄電池固定筐后板等Q390車架前橫梁、車架中橫梁、前保險杠、車架角撐等表5-10常用低合金結(jié)構(gòu)鋼在汽車上的應(yīng)用（4）合金滲碳鋼合金滲碳鋼是按熱處理方法命名的合金鋼，主要熱處理方法是滲碳后再淬火，然后低溫回火。合金滲碳鋼的含碳量較低，能保證零件的芯部有足夠的塑性和韌性。對在高速、重載、強烈沖擊和劇烈摩擦的狀態(tài)下工作的零件，有“外硬內(nèi)韌”的要求，這就需要采用合金滲碳鋼制造，經(jīng)熱處理后使用。合金滲碳鋼制造的萬向節(jié)十字軸和活塞銷表5-11常用合金滲碳鋼在汽車上的應(yīng)用牌號應(yīng)用舉例15Cr活塞銷、挺桿、氣門彈簧座等20CrMnTi變速器齒輪、變速器嚙合套、變速器軸、半軸齒輪、萬向節(jié)和差速器十字軸等15MnVB變速器軸、變速器嚙合套、變速器齒輪、鋼板彈簧中心螺栓等20MnVB減速器齒輪、萬向節(jié)十字軸、差速器十字軸等（5）合金調(diào)質(zhì)鋼

在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后獲得良好的綜合機械性能的鋼，稱為合金調(diào)質(zhì)鋼。

汽車上的半軸、連桿、轉(zhuǎn)向節(jié)等都是用合金調(diào)質(zhì)鋼來制造的。這些零件在工作中承受較大的沖擊載荷，所以不僅要求有高的強度，還要求有好的塑性和韌性，即要求有良好的綜合機械性能，而合金鋼經(jīng)過熱處理后就能滿足這些要求。采用合金調(diào)質(zhì)鋼制造的半軸和連桿牌號應(yīng)用舉例40Cr發(fā)動機支架固定螺栓、水泵軸、連桿、連桿蓋、氣缸蓋螺栓等40MnB半軸、水泵軸、變速器軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、萬向節(jié)叉等40Mn2進氣門、半軸套管、鋼板彈簧U形螺栓等50Mn2離合器從動盤、減振盤等表5-12常用合金調(diào)質(zhì)鋼在汽車上的應(yīng)用（6）合金彈簧鋼

合金彈簧鋼是制造彈簧和彈性元件的專用鋼，含碳量在0.45％～0.70％之間。產(chǎn)品名稱第一部分第二部分第三部分第四部分牌號示例合金結(jié)構(gòu)鋼碳含量：0.22%~0.29%鉻含量：1.50%~1.80%鉬含量：0.25%~0.35%釩含量：0.15%~0.30%高級優(yōu)質(zhì)鋼—25Cr2MoVA鍋爐和壓力容器用鋼碳含量：≤0.22%~錳含量：1.20%~1.60%鉬含量：0.45%~0.65%鈮含量：0.025%~0.050%特級優(yōu)質(zhì)鋼鍋爐和壓力容器用鋼18MnMoNbER優(yōu)質(zhì)彈簧鋼碳含量：0.56%~0.64%硅含量：1.60%~2.00%錳含量：0.70%~1.00%優(yōu)質(zhì)鋼—60Si2Mn表5-13合金彈簧鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法

滾動軸承鋼是用來制造滾動軸承內(nèi)、外圈和滾動體的專用鋼。（7）滾動軸承鋼

汽車上的氣門彈簧、離合器彈簧、轉(zhuǎn)向縱拉桿彈簧和活塞銷卡簧常采用合金彈簧鋼65Mn制造，鋼板彈簧等大截面彈簧常采用合金彈簧鋼55Si2Mn、60Si2Mn制造。

彈簧是汽車上常用的元件，要求具有較高的疲勞強度和抗拉強度，有良好的工藝性和足夠的韌性和塑性。

加入Mn、Si、Cr等合金元素的主要作用是提高鋼的淬透性、強度和彈性；加入Mo、W、V等合金元素的主要作用是防止Si、Mn在加熱時過熱，提高彈性、耐熱性和回火穩(wěn)定性。

滾動軸承鋼含碳量較高，在0.95％～1.05％之間，以保證有較高的硬度和耐磨性。

加入0.40％～1.65％的Cr，用以提高鋼的淬透性和耐磨性，對于大型滾動軸承用鋼，還加入Si、Mn等元素。

汽車上常用的滾動軸承鋼有GCr9、GCr15、GCr15SiMn和GSiMnV等。（8）特殊性能鋼

特殊性能鋼是指不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等一些具有特殊的物理和化學(xué)性能的鋼，又稱為特殊用途鋼，簡稱特殊鋼。1）不銹鋼是指在大氣和一般介質(zhì)中具有高耐蝕性能的鋼。不銹鋼的成分特點如下。

高鉻：當(dāng)Cr含量大于12％時，就會使鋼表面形成致密的氧化膜（Cr2O3），防止繼續(xù)氧化。鉻含量越高，鋼的耐蝕性越好。

低碳：一般不銹鋼含碳量較低，只有要求高硬度和耐磨性的不銹鋼才能適當(dāng)?shù)靥岣吆剂?。不銹鋼在汽車上可用于制造化油器針閥、空氣壓縮機閥片等。2）耐熱鋼是抗氧化鋼和熱強鋼的總稱。金屬材料的耐熱性包含高溫抗氧化性和高溫強度兩方面性能。

在高溫下有較好的抗氧化性又有一定強度的鋼稱為抗氧化鋼，又稱不起皮鋼。

抗氧化性主要由材料中加入一定量的Cr、Al、Si等元素形成致密的、連續(xù)的氧化膜，如Cr2O3、A12O3、SiO2等保護鋼不繼續(xù)腐蝕，可提高鋼的抗氧化能力。

高溫下有一定抗氧化能力和較高強度以及良好組織穩(wěn)定性的鋼稱為熱強鋼。鋼中加入Cr、Mo、W、Ni等元素可溶入基體強化固溶體，使再結(jié)晶溫度提高，從而增強鋼在高溫下的強度。Cr、Mo、W、V等元素還可形成硬度高、熱穩(wěn)定性好的碳化物，分布在基體上起到彌散強化作用。

汽車發(fā)動機的排氣門在高溫下工作，要求具有良好的耐熱性，常采用耐熱鋼4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等制造。3）耐磨鋼通常指的是在沖擊載荷下發(fā)生沖擊硬化的高錳鋼。主要成分是含1.0％～1.4％的C和11％～14％的Mn，常用耐磨鋼的牌號為ZGMn13。

耐磨鋼機械加工較困難，基本上采用鑄造成型。

生產(chǎn)上常用“水韌處理”，即鋼加熱到臨界溫度以上，使鋼中全部碳化物溶解到奧氏體中去，然后迅速淬入水中，碳化物來不及從奧氏體中析出，保持了均勻的奧氏體狀態(tài)，當(dāng)奧氏體受到強烈磨損和沖擊時，由于塑性變化引起了加工硬化，促使表面奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，使鋼具有高硬度和高耐磨性。

高錳鋼零件在使用過程中，必須有劇烈沖擊或較大壓力時才能顯示出其高的耐磨性，否則高錳鋼是不耐磨的。3.鑄鐵

鑄鐵（CastIron）廣泛應(yīng)用于機械制造中。按重量計算，汽車中鑄鐵零件占50％～70％，汽車發(fā)動機氣缸體、氣缸蓋、變速器殼和后橋殼等大多采用鑄鐵。

鑄鐵之所以應(yīng)用廣泛，除了因為它具有接近共晶的成分、熔點低、流動性好、易于鑄造外，還因為鑄鐵有良好的減摩性和切削加工性。

根據(jù)碳在鑄鐵組織中存在形式不同，可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵等。（1）鑄鐵牌號表示方法根據(jù)GB/T5612—2008《鑄鐵牌號表示方法》的規(guī)定，鑄鐵的基本代號由表示該鑄鐵特征的漢語拼音字的第一個大寫正體字母組成，當(dāng)兩種鑄鐵名稱的代號字母相同時，可在該大寫正體字母后加小寫正體字母加以區(qū)別。鑄鐵名稱代號牌號表示方法實例灰口鑄鐵（HT）灰口鑄鐵HTHT250，HTCr-300奧氏體灰口鑄鐵HTAHTANi20Cr2冷硬灰口鑄鐵HTLHTLCr1Ni1Mo耐磨灰口鑄鐵HTMHTMCu1CrMo耐熱灰口鑄鐵HTRHTRCr耐蝕灰口鑄鐵HTSHTSNi2Cr球墨鑄鐵（QT）球墨鑄鐵QTQT400-18奧氏體球墨鑄鐵QTAQTANi30Cr3冷硬球墨鑄鐵QTLQTL抗磨球墨鑄鐵QTMQTMMn8-30耐熱球墨鑄鐵QTRQTRSi5耐蝕球墨鑄鐵QTSQTSNi20Cr2蠕墨鑄鐵（RuT）蠕墨鑄鐵RuTRuT420可鍛鑄鐵（KT）白心可鍛鑄鐵KTBKTB350-04黑心可鍛鑄鐵KTHKTH350-10珠光體可鍛鑄鐵KTZKTZ650-02白口鑄鐵（BT）抗磨白口鑄鐵BTMBTMCr15Mo耐熱白口鑄鐵BTRBTRCr16耐蝕白口鑄鐵BTSBTSCr28表5-14鑄鐵的代號及牌號表示方法（GB/T5612—2008）鑄鐵的牌號有兩種表示方法。1）以化學(xué)成分表示的鑄鐵牌號。當(dāng)以化學(xué)成分表示鑄鐵的牌號時，合金元素符號及名義含量（質(zhì)量分數(shù)）排列在鑄鐵代號之后。在牌號中常規(guī)碳、硅、錳、硫、磷元素一般不標注，有特殊作用時，才標注其元素符號及含量。圖5-17鑄鐵牌號示例（2）2）以力學(xué)性能表示的鑄鐵牌號。當(dāng)以力學(xué)性能表示鑄鐵的牌號時，力學(xué)性能值排列在鑄鐵代號之后。當(dāng)牌號中有合金元素符號時，抗拉強度值排列于元素符號及含量之后，之間用“-”隔開。圖5-16鑄鐵牌號示例（1）圖5-18鑄鐵牌號示例（3）（2）白口鑄鐵

白口鑄鐵（WhiteCastIron）簡稱為白口鐵，是完全按照Fe－Fe3C相圖進行結(jié)晶而得到的鑄鐵。其中碳全部以滲碳體（Fe3C）形式存在，斷口呈銀白色。

由于存在有大量硬而脆的Fe3C，因而硬度高、脆性大，很難切削加工，很少用來直接制造機器，主要用作煉鋼原料或制造可鍛鑄鐵的毛坯。（3）灰口鑄鐵

灰口鑄鐵（GrayCastIron，簡稱灰鑄鐵）中的碳主要結(jié)晶成游離狀態(tài)的石墨。

灰口鑄鐵中的碳主要以片狀石墨形狀存在，斷口為暗灰色，常見的鑄鐵件多數(shù)是灰口鑄鐵。

灰口鑄鐵有許多優(yōu)良的性能，且價格低廉，在汽車制造中得到廣泛的應(yīng)用。如氣缸體、氣缸蓋和變速器殼等一些形狀復(fù)雜、強度要求不高的零件，均可采用灰口鑄鐵鑄造。表5-15灰口鑄鐵在汽車上的應(yīng)用牌號應(yīng)用舉例HT150進排氣歧管、變速器殼體、水泵葉輪等HT200凸輪軸正時齒輪、飛輪殼、氣缸體、氣缸蓋、氣門導(dǎo)管、制動蹄等HT250氣缸體、飛輪、曲軸帶輪等（4）可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵（MalleableCastIron）又稱馬鐵或瑪鋼，實際并不可以鍛造，這些名稱只表示它具有一定的塑性和韌性，故稱為展性鑄鐵或韌性鑄鐵。

可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵通過退火處理使?jié)B碳體分解而得到團絮狀石墨的一種高強度鑄鐵。

可鍛鑄鐵主要用來制造一些形狀復(fù)雜而強度和韌性要求較高的薄壁零件。表5-16常用可鍛鑄鐵在汽車上的應(yīng)用

牌號應(yīng)用舉例KTH350-10后橋殼、差速器殼、減速器殼、輪轂、鋼板彈簧吊架、制動蹄片等KTZ450-06曲軸、凸輪軸、連桿、齒輪、活塞環(huán)、發(fā)動機氣門搖臂等（5）球墨鑄鐵

球墨鑄鐵（NodularCastIron）是一種高強度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，已迅速發(fā)展為僅次于灰鑄鐵的、應(yīng)用十分廣泛的鑄鐵材料。所謂“以鐵代鋼”，主要指球墨鑄鐵。

球墨鑄鐵是鐵水在澆注前經(jīng)球化處理，其中碳大部分或全部以球狀石墨形式存在，機械性能高，生產(chǎn)工藝比可鍛鑄鐵簡單。

由于球墨鑄鐵的某些性能與鋼相近，價格比鋼低，又具有灰口鑄鐵的優(yōu)點，因此在汽車制造中應(yīng)用廣泛，常用來制造曲軸（圖5-19）、輪轂等汽車機件。圖5-19球墨鑄鐵曲軸表5-17常用球墨鑄鐵在汽車上的應(yīng)用牌號應(yīng)用舉例QT450-10輪轂、轉(zhuǎn)向器殼、制動蹄、牽引鉤前支承座、輔助鋼板彈簧支架等QT600-03曲軸、發(fā)動機氣門搖臂、牽引鉤支承座等（6）蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵（VermicularCastIron）是20世紀70年代發(fā)展起來的一種新型高強度鑄鐵。

蠕墨鑄鐵中的碳以蠕蟲狀石墨形式存在，介于片狀和球狀石墨之間。此外，為了滿足一些特殊要求，向鑄鐵中加入一些合金元素，如Cr、Cu、Al、B等，可得到耐蝕、耐熱及耐磨等特性的合金鑄鐵。

目前，在汽車上主要用來制造氣缸體（圖5-20）、氣缸蓋、進排氣管、制動盤和制動鼓等。

生產(chǎn)蠕墨鑄鐵的方法與球鐵相似，即在出鐵時往鐵水中加入蠕化劑，進行蠕化處理，然后加入孕育劑作孕育處理而得到。目前所用的蠕化劑有鎂鈦合金、稀土鎂鈦合金或稀土鎂鈣合金等。圖5-20蠕墨鑄鐵氣缸體

（7）合金鑄鐵

合金鑄鐵（AlloyCastIron）是在普通鑄鐵加入適量合金元素（如硅、錳、磷、鎳、鉻、鉑、銅、鋁、硼、釩、錫等）而獲得的。

合金元素使鑄鐵的基體組織發(fā)生變化，從而具有相應(yīng)的耐熱、耐磨、耐蝕、耐低溫或無磁等特性，它們分別被稱為耐熱鑄鐵、耐磨鑄鐵、耐蝕鑄鐵。

耐熱鑄鐵是在球墨鑄鐵中加入鋁、硅、鉛等合金元素而形成的，主要用于制造在高溫下工作的發(fā)動機進、排氣門及排氣管密封環(huán)等。

耐磨鑄鐵是在灰口鑄鐵中加入鉻、鉑、銅、鈦、磷等合金元素而形成的，在汽車上主要用于制造氣缸蓋、活塞環(huán)等。

耐蝕鑄鐵是在灰口鑄鐵中加入硅、鋁、鉻、鎳等合金元素而形成的，主要用來制造汽車中的各種在腐蝕介質(zhì)環(huán)境下工作的零件。4.鋁及鋁合金

純鋁（Aluminium）的密度小，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，化學(xué)性質(zhì)很活潑，在空氣和水中有較好的耐蝕性，但不能耐酸、堿、鹽的腐蝕。

純鋁加入合金元素，如Si、Cu、Mg、Mn等，可制成鋁合金。鋁合金強度較高、密度小、有很高的比強度（即強度極限與密度的比值）、良好的導(dǎo)熱性及耐蝕性等。

根據(jù)鋁合金的成分及生產(chǎn)工藝特點，可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。變形鋁合金中固溶體的成分不隨溫度的變化而變化，不能進行熱處理強化的稱為熱處理不能強化的鋁合金；固溶體成分隨溫度的變化而改變，可用熱處理來強化的稱為熱處理能強化的鋁合金。

鑄造鋁合金可按照其中主要合金元素的不同分為：Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn等。1）變形鋁合金變形鋁合金（又稱形變鋁合金）加熱時能形成單相固溶體組織，塑性較好，適于壓力加工。1）四位字符體系牌號。①四位字符體系牌號的結(jié)構(gòu)。變形鋁及鋁合金的牌號由四位字符構(gòu)成。四位字符體系牌號的第一、三、四位為阿拉伯?dāng)?shù)字，第二位為大寫英文字母（C、I、L、N、O、P、Q、Z字母除外）。牌號的第一位數(shù)字表示鋁及鋁合金的組別（見表5-18），牌號的第二位字母表示原始純鋁或鋁合金的改型情況，牌號的最后兩位數(shù)字用以標識同一組中不同的鋁合金或表示鋁的純度?，F(xiàn)行國家標準GB/T16474-2011《變形鋁及鋁合金牌號表示方法》規(guī)定，我國采用國際通用的四位字符體系對變形鋁及鋁合金的牌號進行命名。組別牌號系列純鋁（鋁含量不低于99.00%）1×××以銅（Cu）為主要合金元素的鋁合金2×××以錳（Mn）為主要合金元素的鋁合金3×××以硅（Si）為主要合金元素的鋁合金4×××以鎂（Mg）為主要合金元素的鋁合金5×××以鎂和硅（Mg+Si）為主要合金元素，并以Mg2Si相為強化相的鋁合金6×××以鋅（Zn）為主要合金元素的鋁合金7×××以其他合金為主要合金元素的鋁合金8×××備用合金組9×××表5-18鋁及鋁合金的組別系列②純鋁的牌號命名方法。鋁含量不低于99.00%時稱為純鋁，其牌號用1×××表示。牌號的最后兩位數(shù)字表示最低鋁百分含量。當(dāng)最低鋁百分含量精確到0.01%時，牌號的最后兩位數(shù)字就是最低鋁百分含量中小數(shù)點后面的兩位。牌號第二位的字母表示原始純鋁的改型情況。如果第二位字母為A，則表示為原始純鋁；如果第二位字母為B~Y的其他字母，則表示為原始純鋁的改型，與原始純鋁相比，其元素含量略有變化。③鋁合金的牌號命名方法。鋁合金的牌號用2×××~8×××系列符號表示。牌號的最后兩位數(shù)字沒有特殊意義，僅用來區(qū)分同一組中不同的鋁合金。牌號第二位的字母表示原始合金的改型情況。如果第二位字母為A，則表示為原始合金；如果第二位字母為B~Y的其他字母，則表示為原始合金的改型合金，與原始合金相比，其化學(xué)成分略有變化。2）依據(jù)性能特點進行劃分的牌號（舊標準）。在原國家標準中，將變形鋁合金按照其主要性能特點分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金及鍛鋁合金等。防銹鋁牌號用“鋁防”漢語拼音字首“LF”加順序號表示，常用防銹鋁的代號有LF5（四位字符體系牌號為5A05）、LF11（5A11）、LF21（3A21）等。硬鋁牌號用“鋁硬”漢語拼音字首“LY”加順序號，如LYl（鉚釘硬鋁，2A01）、LY11（標準硬鋁，2A11）及LY12（高強度硬鋁，2A12）等。超硬鋁合金是目前強度最高的鋁合金，比強度更高，故稱超硬鋁。缺點是抗蝕性很差，可提高人工時效溫度或包一層純鋁，以提高其耐蝕性。超硬鋁合金的牌號用“鋁超”漢語拼音字首“LC”加順序號表示，如LC9（7A09）、LC10（7A10）、LC15（7A15）等。鍛鋁合金具有良好的熱塑性及耐蝕性。淬火時效后均可提高強度。鍛鋁合金的牌號用“鋁鍛”漢語拼音字首“LD”加順序號表示，如LD2（6A02）、LD30（6061）、LD31（6063）等。（2）鑄造鋁合金鑄造鋁合金（CastingAluminiumAlloy）是指適于鑄造成型的鋁合金，簡稱鑄鋁。鑄鋁適于鑄造，但不適于壓力加工。汽車上應(yīng)用的鋁合金大多為鑄造鋁合金，常用的有鋁-硅系、鋁-銅系、鋁-鎂系、鋁-鋅系鑄造鋁合金。鑄造鋁合金種類很多，其中鋁硅合金用得最廣，占鑄造鋁合金總產(chǎn)量的50％以上。含Si10％～13％的鋁硅合金是最典型的鋁硅合金，屬于共晶成分，通常稱為“硅鋁明（silumin）”。根據(jù)GB/T8063-1994《鑄造有色金屬及其合金牌號表示方法》的規(guī)定，鑄造鋁合金的牌號由“鑄”字的漢語拼音字首“Z”+Al+其他主要元素符號及百分含量來表示，如ZAlSi12表示含12％Si的鑄造鋁硅合金。而合金的代號用“鑄鋁”的漢語拼音字首“ZL”加3位數(shù)字表示。第一位數(shù)字表示合金類別，第二、三位則表示合金的順序號。例ZL102表示2號鋁硅系鑄造鋁合金。鑄造鋁合金一般用于制作質(zhì)輕、耐蝕、形狀復(fù)雜并有一定機械性能的零件。（3）鋁合金在汽車上的應(yīng)用鋁合金不僅用于制造活塞、氣缸體（圖5-21）、氣缸蓋、連桿和進氣歧管等發(fā)動機零件，還用于制造輪轂（圖5-22）、離合器殼、變速器殼、轉(zhuǎn)向器殼和變速器撥叉等底盤零件，甚至車身、車架也可采用鋁合金制造。圖5-21鋁合金氣缸體圖5-22鋁合金輪轂代號應(yīng)用舉例LF5（5A05）、LF11（5A11）、LF21（3A21）車身、汽油箱、油管、防銹蒙皮、鉚釘和裝飾件等ZL103發(fā)動機風(fēng)扇、離合器殼體、前蓋及主動板等ZL104氣缸蓋罩、挺桿室蓋板、機油濾清器底座、轉(zhuǎn)子及外罩等ZL108發(fā)動機活塞等表5-19常用鋁合金在汽車上的應(yīng)用

純銅在汽車上的應(yīng)用，制造電線、電纜和電路接頭等電氣元件（導(dǎo)電性）；制造散熱器等導(dǎo)熱元件（導(dǎo)熱性）；用于制作氣缸墊，進、排氣管墊，軸承襯墊和各種管接頭等。

在工程中應(yīng)用較多的是在純銅中加入合金元素后形成銅合金，銅合金分為黃銅和青銅兩大類。（1）黃銅

以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅（Brass）。按照化學(xué)成分，黃銅分普通黃銅和復(fù)雜黃銅兩類。

普通黃銅是銅和鋅的二元合金，具有相當(dāng)好的抗腐蝕性，加工性能很好。5.銅及銅合金

純銅（Copper）是呈玫瑰紅色的金屬，表面形成氧化銅膜后，外觀呈紫紅色，故稱紫銅。根據(jù)GB/T29091-2012《銅及銅合金牌號和代號表示方法》的規(guī)定，普通黃銅的牌號用“H”加數(shù)字表示?！癏”是“黃”字漢語拼音字首，數(shù)字表示平均含銅量，余量為鋅（Zn）。例如，銅含量為63.5%~68.0%，余量為鋅的普通黃銅，其牌號為H65。普通黃銅在汽車上主要用來制造散熱器管、油管接頭、氣缸水套和黃油嘴等。為了改善黃銅的某些性能，向其中加入少量其他元素，以提高合金強度及改善耐腐蝕性，這種黃銅稱為復(fù)雜黃銅（舊標準稱其為特殊黃銅）。根據(jù)主要添加元素命名為錳黃銅、鉛黃銅、錫黃銅等。復(fù)雜黃銅的牌號是在“H”之后標以主加元素的化學(xué)符號，并在其后表明銅及合金元素含量的百分數(shù)，如HPb59-1表示含Cu59％，含Pb1％余為Zn的鉛黃銅。復(fù)雜黃銅在汽車上主要用來制造轉(zhuǎn)向節(jié)襯套、鋼板銷襯套等，也可用來制造化油器零件、管接頭和墊圈等零件。（2）青銅

青銅（Bronze）按照其化學(xué)成分的不同，可分為錫青銅和復(fù)雜青銅兩類。錫青銅（Tin-bronze）是銅和錫的二元合金，其主要特點是有良好的耐磨性，具有足夠的抗拉強度和一定的塑性，致密程度較低。青銅的牌號以“青”字的漢語拼音字首“Q”加錫元素和數(shù)字表示。如QSn6.5-0.4表示含Sn為6.5％，含其他元素（P）0.4％，余為Cu含量的錫青銅。錫青銅在汽車上主要用來制造發(fā)動機氣門搖臂襯套、連桿襯套等。復(fù)雜青銅亦稱特殊青銅（SpecialBronze），是以其他元素（如Al、Pb、Mn等）代替價格昂貴而稀缺的錫（Sn）之后得到的青銅。因此，此類青銅亦稱無錫青銅，如鋁青銅、鉛青銅、錳青銅等。加入的合金元素可以改善合金的機械性能、耐腐蝕性、耐磨性以及熱強性等。復(fù)雜青銅常用來制造重載荷的軸瓦。復(fù)雜青銅的牌號表示方法與錫青銅類似。例如，鋁含量為4.0%~6.0%的鋁青銅，其牌號表示為QAl5；錫含量為6.0%~6.0%，磷含量為0.10%~0.25%的錫磷青銅，其牌號表示為QSn6.5-0.1。此外，對于鑄造用銅及其銅合金，在其牌號前面加“鑄”的第一個漢語拼音字母“Z”；對于再生銅及其銅合金，在其牌號前面加“再生”的英文單詞“Recycling”第一個字母“R”。牌號應(yīng)用舉例H62發(fā)動機散熱器（簡稱散熱器，俗稱水箱）進、出水管，散熱器蓋，散熱器加水口座及支承，散熱器進、出水管等H68散熱器儲水室、散熱器夾片、散熱器本體主片、散熱器主片等H90排氣管熱密封圈外殼、散熱器本體、散熱器散熱管及冷卻管等HPb59-1化油器零件、制動閥閥座、儲氣筒放水閥本體及安全閥閥座等HSn90-1轉(zhuǎn)向節(jié)襯套、行星齒輪及半軸齒輪支承墊圈等QSn.5活塞銷襯套、發(fā)動機氣門搖臂襯套等QSn3-1散熱器出水閥彈簧、空氣壓縮機卸壓閥閥門、車門鉸鏈襯套等ZCuSn5Pb5Zn5機油濾清器上、下軸承等ZCuPb30曲軸軸瓦、曲軸止推墊圈等表5-20常用銅合金在汽車上的應(yīng)用6．滑動軸承合金軸承起減摩作用，軸承分滾動軸承和滑動軸承兩類。其中滑動軸承具有承壓面積大、工作平穩(wěn)無噪聲及檢修方便等優(yōu)點，所以占有相當(dāng)重要的地位。汽車發(fā)動機的曲軸軸承、連桿軸承、凸輪軸軸承等廣泛采用滑動軸承。（1）傳統(tǒng)軸承合金——巴氏合金在滑動軸承中，制造軸瓦及內(nèi)襯的合金稱為軸承合金。最早提出軸承合金概念的是美國人巴比特(Babbitt)。1839年巴比特發(fā)明了錫基合金和鉛基合金用于制造滑動軸承，故稱錫基減摩合金和鉛基減摩合金為巴氏合金。后來業(yè)內(nèi)人士通常稱用于制造滑動軸承的銅基減摩合金和巴氏合金為軸承合金。目前，汽車上常用的滑動軸承合金有錫基軸承合金、鉛基軸承合金、銅基軸承合金、鋁基軸承合金等。（2）新型軸承合金——龍氏合金1959年，國際鉛鋅組織成員單位聯(lián)合啟動了一項名為“LONG-SPLAN”的科研計劃，旨在研發(fā)比銅基合金和巴氏合金的性能更好、壽命更長、成本更低的新一代減摩合金，并將此類減摩合金稱之為龍氏合金（long-smetal）。研究發(fā)現(xiàn)鑄造鋅基合金和鑄造鋁基合金的力學(xué)性能和減摩性能均可以超過銅基合金和巴氏合金，并率先研制出鋁基龍氏減摩合金，牌號分別為AS7、AS12、AS20等。此后，鋁基龍氏合金AS7、AS12用于替代傳統(tǒng)的銅基合金軸瓦，鋁基龍氏合金AS20又用于替代傳統(tǒng)的巴氏合金，促進了裝備制造業(yè)的快速發(fā)展。（3）基于納米技術(shù)的軸承合金——微晶合金2009年，中科院沈陽金屬研究所、中科院沈陽鑄造研究所等單位開發(fā)出基于納米技術(shù)的微晶合金材料，如具有超低減摩系數(shù)的微晶合金LZA3805，具有較大PV值特性的微晶合金LZA4008，具有超耐磨特性的微晶合金LZA4205，具有良好抗沖擊特性的微晶合金LZA4510等。微晶合金可以滿足單項性能特殊要求的特性，為實現(xiàn)裝備制造的高效率、高精度、高可靠性、低成本等方面提供了有力的保障。5.2汽車用非金屬材料

在汽車制造中，除使用金屬材料外，還廣泛使用非金屬材料，如常見的汽車燈罩、儀表板殼、轉(zhuǎn)向盤、坐墊、風(fēng)窗玻璃、輪胎、傳動帶、連接軟管等都是由各種非金屬材料制成的。

非金屬材料因具有許多優(yōu)良的理化性能，可以滿足某些特殊要求，而且原料來源豐富、加工簡便，因此得到廣泛使用。5.2.1塑料1.塑料的組成

塑料（Plastic）是以合成樹脂為主要原料，并加入某些添加劑，在一定的溫度和壓力下，能塑造各種形狀制品的高分子材料。2.塑料的分類（1）按其熱性能不同，可分為熱固性塑料和熱塑性塑料兩大類。（2）按塑料的用途分，可分為通用塑料和工程塑料。3.塑料的特性（1）質(zhì)量輕（2）耐腐蝕性好（3）比強度高（4）良好的電絕緣性能（5）優(yōu)良的耐磨、減摩性（6）優(yōu)良的消聲和隔熱作用（7）耐熱性較差（8）耐老化性差（9）熱膨脹系數(shù)大4.塑料在汽車上的應(yīng)用

由于塑料具有諸多金屬和其他材料所不具備的優(yōu)良性能，因此在汽車上的應(yīng)用很廣。常用于制作各種結(jié)構(gòu)零件、耐磨減摩零件、隔熱防振零件等。圖5-23客車儀表板總成（聚氨脂泡沫塑料制品）

名稱

主要特性

應(yīng)用舉例一般結(jié)構(gòu)零件酚醛塑料有優(yōu)良的耐熱、耐磨、電絕緣、化學(xué)穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性和抗蠕變性，但較脆、抗沖擊能力差分電器蓋、分火頭、水泵密封墊片、制動摩擦片、離合器摩擦片等聚苯乙烯有優(yōu)良的耐蝕、電絕緣、著色及成型性，透光度較好，但耐熱、抗沖擊能力差各種儀表外殼、汽車燈罩、電器零件等低壓聚乙烯強度較高，耐高溫、耐磨、耐蝕、電絕緣性好汽油箱、擋泥板、手柄、風(fēng)窗嵌條、內(nèi)鎖按鈕、轎車保險杠等ABS有較高的抗沖擊性能，良好的強度、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐寒性、吸水性小方向盤、儀表板總成、擋泥板、行李箱、小轎車車身等有機玻璃高透明度，耐蝕、電絕緣性能好，有一定的力學(xué)強度，但耐磨性差油標尺、油杯、遮陽板、后燈燈罩等耐磨減摩零件耐磨減摩零件聚酰胺（尼龍）有韌性、耐磨、耐疲勞、耐水等綜合性能，但吸水性大、尺寸穩(wěn)定性差車窗升降搖把、風(fēng)扇葉片、里程表齒輪、輸油管、球頭碗、襯套等聚甲醛有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，尺寸穩(wěn)定性好，耐油、耐磨、電絕緣性好，吸水性小萬向節(jié)軸承、半軸和行星齒輪墊片、汽油泵碗、轉(zhuǎn)向節(jié)襯套等聚四氟乙烯有極強的耐蝕性，良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐高低溫性、電絕緣性，摩擦因數(shù)小汽車各種密封圈、墊片等耐高溫零件聚苯醚具有很寬的使用溫度范圍（－127～121℃），良好的耐磨、抗沖擊及電絕緣性能小型齒輪、軸承、水泵零件等聚酰亞胺有良好的力學(xué)性能，耐磨、耐高溫，自潤滑性能好，化學(xué)性能穩(wěn)定活塞裙、正時齒輪、水泵、液壓系統(tǒng)密封圈、冷卻系統(tǒng)密封墊等隔熱減振零件聚氨脂泡沫塑料相對密度小，質(zhì)輕、強度高、熱導(dǎo)率小、耐油、耐寒、防振和隔音汽車內(nèi)飾材料、坐墊、儀表板、扶手、頭枕等聚氯乙烯泡沫塑料相對密度小、熱導(dǎo)率小、隔熱防振等各種內(nèi)裝飾覆蓋件、密封條、墊條、駕駛室地墊等表5-21汽車常用塑料的種類、特性及應(yīng)用5.2.2橡膠

橡膠（Rubber）是一種有機高分子材料，汽車上有許多零件是用橡膠制造的，如風(fēng)扇傳動帶、緩沖墊、油封、制動皮碗等。僅汽車輪胎一項，在汽車運輸成本中就占了10％左右。1.橡膠的基本性能（1）極高的彈性（2）良好的熱可塑性（3）良好的黏著性（4）良好的絕緣性

此外，橡膠還具有良好的耐寒、耐蝕和不滲漏水、氣等性能。橡膠的缺點是導(dǎo)熱性差、硬度和拉伸強度不高等，尤其是容易老化。2.橡膠的組成

橡膠主要是以生膠為原料，加入適量的配合劑制成的。3.橡膠在汽車中的應(yīng)用

橡膠在汽車上用量最大的制品是輪胎（圖5-24），目前全世界生產(chǎn)的橡膠約有80％為制造輪胎所用。此外，橡膠還廣泛用于各種膠帶、膠管（圖5-25）、減振配件以及耐油配件等。圖5-24輪胎圖5-25