新能源汽車材料課前任務(wù)單01相關(guān)資訊02決策與計(jì)劃03實(shí)施04工學(xué)任務(wù)二材料的性能檢測(cè)與評(píng)估05

任職于某新能源汽車公司的材料工程師馬麗受公司委派，需對(duì)公司所使用的材料制定一整套的材料性能測(cè)試方案。但由于業(yè)務(wù)繁忙，馬麗不能及時(shí)完成該任務(wù)，故求助于你，而你剛好在學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)，所以很感興趣，決定幫助她完成這項(xiàng)工作。

學(xué)習(xí)情景描述學(xué)習(xí)目標(biāo)工作任務(wù)1.了解材料的性能。2.掌握材料的力學(xué)性能指標(biāo)。1.在老師的指導(dǎo)下，制訂力學(xué)性能指標(biāo)的測(cè)試計(jì)劃。2.根據(jù)測(cè)試計(jì)劃完成力學(xué)性能指標(biāo)的測(cè)試。課前任務(wù)單01第一部分根據(jù)查找的資料完成表2-1的課前任務(wù)單。1.材料的力學(xué)性能主要包括（）和（）。2.材料的工藝性能主要包括（）、（）、（）、（）及（）。3.什么是硬度？常用的硬度測(cè)定方法有哪幾種？表2-1材料性能的課前任務(wù)單相關(guān)資訊02第二部分資訊一新能源汽車材料性能概述新能源汽車材料的性能直接關(guān)系到新能源汽車的制造裝配、運(yùn)行維護(hù)、使用壽命和加工成本，是合理選用新能源汽車零部件材料的重要依據(jù)。為了正確合理地使用材料，必須了解其性能。材料的性能包括使用性能和工藝性能。使用性能是指材料為保證零件或工具正常工作應(yīng)具備的性能，即在正常使用條件下所表現(xiàn)出來(lái)的性能，包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。使用性能決定了材料的使用范圍、安全可靠性和使用壽命。材料的力學(xué)性能是指材料在外力作用下表現(xiàn)出來(lái)的性能，又稱為機(jī)械性能。表征和判定材料力學(xué)性能所用的指標(biāo)與依據(jù)，稱為材料力學(xué)性能判據(jù)。判據(jù)的高低表征了材料抵抗各種損傷的能力的大小，也是零部件設(shè)計(jì)時(shí)選材和進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的主要依據(jù)。通過(guò)力學(xué)性能檢測(cè)對(duì)產(chǎn)品的加工工藝進(jìn)行質(zhì)量控制，還能為挖掘材料性能潛力、發(fā)展新材料提供評(píng)價(jià)依據(jù)。材料的力學(xué)性能主要包括靜態(tài)力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性、硬度）和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能（沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度）。有關(guān)力學(xué)性能的詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)資訊二和資訊三。工藝性能是指材料在各種加工過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的性能，包括鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、熱處理性能和切削加工性能等（具體內(nèi)容詳見(jiàn)資訊四）。1.材料的物理性能1）密度密度是物體的質(zhì)量與體積的比值。根據(jù)密度大小，可將金屬分為輕金屬和重金屬。一般將密度小于4.5×103kg/m3的金屬稱為輕金屬，把密度大于4.5×103kg/m3的金屬稱為重金屬。密度最大的金屬是鋨，密度最小的金屬是鋰。2）熔點(diǎn)熔點(diǎn)是指材料從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的轉(zhuǎn)變溫度。工業(yè)上一般把熔點(diǎn)低于700℃的金屬或合金稱為易熔金屬或易熔合金，把熔點(diǎn)高于700℃的金屬或合金稱為難熔金屬或難熔合金。熔點(diǎn)最高的金屬是鎢，熔點(diǎn)最低的金屬是汞，在室溫下呈液態(tài)。3）導(dǎo)電性導(dǎo)電性是指工程材料傳導(dǎo)電流的能力，其衡量指標(biāo)是電阻率ρ。ρ越小，說(shuō)明材料的導(dǎo)電性越好。純金屬中，銀的導(dǎo)電性最好，其次為銅和鋁。合金的導(dǎo)電性比純金屬差。4）導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性是指材料傳導(dǎo)熱量的能力，其衡量指標(biāo)是熱導(dǎo)率λ。λ越大，說(shuō)明材料的導(dǎo)熱性越好。金屬材料的導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性之間有密切的關(guān)系，凡是導(dǎo)電性好的金屬，其導(dǎo)熱性也好。因此，金屬中銀的導(dǎo)熱性最好，其次為銅和鋁。5）熱膨脹性熱膨脹性是指材料熱脹冷縮的特性，其大小可用線膨脹系數(shù)α來(lái)衡量。其含義是溫度上升1℃時(shí)單位長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量，單位為1/℃。線膨脹系數(shù)的大小影響工件的精度，精密量具、零件、儀表、機(jī)器等應(yīng)選用線膨脹系數(shù)小的材料，以避免在不同的溫度下使用時(shí)影響其精度；機(jī)械加工和裝配中也應(yīng)考慮材料的熱膨脹性，以保證構(gòu)件尺寸的準(zhǔn)確性。陶瓷的線膨脹系數(shù)小，金屬次之，高分子材料最大。6）磁性磁性是指材料能否被鐵吸引和被磁磁化的性質(zhì)。鐵磁性材料（如鈷、鐵等）容易被外磁場(chǎng)磁化和吸引；順磁性材料（如錳、鉻等）在外磁場(chǎng)中只能微弱地被磁化；抗磁性材料（如銅、鋅等）不但不會(huì)被外磁場(chǎng)吸引，還會(huì)削弱磁場(chǎng)。1.材料的物理性能1）密度密度是物體的質(zhì)量與體積的比值。根據(jù)密度大小，可將金屬分為輕金屬和重金屬。一般將密度小于4.5×103kg/m3的金屬稱為輕金屬，把密度大于4.5×103kg/m3的金屬稱為重金屬。密度最大的金屬是鋨，密度最小的金屬是鋰。2）熔點(diǎn)熔點(diǎn)是指材料從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的轉(zhuǎn)變溫度。工業(yè)上一般把熔點(diǎn)低于700℃的金屬或合金稱為易熔金屬或易熔合金，把熔點(diǎn)高于700℃的金屬或合金稱為難熔金屬或難熔合金。熔點(diǎn)熔點(diǎn)最高的金屬是鎢，熔點(diǎn)最低的金屬是汞，在室溫下呈液態(tài)。3）導(dǎo)電性導(dǎo)電性是指工程材料傳導(dǎo)電流的能力，其衡量指標(biāo)是電阻率ρ。ρ越小，說(shuō)明材料的導(dǎo)電性越好。純金屬中，銀的導(dǎo)電性最好，其次為銅和鋁。合金的導(dǎo)電性比純金屬差。4）導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性是指材料傳導(dǎo)熱量的能力，其衡量指標(biāo)是熱導(dǎo)率λ。λ越大，說(shuō)明材料的導(dǎo)熱性越好。金屬材料的導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性之間有密切的關(guān)系，凡是導(dǎo)電性好的金屬，其導(dǎo)熱性也好。因此，金屬中銀的導(dǎo)熱性最好，其次為銅和鋁。5）熱膨脹性熱膨脹性是指材料熱脹冷縮的特性，其大小可用線膨脹系數(shù)α來(lái)衡量。其含義是溫度上升1℃時(shí)單位長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量，單位為1/℃。線膨脹系數(shù)的大小影響工件的精度，精密量具、零件、儀表、機(jī)器等應(yīng)選用線膨脹系數(shù)小的材料，以避免在不同的溫度下使用時(shí)影響其精度；機(jī)械加工和裝配中也應(yīng)考慮材料的熱膨脹性，以保證構(gòu)件尺寸的準(zhǔn)確性。陶瓷的線膨脹系數(shù)小，金屬次之，高分子材料最大。6）磁性磁性是指材料能否被鐵吸引和被磁磁化的性質(zhì)。鐵磁性材料（如鈷、鐵等）容易被外磁場(chǎng)磁化和吸引；順磁性材料（如錳、鉻等）在外磁場(chǎng)中只能微弱地被磁化；抗磁性材料（如銅、鋅等）不但不會(huì)被外磁場(chǎng)吸引，還會(huì)削弱磁場(chǎng)。2.材料的化學(xué)性能1）耐腐蝕性耐腐蝕性是指工程材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣、海水及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力。腐蝕作用對(duì)材料危害很大，因此，提高工程材料的耐腐蝕性能，對(duì)于節(jié)約工程材料、延長(zhǎng)材料的使用壽命，具有現(xiàn)實(shí)的意義。2）高溫抗氧化性高溫抗氧化性是指工程材料在高溫下抵抗氧化和腐蝕的能力。高溫腐蝕可以產(chǎn)生各種各樣有害的影響，它不僅使許多金屬腐蝕生銹，造成大量金屬的耗損，還破壞了金屬表面許多優(yōu)良的使用性能，降低了金屬橫截面承受負(fù)荷的能力，并且使高溫機(jī)械抗疲勞和熱疲勞性能下降。資訊二材料的靜態(tài)力學(xué)性能材料在加工和使用過(guò)程中都會(huì)受到外力的作用，這種外力通常稱為載荷。載荷按照性質(zhì)不同，一般可分為靜載荷和動(dòng)載荷（沖擊載荷和交變載荷統(tǒng)稱為動(dòng)載荷）。靜載荷指載荷的大小和方向不隨時(shí)間發(fā)生變化或變化極緩慢的載荷。例如，新能源汽車在靜止?fàn)顟B(tài)下，車身自重引起的對(duì)車架和輪胎的壓力屬于靜載荷。沖擊載荷是指以較高的速度作用于零部件上的載荷。例如，當(dāng)新能源汽車在不平的道路上行駛時(shí)，車身對(duì)車架和輪胎的沖擊即為沖擊載荷。交變載荷指大小與方向隨時(shí)間變化而發(fā)生周期性變化的載荷。運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、齒輪等零部件所承受的載荷均為交變載荷。根據(jù)加載形式的不同，載荷可分為壓縮載荷、拉伸載荷、扭轉(zhuǎn)載荷、剪切載荷和彎曲載荷等，如圖2-1所示。圖2-1載荷的作用形式拉伸變形扭轉(zhuǎn)變形剪切彎曲變形在載荷作用下，材料形狀和尺寸的變化稱為變形。變形一般分為彈性變形和塑性變形。彈性變形是指構(gòu)件受到載荷作用時(shí)產(chǎn)生變形，載荷卸除后恢復(fù)原狀的變形。而塑性變形是指構(gòu)件在載荷作用下產(chǎn)生變形，且當(dāng)載荷卸除后不能恢復(fù)原狀的變形，也稱之為永久變形。材料的力學(xué)性能是設(shè)計(jì)和制造新能源汽車零件的重要依據(jù)，也是控制新能源汽車零件質(zhì)量的重要參數(shù)。材料的選擇離不開(kāi)對(duì)材料力學(xué)性能的分析。例如，新能源汽車輪胎緊固螺栓的材料及規(guī)格的選擇，就必須能夠保證螺栓在使用過(guò)程中不會(huì)因承受不住剪切而扭斷，從而保證駕乘人員的安全，如圖2-2所示。1.強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度是指材料在靜載荷作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。塑性是指材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不發(fā)生斷裂的能力。強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)都可以通過(guò)拉伸試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。1）拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)是指在靜拉伸力作用下，對(duì)試樣進(jìn)行軸向拉伸，直到拉斷。根據(jù)拉伸試驗(yàn)繪制出的拉伸曲線，即可計(jì)算出強(qiáng)度和塑性的性能指標(biāo)［參見(jiàn)《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T288.1—2010）］。在做拉伸試驗(yàn)前，先將被測(cè)材料制成一定形狀和尺寸的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。將標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣裝夾在拉伸試驗(yàn)機(jī)（見(jiàn)圖2-3）的兩個(gè)夾頭上，沿軸向緩慢加載進(jìn)行拉伸，試樣逐漸伸長(zhǎng)、變細(xì)（見(jiàn)圖2-4），直到最后被拉斷。在拉伸試驗(yàn)的過(guò)程中，拉伸試驗(yàn)機(jī)上的自動(dòng)記錄裝置可繪出能反映靜拉伸載荷F與試樣軸向伸長(zhǎng)量ΔL對(duì)應(yīng)關(guān)系的拉伸曲線，即F-ΔL曲線。圖2-5所示為低碳鋼的F-ΔL曲線。圖2-3拉伸試驗(yàn)機(jī)圖2-4標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣拉伸前后的變化圖2-2汽車輪胎緊固螺栓拉伸試驗(yàn)低碳鋼軸向拉伸試驗(yàn)圖2-5低碳鋼的F-ΔL曲線拉伸曲線由圖2-5可以看出，試樣在拉伸過(guò)程中經(jīng)歷了以下幾個(gè)變形階段。（1）彈性變形階段（Op、pe段）。當(dāng)載荷不超過(guò)Fp時(shí)，拉伸曲線Op為直線段，試樣的變形量與載荷成正比。此時(shí)若卸除載荷，則試樣會(huì)立即恢復(fù)原狀。在pe段，試樣仍處于彈性變形階段，但載荷與變形量不再成正比。（2）屈服階段（es段）。當(dāng)載荷增加到Fs時(shí)，拉伸曲線出現(xiàn)平臺(tái)或鋸齒線，表明在載荷不增加或略有減小的情況下，試樣仍繼續(xù)伸長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱為屈服，s點(diǎn)稱為屈服點(diǎn)。（3）強(qiáng)化階段（sb段）。屈服階段之后，繼續(xù)增加載荷，試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)。隨著試樣塑性變形的增大，材料的變形抗力也逐漸增加，這種現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化（加工硬化）。（4）頸縮階段（bk段）。當(dāng)載荷增加到最大值Fb時(shí)，試樣的直徑發(fā)生局部收縮，稱為頸縮。此時(shí)變形所需載荷也逐漸降低，伸長(zhǎng)部位主要集中于頸縮部位，如圖2-4（b）、（c）所示。當(dāng)載荷達(dá)到Fk時(shí)，試樣被拉斷。應(yīng)該指出，做拉伸試驗(yàn)時(shí)，低碳鋼等材料在斷裂前有明顯的塑性變形，這種斷裂稱為塑性斷裂，塑性斷裂的斷口呈“杯錐”狀，這種材料稱為塑性材料。鑄鐵等脆性材料不僅沒(méi)有屈服現(xiàn)象，而且不產(chǎn)生頸縮，脆性材料的斷口是平整的。2）強(qiáng)度指標(biāo)通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)得的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。（1）屈服強(qiáng)度。材料開(kāi)始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最低應(yīng)力稱為屈服強(qiáng)度（單位：MPa），用符號(hào)ReL表示。ReL=Fs/S0式中，F(xiàn)s為試樣發(fā)生屈服時(shí)的最小載荷（N）；S0為試樣原始橫截面積（mm2）。除退火和熱軋的低碳鋼和中碳鋼等材料在拉伸過(guò)程中有屈服現(xiàn)象外，新能源汽車使用的某些金屬材料（如高碳鋼、鑄鐵等）在拉伸過(guò)程中也沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象，如圖2-6所示。因此，根據(jù)《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T288.1—2010）的規(guī)定，當(dāng)試樣卸除載荷后，其標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距（L0）百分比時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，即作為條件屈服強(qiáng)度Rr，并附腳標(biāo)說(shuō)明規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率。例如，Rr0.2表示規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。圖2-6鑄鐵的F-ΔL曲線低碳鋼壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線低碳鋼軸向壓縮試驗(yàn)機(jī)械零件經(jīng)常由于過(guò)量的塑性變形而失效，因此，零件在使用過(guò)程中不允許發(fā)生明顯的塑性變形，大多數(shù)機(jī)械零件常把ReL或Rr0.2作為選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。（2）抗拉強(qiáng)度。金屬材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度（單位：MPa），用符號(hào)Rm表示。Rm=Fb/S0式中，F(xiàn)b為試樣斷裂前所承受的最大載荷（N）；S0為試樣原始橫截面積（mm2）。抗拉強(qiáng)度是設(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)。一般情況下，在靜載荷作用下，只要工作應(yīng)力不超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度，零件就不會(huì)發(fā)生斷裂。在工程上，屈強(qiáng)比ReL/Rm是一個(gè)有意義的指標(biāo)。其比值越大，越能發(fā)揮材料的潛力。但是為了使用安全，該比值不宜過(guò)大，適當(dāng)?shù)谋戎狄话銥?.65～0.75。另外，比強(qiáng)度Rm/ρ也常被提及，它表征了材料強(qiáng)度與密度之間的關(guān)系。在考慮新能源汽車輕量化的問(wèn)題時(shí)，常常用到這個(gè)指標(biāo)。抗拉強(qiáng)度是設(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)。一般情況下，在靜載荷作用下，只要工作應(yīng)力不超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度，零件就不會(huì)發(fā)生斷裂。在工程上，屈強(qiáng)比ReL/Rm是一個(gè)有意義的指標(biāo)。其比值越大，越能發(fā)揮材料的潛力。但是為了使用安全，該比值不宜過(guò)大，適當(dāng)?shù)谋戎狄话銥?.65～0.75。另外，比強(qiáng)度Rm/ρ也常被提及，它表征了材料強(qiáng)度與密度之間的關(guān)系。在考慮新能源汽車輕量化的問(wèn)題時(shí)，常常用到這個(gè)指標(biāo)。3）塑性指標(biāo)材料的塑性指標(biāo)主要由斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示。（1）斷后伸長(zhǎng)率。試樣拉斷后，標(biāo)距長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距的百分比稱為斷后伸長(zhǎng)率，用符號(hào)A表示。A=Lu-L0/L0×100%式中，Lu為試樣拉斷后標(biāo)距的長(zhǎng)度（mm）；L0為試樣的原始標(biāo)距（mm）。（2）斷面收縮率。試樣拉斷后橫截面積的縮減量與原始橫截面積之比稱為斷面收縮率，用符號(hào)Z表示。Z=S0-Su/S0×100%式中，Su為試樣拉斷處的最小橫截面積（mm2）；S0為試樣的原始橫截面積（mm2）。同一材料的試樣長(zhǎng)短不同，測(cè)得的斷后伸長(zhǎng)率略有不同，用短試樣（L0=5d0，d0為圓形截面試樣直徑）測(cè)得的斷后伸長(zhǎng)率略大于用長(zhǎng)試樣（L0=10d0）測(cè)得的斷后伸長(zhǎng)率。而斷面收縮率與試樣的尺寸因素?zé)o關(guān)。材料的A、Z值越大，說(shuō)明材料的塑性越好。塑性好的材料易于通過(guò)壓力加工制成形狀復(fù)雜的零件。例如，新能源汽車車身覆蓋件、油箱等大多是采用具有良好塑性的冷軋鋼板沖壓而成的。而且用塑性好的材料制成的零件偶爾發(fā)生過(guò)載時(shí)，塑性變形能避免因發(fā)生突然斷裂而造成的事故。因此，用于制造新能源汽車的材料大多要求有一定的塑性。2.硬度硬度是指金屬材料抵抗局部變形或抵抗其他物質(zhì)刻劃或壓入其表面的能力。硬度是重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一。通常，材料的硬度越高，其耐磨性越好，因此，常將硬度值作為衡量材料耐磨性的重要指標(biāo)。新能源汽車維修行業(yè)中所用的模具、量具、刀具等都要求有足夠高的硬度，否則它們將無(wú)法正常工作。由于測(cè)定硬度的試驗(yàn)設(shè)備比較簡(jiǎn)單，操作方便，且該試驗(yàn)屬于非破壞性試驗(yàn)，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中大多通過(guò)測(cè)試硬度來(lái)檢測(cè)一般機(jī)械零件的力學(xué)性能。在零件圖中對(duì)金屬材料的力學(xué)性能往往只要求標(biāo)注硬度值。測(cè)定硬度的方法很多，主要有壓入法、劃痕法、回跳法。生產(chǎn)中常用的是壓入法，即在一定載荷作用下，將比工件更硬的壓頭緩慢壓入被測(cè)工件表面，使金屬局部產(chǎn)生塑性變形，從而形成壓痕，然后根據(jù)壓痕面積的大小或壓痕的深度來(lái)確定硬度值。根據(jù)壓頭和載荷的不同，常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。1）布氏硬度布氏硬度是在布氏硬度計(jì)（見(jiàn)圖2-7）上測(cè)得的，用符號(hào)HBW表示，其試驗(yàn)原理如圖2-8所示。使用直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)載荷F將壓頭壓入被測(cè)金屬表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除載荷，此時(shí)在被測(cè)金屬表面會(huì)留下直徑為d的球形壓痕。計(jì)算得出的壓痕單位面積上所受的平均壓力（所加載荷與壓痕面積的比值），即為該金屬的布氏硬度值。HBW=F/S=0.1022F/πD（D-D2-d2）從上式可以看出，當(dāng)載荷F和壓頭直徑D一定時(shí)，布氏硬度值僅與壓痕直徑d的大小有關(guān)。d越小，說(shuō)明壓痕面積越小，布氏硬度值越大，也就是硬度越高。在實(shí)際應(yīng)用中，布氏硬度值不用計(jì)算，只需使用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出壓痕平均直徑d的大小，在壓痕直徑與布氏硬度對(duì)照表中查出相應(yīng)的布氏硬度值即可。布氏硬度值一般不標(biāo)注單位。布氏硬度原理布氏硬度試驗(yàn)通常硬度值小于450HBW的材料，宜用淬火鋼球做壓頭；硬度值大于450HBW的材料，宜用硬質(zhì)合金球做壓頭。標(biāo)注時(shí)，習(xí)慣上把硬度值寫(xiě)在符號(hào)HBW之前，后面按以下順序注明試驗(yàn)條件：硬質(zhì)合金球直徑、測(cè)試時(shí)所加載荷（常用千克力kgf做單位）、載荷保持的時(shí)間（保持10～15s時(shí)不標(biāo)注）。例如，某種材料的布氏硬度是180HBW10/1000/30，表示用直徑10mm的淬火鋼球在1000kgf（9807N）的試驗(yàn)載荷作用下，保持30布氏硬度測(cè)試步驟s所測(cè)得的硬度值為180；布氏硬度是530HBW5/750，表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球在750kgf（7355N）的試驗(yàn)載荷作用下，保持10～15s所測(cè)得的硬度值為530。布氏硬度試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)被測(cè)金屬材料的種類和試樣厚度，選用不同大小的球體直徑D、施加載荷F和保持時(shí)間。按《金屬材料布氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》（GB/T231.1—2018）規(guī)定，球體直徑有10mm、5mm、2.5mm和1mm四種，試驗(yàn)載荷（單位為kgf）與球體直徑平方的比值（F/D2）有30、15、10、5、2.5和1共六種。布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、重復(fù)性強(qiáng)；缺點(diǎn)是壓痕較大，易損傷零件表面，不能測(cè)量太薄、太硬的材料。布氏硬度試驗(yàn)常用來(lái)測(cè)量退火鋼、正火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。2）洛氏硬度洛氏硬度是在洛氏硬度計(jì)（見(jiàn)圖2-9）上測(cè)得的，用符號(hào)HR表示。其試驗(yàn)原理如圖2-10所示。圖2-9洛氏硬度計(jì)洛氏硬度原理洛氏硬度試驗(yàn)用頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為1.588mm的淬火鋼球作為壓頭，先施加初始載荷F0（目的是消除零件表面不光滑等因素所造成的誤差），壓入金屬表面的深度為h1（圖2-10中1—1位置），然后施加主載荷F1，在總載荷F（F=F0+F1）的作用下，壓入金屬表面的深度為h2（壓頭到2—2位置），待表頭指針?lè)€(wěn)定后，卸除主載荷，金屬?gòu)椥宰冃蔚幕謴?fù)使壓頭回升至h3（壓頭到3—3位置），壓頭實(shí)際壓入金屬的深度h=h3－h(huán)1，以壓痕深度h值的大小衡量被測(cè)金屬的硬度。顯然，h值越大，被測(cè)金屬的硬度越低；反之則越高。為了適應(yīng)人們習(xí)慣上數(shù)值越大，硬度越高的概念，規(guī)定用常數(shù)K減去h/0.002（表示每0.002mm的壓痕深度為一個(gè)硬度單位）作為硬度值，即HR=K-h/0.002式中，K為常數(shù)，當(dāng)用金剛石作為壓頭時(shí)K=100，用淬火鋼球作為壓頭時(shí)K=130；h為卸除主載荷后測(cè)得的壓痕深度。圖2-10洛氏硬度的試驗(yàn)原理洛氏硬度測(cè)試步驟實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以直接從洛氏硬度計(jì)的刻度盤(pán)上讀出洛氏硬度值。為了能夠用一臺(tái)硬度計(jì)測(cè)量從軟到硬不同金屬材料的硬度，需用不同的壓頭和載荷組成不同的硬度標(biāo)尺，并用字母在HR后面加以注明。常用的洛氏硬度標(biāo)尺有HRA、HRB、HRC三種，其中HRC應(yīng)用最為廣泛。洛氏硬度標(biāo)注時(shí)，將所測(cè)定的洛氏硬度值寫(xiě)在相應(yīng)標(biāo)尺的硬度符號(hào)之前，如75HRA、90HRB、60HRC等。洛氏硬度試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，可以直接從刻度盤(pán)上讀出硬度值。其壓痕較小，基本不損壞零件表面，可直接測(cè)量成品和較薄零件的硬度。但由于壓痕較小，測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不太準(zhǔn)確和穩(wěn)定，所以，需要在不同部位測(cè)定三點(diǎn)取其算術(shù)平均值。洛氏硬度試驗(yàn)主要適用于測(cè)定銅、鋁等有色金屬及其合金，硬質(zhì)合金，表面淬火件、滲碳件及退火、正火和淬火鋼件的硬度。3）維氏硬度布氏硬度試驗(yàn)不適合測(cè)定硬度較高的金屬，洛氏硬度試驗(yàn)雖可用來(lái)測(cè)定各種金屬的硬度，但由于采用了不同的壓頭和載荷，不同標(biāo)尺間的硬度值彼此沒(méi)有聯(lián)系，因此不能直接換算。為了使硬度不同的金屬有一個(gè)連續(xù)一致的硬度標(biāo)準(zhǔn)，特制定了維氏硬度試驗(yàn)法。維氏硬度的試驗(yàn)原理和布氏硬度基本相似，也是根據(jù)壓痕單位面積上的載荷大小來(lái)計(jì)算硬度值的。區(qū)別在于其壓頭采用的是相對(duì)兩面之間的頂角為136°的金剛石正四棱錐體，在規(guī)定載荷F的作用下壓入被測(cè)金屬表面，保持一定時(shí)間后卸除載荷，然后再測(cè)量壓痕兩條對(duì)角線長(zhǎng)度的算術(shù)平均值d，如圖2-11所示。維氏硬度用符號(hào)HV表示，計(jì)算公式為HV=0.189F/d2式中，F(xiàn)為作用在壓頭上的載荷（N）；d為壓痕兩條對(duì)角線長(zhǎng)度的算術(shù)平均值（mm）。圖2-11維氏硬度的試驗(yàn)原理試驗(yàn)時(shí)，用測(cè)微計(jì)測(cè)出壓痕兩條對(duì)角線的長(zhǎng)度，算出其平均值后，經(jīng)查表就可得出維氏硬度值。維氏硬度的標(biāo)注方法與布氏硬度相同，硬度數(shù)值寫(xiě)在符號(hào)的前面，試驗(yàn)條件寫(xiě)在符號(hào)的后面。對(duì)于鋼及鑄鐵，試驗(yàn)載荷保持時(shí)間為10～15s時(shí)，可以不標(biāo)出。例如，640HV30/20表示用30kgf（294.2N）試驗(yàn)載荷，保持20s所測(cè)定的維氏硬度值為640。維氏硬度試驗(yàn)時(shí)所加的載荷較?。ǔＳ玫脑囼?yàn)載荷有5kgf、10kgf、20kgf、30kgf、50kgf、100kgf），壓入深度較淺，可測(cè)量較薄的材料，也可測(cè)量表面淬硬層及化學(xué)熱處理的表面層（如滲碳層、滲氮層）硬度。由于維氏硬度值具有連續(xù)性，故可測(cè)定從很軟到很硬的各種金屬材料的硬度，且準(zhǔn)確性高。維氏硬度試驗(yàn)的缺點(diǎn)是操作過(guò)程及壓痕測(cè)量較費(fèi)時(shí)間，效率不如洛氏硬度試驗(yàn)高，因此不太適合成批生產(chǎn)的常規(guī)檢驗(yàn)。對(duì)于承受沖擊載荷的零件，如沖床的沖頭、鍛錘的鍛桿、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等，不僅要滿足在靜力作用下的強(qiáng)度、塑性、硬度等性能判據(jù)，還必須具備足夠的韌性。韌性是指金屬在斷裂前吸收變形能量的能力。韌性的判據(jù)是通過(guò)沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定的。資訊三材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能前面討論的都是在靜載荷作用下測(cè)得的力學(xué)性能指標(biāo)。實(shí)際上，新能源汽車上的大多數(shù)零件承受的不是靜載荷，而是動(dòng)載荷。新能源汽車在起步、加速、緊急制動(dòng)、停車時(shí)，變速器中的齒輪、傳動(dòng)軸，后橋中的半軸、差速器齒輪等零件受到的載荷，即屬于沖擊載荷。而曲軸、連桿、軸承、彈簧等汽車零件，在工作過(guò)程中往往受到大小或方向隨時(shí)間變化而呈周期性變化的交變載荷。在動(dòng)載荷作用下測(cè)得的力學(xué)性能指標(biāo)主要有沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度。1.沖擊韌性沖擊載荷引起的應(yīng)力比靜載荷大，因此具有更大的破壞性。對(duì)于承受沖擊載荷作用的材料，不僅要求其具有較高的強(qiáng)度和一定的塑性，還必須具有足夠的沖擊韌性。金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力稱為沖擊韌性。1）一次擺錘沖擊試驗(yàn)?zāi)壳?，工程技術(shù)上常用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定金屬承受沖擊載荷的能力，如圖2-12所示。首先，將被測(cè)金屬按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制成帶有U形缺口或V形缺口（試樣上開(kāi)缺口是為了將試樣從缺口處擊斷，脆性材料不開(kāi)缺口）的標(biāo)準(zhǔn)試樣，如圖2-13所示。然后，將試樣放在沖擊試驗(yàn)機(jī)的支座上，使缺口背向擺錘。將具有一定質(zhì)量的擺錘升起到一定高度h1，使之自由落下將試樣擊斷。在慣性的作用下，擊斷試樣后的擺錘會(huì)繼續(xù)升至一定高度h2。根據(jù)能量守恒定理，擊斷試樣所消耗的功AK=mg（h1－h(huán)2），AK又稱為沖擊吸收功，其值可以從試驗(yàn)機(jī)的刻度盤(pán)上直接讀出。AK與試樣缺口處橫截面積S的比值稱為該材料的沖擊韌性，用符號(hào)aK表示，單位為J/cm2，即ak=AK/S圖2-12一次擺錘沖擊試驗(yàn)圖2-13帶有U形缺口或V形缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣沖擊試驗(yàn)沖擊韌性值越大，表明材料的韌性越好，受到?jīng)_擊時(shí)越不易斷裂。沖擊韌性值的大小受很多因素的影響，如試樣的形狀、表面粗糙度、內(nèi)部組織和試驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度，等等。有些金屬材料在室溫下并不顯示脆性，在較低溫度下卻可能發(fā)生脆斷。溫度對(duì)沖擊吸收功的影響如圖2-14所示。由圖可見(jiàn)，沖擊吸收功的值隨著試驗(yàn)溫度的下降而減小。材料在低于某溫度時(shí)，AK值急劇下降，使試樣的斷口由韌性斷口過(guò)渡為脆性斷口。因此，這個(gè)溫度范圍稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度范圍。金屬的韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，說(shuō)明金屬的低溫抗沖擊性能越好。韌脆轉(zhuǎn)變溫度是衡量金屬冷脆傾向的指標(biāo)。例如，非合金鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度約為-20℃，因此在較寒冷（低于-20℃）地區(qū)使用的非合金鋼機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)，如車輛、橋梁、運(yùn)輸管道等在冬天容易發(fā)生脆斷現(xiàn)象。因而在選擇金屬材料時(shí)，應(yīng)考慮其工作條件的最低溫度必須高于它的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。圖2-14溫度對(duì)沖擊吸收功的影響2）小能量多次沖擊試驗(yàn)在實(shí)際工作中，金屬經(jīng)過(guò)一次沖擊就斷裂的情況極少，許多零件在工作時(shí)都經(jīng)受著小能量的多次沖擊。多次沖擊會(huì)導(dǎo)致金屬產(chǎn)生裂紋、裂紋擴(kuò)張和瞬時(shí)斷裂，這是多次沖擊損傷積累發(fā)展的結(jié)果。因此，需要采用小能量的多次沖擊作為衡量這些零件承受沖擊抗力的指標(biāo)。小能量多次沖擊試驗(yàn)如圖2-15所示。試驗(yàn)時(shí)，試樣受到試驗(yàn)機(jī)錘頭的能量多次沖擊。測(cè)定被測(cè)試樣在一定沖擊能量下最后產(chǎn)生斷裂的沖擊次數(shù)，即為金屬材料的多次沖擊抗力。圖2-15小能量多次沖擊試驗(yàn)金屬的韌性通常用沖擊韌性和斷裂韌性來(lái)衡量。韌性越低，表明金屬發(fā)生脆性斷裂的傾向越大。當(dāng)沖擊能量較低、沖擊次數(shù)較多時(shí)，材料的多次沖擊抗力取決于材料的強(qiáng)度；當(dāng)沖擊能量較高、沖擊次數(shù)較少時(shí)，材料的多次沖擊抗力主要取決于材料的塑性和韌性。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞、活塞銷、曲軸、連桿等零件在工作中會(huì)受到?jīng)_擊載荷的作用，所以應(yīng)采用韌性好的材料進(jìn)行制造。2.疲勞強(qiáng)度許多機(jī)械零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、齒輪、彈簧及滾動(dòng)軸承等，在工作中受到大小和方向都隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷作用，即使應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過(guò)一定循環(huán)次數(shù)后，也可能發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。疲勞斷裂與在靜載荷作用下的斷裂不同，不管是脆性材料還是塑性材料，疲勞斷裂都是突然發(fā)生的，事先均無(wú)明顯的塑性變形，所以，疲勞斷裂具有很大的危險(xiǎn)性。例如，汽車的板彈簧或前軸發(fā)生疲勞而突然斷裂，就會(huì)造成車毀人亡的重大交通事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，損壞的機(jī)械零件中有80%以上是金屬的疲勞所造成的。因此，在設(shè)計(jì)這種受力汽油作為點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)（汽油機(jī)）的主要燃料，其使用性能的好壞對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性、經(jīng)濟(jì)性及使用壽命有極大影響。汽油是從石油中提煉出來(lái)的密度小、易于揮發(fā)的液體燃料。對(duì)于汽油的使用性能主要從蒸發(fā)性、抗爆性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、清潔性等幾個(gè)方面考慮，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下的可靠起動(dòng)、正常燃燒和平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。輕柴油（簡(jiǎn)稱柴油）是車用高速柴油機(jī)的燃料。與汽油相比，輕柴油密度大，易自燃。柴油機(jī)與汽油機(jī)的工作方式不同，對(duì)于柴油的使用性能，條件下工作的零部件時(shí)，材料的選擇必須考慮材料抵抗疲勞破壞的能力。材料的疲勞強(qiáng)度可以通過(guò)疲勞試驗(yàn)機(jī)測(cè)定。如圖2-16所示，將光滑的標(biāo)準(zhǔn)試樣的一端固定并使其旋轉(zhuǎn)，在另一端施加載荷。試樣在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，其工作部分的應(yīng)力σ呈周期性變化，從拉應(yīng)力到壓應(yīng)力，循環(huán)往復(fù)，直至試樣斷裂。疲勞曲線如圖2-17所示，材料所承受的交變應(yīng)力越大，其斷裂前能承受的循環(huán)次數(shù)越少；反之，則循環(huán)次數(shù)越多。當(dāng)材料承受的交變應(yīng)力低于某一值時(shí)，即使經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次循環(huán)，試樣也不會(huì)發(fā)生疲勞斷裂。工程上規(guī)定，材料經(jīng)過(guò)無(wú)限次交變載荷作用而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力，稱為疲勞強(qiáng)度，用符號(hào)σ-1表示，單位為MPa。圖2-16疲勞試驗(yàn)圖2-17疲勞曲線實(shí)際上，金屬材料不可能做無(wú)限次交變載荷試驗(yàn)。工程上規(guī)定，對(duì)于黑色金屬經(jīng)受107次、有色金屬經(jīng)受108次交變載荷作用而不產(chǎn)生斷裂的最大應(yīng)力，即為該材料的疲勞強(qiáng)度。影響金屬疲勞強(qiáng)度的因素很多，如零件的外形、表面質(zhì)量、受力狀態(tài)及周圍介質(zhì)等。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免尖角、缺口和截面突變等容易引起應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)，降低零件的表面粗糙度或采用表面淬火、噴丸處理等方法，均可有效地提高零件的疲勞強(qiáng)度。在汽車的維修、保養(yǎng)過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)排除隱患，以保證車輛的安全運(yùn)行。資訊四材料的工藝性能工藝性能對(duì)于保證新能源汽車產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、提高生產(chǎn)效率起著十分重要的作用，是新能源汽車設(shè)計(jì)、制造、修理及選擇新能源汽車零件材料必須認(rèn)真考慮的因素。按照工藝方法的不同，材料的工藝性能主要包括鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、熱處理性能和切削加工性能等。1.鑄造性能材料鑄造成型獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力稱為鑄造性能。材料可以通過(guò)鑄造制成各種零件，如汽車上的曲軸、凸輪軸、氣缸體、氣缸套、轉(zhuǎn)向器殼體等。鑄造性能主要包括流動(dòng)性、收縮性、偏析性等。流動(dòng)性是指熔融金屬的流動(dòng)能力。流動(dòng)性好的金屬容易充滿鑄型，獲得外形完整、尺寸精確、輪廓清晰的鑄件。收縮性是指鑄件在凝固、冷卻過(guò)程中體積和尺寸減小的現(xiàn)象。鑄件收縮不僅影響尺寸，還會(huì)使鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、內(nèi)應(yīng)力、變形和開(kāi)裂等缺陷，故鑄造用材料的收縮率越小越好。偏析性是指金屬凝固后，鑄錠或鑄件化學(xué)成分和組織的不均勻現(xiàn)象。偏析會(huì)使鑄件各部分的力學(xué)性能有很大的差異，降低鑄件的質(zhì)量。設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，必須考慮材料的鑄造性能。鑄造性能好，則可以鑄造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀精確、強(qiáng)度較高的鑄件，并且可以簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，提高產(chǎn)品合格率。在常用的金屬材料中，鑄造鋁合金、灰鑄鐵和青銅等具有良好的鑄造性能。2.鍛壓性能鍛壓是指對(duì)金屬坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形，改變其形狀、尺寸，改善其性能，使金屬材料在冷熱狀態(tài)下壓力加工成型的工藝。按重量百分比計(jì)，新能源汽車上約70%的零件是由鍛壓加工方法制造的，如新能源汽車的車體外板就是冷軋鋼板經(jīng)過(guò)壓力加工成型的。材料的鍛壓性能是指材料對(duì)采用壓力加工方法成型的適應(yīng)能力，是衡量材料通過(guò)塑性加工獲得優(yōu)質(zhì)零件難易程度的工藝性能。金屬的鍛壓性能越好，表明該金屬越適合采用塑性加工方法成型；反之，則表明該金屬越不宜選用塑性加工方法成型。鍛壓性能的優(yōu)劣常用金屬的塑性和變形抗力來(lái)綜合衡量。塑性越高，變形抗力越小，則金屬的鍛壓性能越好；反之則差。不同成分的金