PAGEPAGE7項目4汽車典型材料選材一、填空題1．彈性變形階段、滯彈性變形階段、屈服前微塑性變形階段、屈服變形階段、均勻塑性變形階段、局部塑性2．強度、塑性3．4．布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度5．疲勞強度（或疲勞極限）6．難熔金屬7．銀、銅、鋁8．導(dǎo)熱性9．還原或保護10．鑄造性能、鍛造性能、切削加工性能11．晶體、非晶體12.多13．過冷度14．平面方式、樹枝狀方式15．A、P、Fe3C16．鐵素體、滲碳體17．中碳18．加熱、保溫、冷卻19．上貝氏體、下貝氏體20．預(yù)備熱處理、最終熱處理21．淬硬性、淬透性22．淬火、高溫回火23．齒輪、軸類24．分解、吸收、擴散25．鋼、鑄鐵26．工程用鋼、機器用鋼27．石墨28．調(diào)質(zhì)鋼、球墨鑄鐵29．鋼化玻璃30．傳感器二、單項選擇題1．B2．C3．C4．A5．A6．C7．C8．A9．A10．C11．B12.D13．B14．C15．A16．C17．D18．B19．A20．B21．A22．D23．C24.B25．D26．A27．A28．D29．D30．D31．B32．C33．D34.D35．B36．A37．B38．D39．C40．A41．B42．A43．A44.C45．A46．D47．B48．C49．D50．C51．C52．C53．C54.D55．B56．C57．C58．C59．D60．B61．B62．C63．A64.B65．B66．B67．B68．C69．D70．C71．B72．B73．C74.C75．B76．A77．B78．B79．D80．A81．C82．C83．D84.B85．C86．D87．A88．B89．C90.C91．A92．C93．A94．A95．D96．A97．A98．C99．A100．D三、判斷題1．×2．√3．√4．√5．×6．√7．√8．√9．√10．×11．√12．√13．√14．×15．×16．√17．√18．×19．×20．×21．×22．√23．√24．×25．√26．×27．√28．×29．√30．√四、簡答題1．【參考答案】答：（1）金屬材料的力學(xué)性能是指材料在力的作用下顯示的與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或包含應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的性能。（2）力學(xué)性能主要指標有剛度、強度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強度等。2．【參考答案】答：（1）強度是金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。（2）塑性是金屬材料在載荷作用下，斷裂前發(fā)生塑性變形（永久變形）而不被破壞的能力。（3）衡量強度性能的指標有屈服強度、規(guī)定塑性延伸強度和抗拉強度；衡量塑性性能的指標有斷后伸長率和斷面收縮率。（4）以上各指標分別用符號Re、RP、Rm、A和Z表示。3．【參考答案】答：（1）常用的硬度測量方法有布氏硬度測試法、洛氏硬度測試法和維氏硬度測試法。（2）布氏硬度測試法常用來測定退火鋼、正火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、鑄鐵及非鐵金屬的硬度。洛氏硬度測試法可以用于硬度很高的材料和熱處理后成品零件的性能檢驗。維氏硬度測試法可測量硬度高的薄件，如硬質(zhì)合金、滲碳層、滲氮層薄件。4．【參考答案】答：（1）雙手握住鋼絲兩端，用力反復(fù)彎折，直至將鋼絲折斷。（2）屬于疲勞現(xiàn)象。（3）避免在一處使鋼絲（零件）反復(fù)受力。5．【參考答案】答：純鐵的結(jié)晶過程同樣遵循結(jié)晶的一般規(guī)律，有一定的平衡轉(zhuǎn)變溫度（相變點），轉(zhuǎn)變時需要過冷，轉(zhuǎn)變過程也是由晶核的形成和晶核的長大來完成的。但是，由于純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變在固態(tài)下發(fā)生，原子擴散困難，因此比液態(tài)金屬結(jié)晶需要更大的過冷度。為了區(qū)別于由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的初次結(jié)晶，常將同素異晶轉(zhuǎn)變稱作二次結(jié)晶或重結(jié)晶。6．【參考答案】答：（1）純鐵的結(jié)晶過程有一定的平衡轉(zhuǎn)變溫度（相變點），轉(zhuǎn)變時需要過冷，轉(zhuǎn)變過程是由晶核的形成和晶核的長大來完成的。（2）金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變?yōu)闊崽幚硖峁┗A(chǔ)。7．【參考答案】答：鐵素體（F）：碳溶于α-Fe中形成的間隙固溶體。奧氏體（A）：碳溶于γ-Fe中形成的間隙固溶體。滲碳體（Fe3C）：鐵和碳的化合物。珠光體（P）：F與Fe3C組成的機械混合物。萊氏體：高溫萊氏體（Ld）：A與Fe3C組成的共晶體，低溫萊氏體（Ld’）P與Fe3C組成的共晶體。8．【參考答案】答：（1）鐵碳合金相圖是表示在極其緩慢冷卻（或加熱）的情況下，不同成分的鐵碳合金在不同溫度時所具有的組織或狀態(tài)的圖形。（2）根據(jù)鐵碳合金相圖，按碳含量和室溫下顯微組織不同，將鐵碳合金分為3類，即工業(yè)純鐵、鋼和白口鑄鐵。9．【參考答案】答：wC=0.77%共析鋼在結(jié)晶時，當溫度降至結(jié)晶開始的溫度時，開始結(jié)晶出奧氏體，隨著溫度的不斷降低，液相不斷減少，奧氏體不斷增多，當溫度降至結(jié)晶結(jié)束溫度時，液相全部結(jié)晶為奧氏體；當溫度下降到共析溫度時，奧氏體全部共析為珠光體。所以室溫時，其組織為珠光體。10．【參考答案】答：隨著碳含量的增加，鋼的組織中鐵素體不斷減少，而珠光體不斷增加，導(dǎo)致強度、硬度提高，而塑性、韌性下降。當鋼的碳含量增加至0.9%時，其組織大多數(shù)是珠光體，且有尚未成為網(wǎng)狀的滲碳體作為強化相，使其強度達到最大值。隨著碳含量的繼續(xù)增加，鋼的組織中網(wǎng)狀滲碳體不斷增加，使其硬度繼續(xù)提高，而強度、塑性、韌性一起下降。為了保證鋼具有足夠的強度、硬度，又有一定的塑性、韌性，鋼中的碳含量一般不超過1.4%。11．【參考答案】答：（1）熱處理是將鋼鐵材料在固態(tài)下以適當?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需組織和性能的工藝過程。（2）熱處理能改變鋼的組織，不同組織具有不同的性能，所以，熱處理能改變鋼的性能。12．【參考答案】答：奧氏體的形成過程可分4個階段：（1）奧氏體晶核的形成；（2）奧氏體晶核的長大；（3）剩余滲碳體的溶解；（4）奧氏體的均勻化。13．【參考答案】答：鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變與其在加熱時的組織轉(zhuǎn)變相比，形成溫度越低，得到組織的硬度越高。14．【參考答案】答：（1）正火是在空氣中冷卻，退火是隨爐緩慢冷卻；正火的硬度和強度比退火高。（2）從切削加工性能考慮：切削加工要有適當?shù)挠捕?，當含碳量小?.5%采用正火，含碳量大于0.5%采用退火；從使用性能考慮：作為最終熱處理采用正火，但零件形狀復(fù)雜采用退火，消除內(nèi)應(yīng)力采用去內(nèi)應(yīng)力退火；從經(jīng)濟性能考慮：正火比退火生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低、效率高，易操作因此優(yōu)先采用正火。15．【參考答案】答：（1）淬火處理后的工件一般來說不能直接使用，必須進行回火處理。其主要原因有兩方面，一是由于淬火的冷卻速度太快，淬火處理后的工件內(nèi)部會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，輕者會使工件產(chǎn)生一定的變形和裂紋傾向，以致在以后的使用中產(chǎn)生開裂，重者會使工件處理后直接產(chǎn)生裂紋；二是淬火后的工件的性能，通常不能滿足不同使用性能的要求。（2）根據(jù)回火溫度的不同，淬火后的回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。16．【參考答案】答：（1）表面淬火是將工件的表面快速加熱至淬火溫度，并立即以大于臨界冷卻速度（獲得馬氏體組織的最小冷卻速度）的速度冷卻，使表層強化的熱處理工藝。（2）常應(yīng)用廣泛的表面淬火方法有感應(yīng)加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火兩種。17．【參考答案】答：（1）鋼的化學(xué)熱處理是將工件置于一定的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入工件表層，以改變其化學(xué)成分，從而使工件獲得所需組織和性能的熱處理工藝。（2）滲碳是將工件置于含碳的介質(zhì)中，加熱到高溫（900℃～950℃），使碳原子滲入表層的過程，其目的是使低碳工件的表面層增碳，改善表層的熱處理性能。增碳后的工件表面層經(jīng)淬火和低溫回火后，獲得較高的硬度、耐磨性和疲勞強度。18．【參考答案】答：（1）碳素鋼中的常存雜質(zhì)元素有硫（S）、磷（P）、硅（Si）、錳（Mn）等。（2）①硫的影響。硫（S）是有害元素，常以硫化鐵形式夾雜于鋼中。當溫度達800℃～1000℃時，硫化鐵會熔化使鋼材變脆，因而在進行焊接或熱加工時，有可能引發(fā)熱裂紋，稱為熱脆。此外，硫還會降低鋼材的沖擊韌性、疲勞強度、硬度和焊接性能等。②磷的影響。磷（P）是有害元素，磷可以提高鋼的強度和硬度，但卻嚴重地降低鋼的塑性、韌性、冷彎性能和焊接性能，特別是在溫度較低時會促使鋼材變脆，稱為冷脆。因此，磷的含量也要嚴格控制。③硅的影響。硅（Si）是有益元素，在普通碳素鋼中，它是一種強脫氧劑，常與錳共同除氧。適量的硅可以細化晶粒，提高鋼的強度。④錳的影響。錳（Mn）是有益元素，在普通碳素鋼中，它是一種弱脫氧劑，可提高鋼材強度，消除硫?qū)︿摰臒岽嘤绊懀纳其摰睦浯鄡A向，同時不顯著降低塑性和韌性。19．【參考答案】答：低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼是在低碳鋼的基礎(chǔ)上，加入以錳為主的合金元素而得到的。合金元素的加入，細化了鋼的晶粒，提高了鋼的綜合力學(xué)性能和熱硬性。所以，低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的強韌性比含碳量相同的碳鋼好。20．【參考答案】答：Q235A：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（制造較重要的機械零件）；Q355：低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼（橋梁、船舶、車輛等）；08F：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（齒輪）；20：碳素滲碳鋼（制造汽車和拖拉機的變速齒輪、軸等）；45：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（軸）；40Cr：合金調(diào)質(zhì)鋼（齒輪）；65Mn：碳素彈簧鋼（彈簧）；GCr15：滾動軸承鋼（滾動軸承）；T8：碳素工具鋼（刀具、模具、量具）；9SiCr：合金工具鋼（刃具、量具、模具）。21．【參考答案】答：（1）鑄鐵是以鐵為主要元素，碳含量大于2.11%，且比碳鋼含有較多的錳、硫、磷等雜質(zhì)的鐵、碳、硅多元合金。（2）①工程鑄鐵的優(yōu)點：良好的耐磨性、良好的減震性、缺口敏感性低、良好的切削加工性能、良好的鑄造性能，能夠鑄造形狀復(fù)雜的零件。②工程鑄鐵的缺點：抗拉強度低、脆性大。22．【參考答案】答：（1）工程鑄鐵的優(yōu)點：良好的耐磨性、良好的減震性、缺口敏感性低、良好的切削加工性能。（2）因為工程鑄鐵碳的存在形式是石墨，石墨雖然降低了鑄鐵的力學(xué)性能，但卻使鑄鐵獲得了許多鋼所不及的優(yōu)良性能。由于石墨本身的潤滑作用，以及它從鑄鐵表面脫落后留下的孔洞具有儲存潤滑油的能力，故而鑄鐵有良好的耐磨性；由于石墨組織松軟，能夠吸收震動，因而鑄鐵也有良好的減震性。另外，石墨相當于零件上的許多小缺口，使工件加工形成的切口作用相對減弱，故鑄鐵的缺口敏感性低；鑄鐵在切削加工時，石墨的潤滑和斷屑作用使灰鑄鐵有良好的切削加工性能。23．【參考答案】答：（1）HT250：灰鑄鐵，“HT”是“灰鐵”兩字漢語拼音的第一個字母，其后的數(shù)字表示其最低的抗拉強度（汽車發(fā)動機的氣缸體、氣缸蓋、排氣管等）。（2）RuT450：蠕墨鑄鐵，“RuT”是“蠕鐵”兩字漢語拼音的第一個字母，其后的一組數(shù)字表示最小抗拉強度（排氣管、制動盤、制動鼓等）。（3）KTH370-12：黑心可鍛鑄鐵，“KTH”是“黑心可鍛鑄鐵”漢語拼音的第一個字母，其后的數(shù)字表示最低抗拉強度和最低斷后伸長率（薄壁鑄件）。（4）QT600-3：球墨鑄鐵，“QT”是“球鐵”兩字漢語拼音的第一個字母，其后兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度和最低斷后伸長率（汽車底盤類零件、氣缸套、連桿等）。24．【參考答案】答：（1）①鋁合金具有足夠的強度、較好的塑性和良好的耐腐蝕性，且多數(shù)可經(jīng)熱處理強化；②銅合金有很好的力學(xué)性能、鑄造性能、耐腐蝕性和減摩性。（2）①鋁合金在汽車上的實際應(yīng)用有活塞、氣缸體、氣缸蓋、散熱器、輪輞、保險杠、全鋁合金車身及外板（與全鋼車身相比重量減輕45%）、轎車的懸掛系統(tǒng)、變速器殼體（如桑塔納、奧迪、夏利等轎車的變速器殼體）、裝飾件等；②銅合金在汽車上的實際應(yīng)用有機油泵襯套、螺母、彈簧及軸套、軸瓦、襯套、齒輪、摩擦片、蝸輪等。25．【參考答案】答：（1）氣缸體、氣缸蓋、散熱器由鋁合金制成；（2）機油泵襯套、螺栓、管件、螺母由黃銅制成，軸瓦、襯套由錫青銅制成；（3）汽油泵殼、機油泵殼、變速器殼由鋅合金制成；（4）發(fā)動機零件及軸、輪盤類等由鈦合金制成；（5）離合器殼、內(nèi)飾罩板、座椅支架、變速器手柄、變速器殼、車輪輪轂、凸輪軸蓋等由鎂合金制成；（6）滑動軸承由軸承合金制成。26．【參考答案】答：在汽車上，采用聚乙烯（PE）制造汽油箱。汽車橡膠制品主要分布在汽車車身、傳動、轉(zhuǎn)向、懸掛、制動和電器儀表等系統(tǒng)內(nèi)。汽車輪胎是汽車上橡膠用量最大的橡膠零件；汽車上使用的橡膠密封制品主要包括油封、密封條、密封圈、皮碗、防塵套、膠管、膠帶、減振塊等。27．【參考答案】答：汽車常用的玻璃有鋼化玻璃、夾層玻璃、防爆玻璃、中空玻璃、防水玻璃、防霧玻璃和特種擋風(fēng)玻璃等7種。28．【參考答案】答：汽車摩擦材料主要用于制造汽車制動摩擦片、汽車離合器摩擦片及手制動摩擦片等。29．【參考答案】答：（1）汽車用陶瓷材料大致可分為功能陶瓷材料和結(jié)構(gòu)陶瓷材料。（2）功能陶瓷材料主要用于汽車傳感器。此外，功能陶瓷材料還可用于各種執(zhí)行元件、陶瓷加熱器、導(dǎo)電材料、顯示裝置等。結(jié)構(gòu)陶瓷材料主要用于汽車渦輪增壓發(fā)動機、燃氣輪機、絕熱發(fā)動機。用氮化硅陶瓷材料制成的陶瓷纖維活塞替代鋁合金活塞，可以有效防止因熱膨脹系數(shù)大而產(chǎn)生的“冷敲熱拉”現(xiàn)象。30．【參考答案】答：（1）使用性能原則。材料的使用性能主要是指材料在正常工作時應(yīng)具備的性能，包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。滿足使用性能是保證零件完成規(guī)定功能的必要條件。在大多數(shù)情況下，使用性能是選材首要考慮的問題。（2）工藝性能原則。材料的工藝性能是指材料加工成形的難易程度，包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能和切削加工性能。在選材時，同使用性能相比較，材料的工藝性能一般處于次要地位，但在某些特殊情況下，工藝性能也可成為選材考慮的主要依據(jù)。（3）經(jīng)濟性原則。材料的經(jīng)濟性原則是選材的根本原則。采用便宜的材料，把總成本控制至最低，取得最大的經(jīng)濟效益，使產(chǎn)品在市場上具有競爭力，始終是零件設(shè)計的重要任務(wù)之一。材料的成本為直接成本，在產(chǎn)品的總成中占有相當比重。在以強度為主要指標選材時，常常根據(jù)強度和成本來比較材料。五、擴展思考題1．【參考答案】答：汽車制造時，根據(jù)不同零部件的不同工況，選取具有不同性能指標的材料。如發(fā)動機活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作，選材時就要選用有足夠強度、足夠剛度、耐高壓、耐高溫、耐腐蝕性和工藝性好、質(zhì)量小、重量輕的材料。足夠的強度用于抵抗不同載荷，足夠的剛度用于抵抗變形磨損，導(dǎo)熱性好、耐高壓、耐高溫用于適應(yīng)惡劣的工作條件，耐腐蝕性和工藝性好用于抵抗燃氣的化學(xué)腐蝕，質(zhì)量小、重量輕、用于減小活塞往復(fù)運動的慣性力。2．【參考答案】答：①汽車曲軸、凸輪軸、傳動軸常采用調(diào)質(zhì)處理+表面淬火處理，作用是獲取良好的綜合力學(xué)性能；②齒輪、活塞銷常采用調(diào)質(zhì)處理+表面淬火處理，作用是獲取“表硬里韌”的力學(xué)性能；③彈簧通常采用淬火+中溫回火處理，作用是提高彈簧的彈性和強度。3．【參考答案】答：（1）氣缸體選用灰鑄鐵或鋁合金。（2）氣缸蓋選用灰鑄鐵或合金鑄鐵或鋁合金。（3）排氣管：灰鑄鐵和蠕墨鑄鐵。（4）活塞：鋁合金。（5）曲軸：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和球墨鑄鐵。（6）連桿：調(diào)質(zhì)鋼。（7）變速器齒輪：低碳合金鋼。（8）變速器軸：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和調(diào)質(zhì)鋼。4．【參考答案】答：（1）改用15鋼后，若仍按原熱處理方法進行處理不能達到性能要求，因為15鋼含碳量太低，若