1、第二章 鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用,2-1 碳素鋼 2-2 鋼的熱處理 2-3 合金鋼 2-4 鑄鋼,鋼鐵材料的主要組成元素是鐵和碳，又稱為鐵碳合金。鋼鐵材料具有良好的性能。且加工方便。因此是汽車制造工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的材料。 鋼鐵材料是汽車用的主體材料，其用量超過汽車用材總量的2/3。,鋼鐵材料包括碳素鋼、合金鋼和鑄鐵。 含碳量小于2.11%的鐵碳合金稱為鋼， 含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。,2-1 碳素鋼,1了解碳及常存元素對碳素鋼性能的影響。 2掌握碳素鋼的分類方法。 3掌握碳素鋼在汽車上的應(yīng)用。,碳素鋼簡稱碳鋼，是含碳量大于0.0218%而小于2.11%的鐵碳合金。在汽車零件制

2、造中得到廣泛應(yīng)用。,常用碳素鋼制造的汽車零件 a）低碳鋼制造的機(jī)油盤 b）低碳鋼制造的氣缸蓋罩 c）中碳鋼制造的曲軸 d）中碳鋼制造的連桿,一、碳及常存元素對碳素鋼性能的影響,碳素鋼以鐵元素為基體，鋼中除鐵以外，主要元素是碳，還含有少量的錳、硅、硫、磷等常存元素。,1碳的影響 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(qiáng)度、硬度升高，塑性和韌性降低。含碳量對鋼的鑄造性能、焊接性能和熱處理性能等均有影響。,含碳量對鋼力學(xué)性能的影響,2.常存元素的影響,（1）錳、硅的影響 錳、硅是有益元素，能提高鋼的強(qiáng)度和硬度。其中，硅還能使鋼的流動性變好，有利于澆鑄成形，但含量過高會降低鋼的塑性；錳還

3、可以減少硫?qū)︿摰挠泻ψ饔谩?（2）硫、磷的影響 硫、磷是有害元素，它們會使鋼的塑性和韌性下降。硫還會使鋼在鍛造、軋制等熱加工時(shí)產(chǎn)生 “熱脆”現(xiàn)象；磷雖能增強(qiáng)鋼的硬度和強(qiáng)度，但磷能使鋼在低溫時(shí)塑性和韌性大大下降，這種現(xiàn)象稱為“冷脆”。,二、碳素鋼的分類,1.按鋼的含碳量分類,（1）低碳鋼含碳量約0.25%。 （2）中碳鋼含碳量0.25%0.60%。 （3）高碳鋼含碳量約0.60%。,根據(jù)鋼中有害雜質(zhì)元素可分為： （1）普通質(zhì)量鋼含硫量0.050%，含磷量0.045%。 （2）優(yōu)質(zhì)鋼硫、磷含量0.035%。 （3）高級優(yōu)質(zhì)鋼硫、磷含量0.025%。 （4）特級優(yōu)質(zhì)鋼含硫量約0.015%，含磷量約0

4、.025%。,2按鋼的質(zhì)量分,（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼用于制造汽車零件和工程構(gòu)件。 （2）碳素工具鋼用于制造刀具、量具和模具。 此外，按鋼的脫氧程度分類，可分為鎮(zhèn)靜鋼（脫氧程度完全）、沸騰鋼（脫氧程度不完全）和半鎮(zhèn)靜鋼（脫氧程度介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間）等。,3按鋼的用途分類,三、常用碳素鋼,1碳素結(jié)構(gòu)鋼,碳素結(jié)構(gòu)鋼的含碳量在0.06%0.38%之間，雜質(zhì)元素硫、磷的含量較多，故強(qiáng)度不夠高。但這類鋼冶煉方便、產(chǎn)量高、價(jià)格低，具有較好的塑性和焊接性能，能滿足一般使用要求，因而大量用于制造結(jié)構(gòu)件和要求不高的汽車零件。,碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由字母“Q”、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級符號和脫氧程度符號組成。,Q,屈服強(qiáng)度

5、數(shù)值,質(zhì)量等級符號,脫氧程度符號,常用碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號及其在汽車上的應(yīng)用,2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼是應(yīng)用極為廣泛的機(jī)械制造用鋼。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按其含錳量不同，分為普通含錳量鋼（含錳量小于0.8%）和較高含錳量鋼（含錳量為0.7%1.2%）兩類。二者含碳量相同時(shí)，較高含錳鋼的強(qiáng)度優(yōu)于普通含錳量鋼。,常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號、性能及在汽車上的應(yīng)用,3鑄造碳鋼,鑄造碳鋼是將鋼液直接澆注成零件毛坯的碳鋼。,常用鑄造碳鋼的牌號及在汽車上的應(yīng)用,2-2鋼的熱處理,1掌握熱處理的分類方法。 2掌握鋼的普通熱處理方法。 3掌握鋼的表面熱處理方法。,熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，使鋼的組織結(jié)構(gòu)

6、發(fā)生變化，以獲得所需性能的一種工藝方法。常用的有普通熱處理和表面熱處理兩大類。,熱處理工藝曲線,一、普通熱處理,普通熱處理通常是指對工件進(jìn)行整體的熱處理。按其加熱溫度和冷卻方法不同，常用的有退火、正火、淬火和回火等。,1退火 退火就是將鋼件加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間后隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝。,退火視頻,2正火,正火就是將鋼件加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間后在空氣中冷卻的熱處理工藝。,3淬火,淬火就是將鋼件加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間后在冷卻介質(zhì)中快速冷卻的熱處理工藝。,正火視頻,淬火視頻,4回火,回火就是將淬火后的鋼件加熱到一定溫度以下，保溫一定時(shí)間后冷卻的熱處理工藝。 根據(jù)工件性能要求不同

7、，淬火鋼的回火主要有低溫回火（150250）、中溫回火（350450）和高溫回火（500650）三種。,回火視頻,二、表面熱處理,按零件要求和工藝不同，常用的表面熱處理方法有表面淬火和表面化學(xué)熱處理兩種。,1表面淬火,表面淬火就是僅對工件表層進(jìn)行淬火的熱處理工藝。 根據(jù)加熱方法不同，常用的有火焰加熱表面淬火和感應(yīng)加熱表面淬火。,表面淬火視頻,（1）火焰加熱表面淬火 利用氧乙炔火焰對工件表面進(jìn)行加熱，使其表面迅速達(dá)到淬火溫度，隨即噴水冷卻的過程稱為火焰加熱表面淬火。,火焰加熱表面淬火 1噴水管 2燒嘴 3移動方向 4工件 5淬硬層,（2）感應(yīng)加熱表面淬火 利用感應(yīng)電流通過工件時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工

8、件表面迅速達(dá)到淬火溫度，隨即快速噴水冷卻的過程稱為感應(yīng)加熱表面淬火。,感應(yīng)加熱表面淬火 1加熱感應(yīng)器2工件3噴水套管4淬硬層 5冷卻水6電流7電流集中層,表面化學(xué)熱處理是通過一定的工藝方法，將一種或幾種元素滲入鋼件表面，以改變其化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的熱處理工藝。 按滲入元素不同，表面化學(xué)熱處理有滲碳、滲氮和碳氮共滲等。,2表面化學(xué)熱處理,（1）滲碳 滲碳是將鋼件放在含碳介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳原子滲入表層，以增加表面含碳量的熱處理工藝。 常用方法有固體滲碳、液體滲碳和氣體滲碳等。 （2）滲氮 滲氮是將活性氮原子滲入鋼件表面的熱處理工藝，也稱氮化處理。,滲碳視頻,（3）碳氮共滲

9、 碳氮共滲也稱氰化處理，是向鋼件表面同時(shí)滲入碳和氮的熱處理工藝。 碳氮共滲一般以碳為主。經(jīng)碳氮共滲后的工件還需進(jìn)行淬火及回火處理。,23合金鋼,1掌握合金鋼的優(yōu)點(diǎn)。 2掌握合金鋼的分類和牌號。 3掌握合金鋼在汽車上的應(yīng)用。,合金鋼和碳素鋼相比有許多優(yōu)點(diǎn)：在相同的淬火條件下，能獲得更深的淬硬層；具有良好的綜合力學(xué)性能；具有良好的耐磨性、耐蝕性和耐高溫性等特殊性能。,常見的汽車合金鋼零件,一、合金鋼的分類和牌號,1合金鋼的分類 （1）按合金鋼的用途分類 1）合金結(jié)構(gòu)鋼用于制造機(jī)械零件和工程構(gòu)件。 2）合金工具鋼用于制造各種加工工具。 3）特殊性能鋼具有特殊性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼。,（2

10、）按合金元素的含量分類 1）低合金鋼合金元素總含量約5%。 2）中合金鋼合金元素總含量為5%10%。 3）高合金鋼合金元素總含量約10%。 此外，按合金元素的種類分類，有錳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼等；按合金鋼的冶煉質(zhì)量分類，有優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼、特級優(yōu)質(zhì)鋼等。,2合金鋼的牌號 （1）合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號 合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號采用“兩位數(shù)字+合金元素符號+數(shù)字”的格式表示。例如：,（2）合金工具鋼的牌號 合金工具鋼的牌號采用“一位數(shù)字+合金元素符號+數(shù)字”的格式表示。例如：,高速鋼含碳量的表示方法有所不同，雖然含碳量小于1.0%，但也不標(biāo)注。例如：,（3）特殊性能鋼的牌號 特殊性能鋼的牌號表示方法和合金工具鋼基

11、本相同，首部數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，當(dāng)平均含碳量小于千分之一時(shí)，用0表示。例如：,（4）滾動軸承鋼的牌號 滾動軸承鋼的牌號表示方法和合金工具鋼基本相同，但是其牌號中Cr元素后面的數(shù)字是表示含鉻量的千分之幾，并且在其牌號前面冠上字母“G”。例如：,二、合金結(jié)構(gòu)鋼,合金結(jié)構(gòu)鋼按其用途可分為工程用鋼和機(jī)械制造用鋼兩大類。 工程用鋼主要用于制造汽車大梁等各種工程構(gòu)件，工程用鋼的合金含量少，所以又稱為低合金結(jié)構(gòu)鋼。機(jī)械制造用鋼主要用于制造各種機(jī)械零件，按其用途和熱處理特點(diǎn)不同，又分為合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動軸承鋼等。,1低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼具有良好的塑性、韌性、耐

12、蝕性和焊接性等。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同。,常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號及在汽車上的應(yīng)用,2合金滲碳鋼 合金滲碳鋼是用于制造滲碳零件的鋼。這類鋼的含碳量一般為0.10%0.25%，較低的含碳量能保證零件心部具有足夠的塑性和韌性。,常用合金滲碳鋼的牌號及汽車上的應(yīng)用,3合金調(diào)質(zhì)鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼是按熱處理方法命名的合金鋼，其主要熱處理方法是淬火加高溫回火。含碳量在0.25%0.50%，中等的含碳量能保證鋼有良好的硬度和韌性。,常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號及在汽車上的應(yīng)用,4合金彈簧鋼 合金彈簧鋼是用于制造彈簧和彈性元件的專用鋼。其含碳量要比調(diào)質(zhì)鋼高，一般為0.46%0.70%。鋼中常

13、加入錳、硅、鉻等合金元素以提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限。汽車常用的合金彈簧鋼有65Mn、55Si2Mn、60Si2Mn和50CrVA等。,5滾動軸承鋼 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。其含碳量較高，為0.95%1.15%，以保證鋼有高的硬度和耐磨性。 滾動軸承鋼除用于制造軸承外，還用于制造其他耐磨零件，如汽車的油泵柱塞、噴油嘴、針閥等。,三、特殊性能鋼,特殊性能鋼是指具有特殊的物理性能和化學(xué)性能的鋼，常用的有不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼等。,1不銹鋼,不銹鋼是指在腐蝕介質(zhì)中具有高抗腐蝕能力的鋼。按其合金元素的不同，常用的有鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩種。,鉻不銹鋼中的合金元素以鉻為主，其含

14、量一般大于13%。常用來制造在腐蝕介質(zhì)下工作的軸承、彈簧等。 鉻鎳不銹鋼的含碳量較低，含鉻量約為18%，含鎳量在8%11%之間。常用來制造在腐蝕介質(zhì)下工作的零件，如汽車的空氣壓縮機(jī)閥片、外裝飾件等。,2耐熱鋼 耐熱鋼是指在高溫下具有良好的抗氧化性能和強(qiáng)度的鋼。 耐熱鋼分為抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼兩類。 汽車中常用的是熱強(qiáng)鋼，牌號有15CrMo、4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等，主要制造在高溫下工作的發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣門。,3耐磨鋼 耐磨鋼是指具有高抗磨損能力的鋼。其含碳量為1.0%1.3%，含錳量為11%14%，因含錳量高故又稱高錳鋼。 常用耐磨鋼的牌號為ZGMn13，廣泛用于制造在強(qiáng)烈沖擊和嚴(yán)重磨

15、損條件下工作的零件，如拖拉機(jī)履帶、挖掘機(jī)鏟斗等。,24鑄鐵,1了解鑄鐵的種類。 2了解鑄鐵在汽車上的應(yīng)用。,鑄鐵的含碳量大于2.11%（一般在2.5%4.0%之間）。 鑄鐵是用途廣泛的工程材料，汽車中常見的發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋、變速箱殼體等大多由鑄鐵制造。,常見的汽車鑄鐵零件 a）合金鑄鐵制造的氣缸體b）灰鑄鐵制造的變速器殼 c）可鍛鑄鐵制造的驅(qū)動橋殼d）球墨鑄鐵制造的凸輪軸,一、鑄鐵的種類,鑄鐵中的碳大部分是以自由狀態(tài)的石墨或其化合物形式存在的。 根據(jù)碳存在形式的不同，常用的鑄鐵有灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵等。 此外，還有在灰鑄鐵或球墨鑄鐵基礎(chǔ)上加入某些合金元素后形成的合金鑄鐵。,二、

16、灰鑄鐵,灰鑄鐵中的碳大部分是以片狀石墨形態(tài)存在的。灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性比同樣基體的鋼低得多?；诣T鐵常用于制造一些形狀復(fù)雜、強(qiáng)度要求不高的零件,常用灰鑄鐵的牌號及在汽車上的應(yīng)用,三、可鍛鑄鐵,可鍛鑄鐵俗稱馬口鐵，鑄鐵中的石墨以團(tuán)絮狀存在，常用的有黑心可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵。它比灰鑄鐵具有較高的強(qiáng)度，具有較好的塑性和韌性?？慑戣T鐵常用來制造形狀復(fù)雜而強(qiáng)度和韌性要求較高的薄壁零件。,常用可鍛鑄鐵的牌號及在汽車上的應(yīng)用,四、球墨鑄鐵,球墨鑄鐵簡稱球鐵。鑄鐵中的石墨大部分以球狀形態(tài)存在。球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性都優(yōu)于灰鑄鐵和可鍛鑄鐵。球墨鑄鐵常用來制造一些受力復(fù)雜，強(qiáng)度、韌性和耐磨性要求

17、高的零件。,常用球墨鑄鐵的牌號及在汽車上的應(yīng)用,五、蠕墨鑄鐵,蠕墨鑄鐵中的石墨是以蠕蟲狀形態(tài)存在的，它的性能既有球墨鑄鐵較高的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性，又具有灰鑄鐵良好的減振性、切削加工性和鑄造性能等。 蠕墨鑄鐵常用的牌號有RuT340、RuT330、RuT260等，目前在汽車上主要用于制造柴油機(jī)氣缸蓋、進(jìn)排氣管、制動盤和制動鼓等。,六、合金鑄鐵,在灰鑄鐵或球墨鑄鐵中加入一定量的合金元素所形成的鑄鐵稱為合金鑄鐵。汽車中常用的有耐熱鑄鐵和耐磨鑄鐵。,1耐熱鑄鐵,耐熱鑄鐵是在球墨鑄鐵中加入鋁、硅、鉻等合金元素而形成的。在汽車上主要用于制造高溫條件下工作的發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣門座和排氣管密封環(huán)等。,耐磨鑄鐵是在灰鑄鐵中加入鉻、鉬、銅、鈦、磷等合金元素而形成的。 常用的耐磨鑄鐵有高磷耐磨鑄鐵和鉻鉬銅耐磨鑄鐵等，主要用于制造在高溫下強(qiáng)烈摩擦的零件，如汽車的氣缸套、活塞環(huán)等。,2耐磨鑄鐵,思考題,1碳、硅、錳、硫、磷元素對碳素鋼性能有什么影響？ 2碳素鋼是如何分類的？ 3牌號為45，65Mn，08F，Q235A的鋼屬于哪類鋼？試說明其