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1、模塊四 汽車用金屬材料,1.能正確識(shí)別汽車上使用的碳鋼件、合金鋼件及鑄鐵件,2.了解碳鋼、合金鋼及鑄鐵的性能,金屬材料是汽車用材的主體，單單以重量而言，金屬材料就占到全車的6580，但是金屬材料的種類有成千上萬(wàn)，怎么才能從中挑選出所需要的材料用來(lái)制造相應(yīng)的零件呢？,汽車上的金屬零件,制造零件選取相應(yīng)的材料需要了解以下內(nèi)容：,1碳鋼,碳鋼通常指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%的鐵碳合金。因其冶煉方便，加工容易，價(jià)格便宜，性能可以滿足一般工程使用要求，所以是汽車工業(yè)用材的主體，占汽車用材總量的3/4左右。,一、 碳鋼（11）,1.碳鋼的分類,按碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分：,低碳鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為WC0.25%的鋼；,中

2、碳鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%WC0.60%的鋼；,高碳鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為WC0.60%的鋼。,一、碳鋼（12）,按材質(zhì)(主要根據(jù)硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù))分：,普通鋼WS0.055%，WP0.045%；,優(yōu)質(zhì)鋼WS0.040%，WP0.040%；,高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼WS0.030%，WP0.035%；,特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼WS0.025%，WP0.030%。,一、碳鋼（13）,按用途分：,碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種機(jī)器零件和工程結(jié)構(gòu)件。多為低碳鋼和中碳鋼。,碳素工具鋼：用于制造各種刀具、量具和模具。多 為高碳鋼。,按冶煉方法分：平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼。,按煉鋼的脫氧程度分：沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和 半鎮(zhèn)靜鋼。,一、碳鋼（14）,2.

3、汽車常用碳鋼,普通碳素結(jié)構(gòu)鋼,這類鋼主要保證機(jī)械性能，故其牌號(hào)體現(xiàn)其機(jī)械性能。,普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用“Q + 數(shù)字”表示，其中“Q”為屈服點(diǎn)“屈”字的漢語(yǔ)拼音字首，數(shù)字表示屈服強(qiáng)度的數(shù)值。例如：Q275表示屈服強(qiáng)度為275MPa。,一、碳鋼（15）,普通碳素結(jié)構(gòu)鋼在汽車零件中的應(yīng)用,一、碳鋼（16）,輪輻,消聲器,輪輞,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼必須保證鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能。,根據(jù)化學(xué)成分不同，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼又分為普通含錳鋼和較高含錳鋼兩類。,一、碳鋼（17）,根據(jù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、熱處理和用途的不同，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼還可分為以下三類。,滲碳鋼：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%0.25%； 調(diào)質(zhì)鋼：碳

4、的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%0.50%； 彈簧鋼：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.55%0.9%。,一、碳鋼（18）,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在汽車零件中的應(yīng)用,一、碳鋼（19）,油底殼,機(jī)油泵齒輪,凸輪軸,碳素鑄鋼,鑄鋼能制造形狀復(fù)雜的零件，而鍛造件則無(wú)法做到，所以汽車上許多零件是用鑄鋼鑄造而成的。鑄鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.15%0.6%之間，使用前應(yīng)進(jìn)行熱處理改善性能。,一、碳鋼（110）,碳素鑄鋼在汽車零件中的應(yīng)用,一、碳鋼（111）,化油器,齒輪,所謂合金鋼，就是在碳鋼的基礎(chǔ)上，為了獲得某種特定的性能，有目的地加入一種或多種元素的鋼。加入的元素稱為合金元素。,二、合金鋼（21）,1.合金元素對(duì)鋼性能的影響,含碳量

5、低的鋼加入鉻能提高強(qiáng)度和硬度； 含鎳在6%以下時(shí)能使鋼具有高強(qiáng)度和高的韌度； 含錳量在2%以下時(shí)，就能使鋼的強(qiáng)度顯著提高，而且有一定的韌度； 硅能提高鋼的強(qiáng)度、硬度、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性和抗氧化性。,鎢能提高鋼的強(qiáng)度及耐磨性，使鋼具有良好的熱硬性； 釩能使鋼的強(qiáng)度和韌度同時(shí)提高，并提高鋼的耐磨性和回火穩(wěn)定性； 鋁能提高鋼的抗氧化性能。 氮能提高鋼的硬度和耐熱性； 鈦能提高鋼的強(qiáng)度，硬度和耐磨性，對(duì)塑性影響較?。?稀土元素對(duì)冶煉和鑄造有良好的作用，還能提高鋼的塑性和韌度，改善鋼的特殊性能(耐熱、耐蝕、抗氧化等)。,二、合金鋼（22）,2.合金鋼的分類及應(yīng)用,分類：,按用途分：,合金結(jié)構(gòu)鋼：用來(lái)制造各

6、種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu),合金工具鋼：用來(lái)制造各種重要的工具和量具、刃具,特殊性能鋼：用來(lái)制造有特殊性能要求的結(jié)構(gòu)件和機(jī) 器零件,二、合金鋼（23）,按合金元素的含量分為：,低合金鋼合金元素總含量小于5%,中合金鋼合金元素的總含量為5%10%,高合金鋼合金元素的總含量大于10%,按用途分為： 合金鋼可分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具 鋼和特殊性能鋼三類,二、合金鋼（24）,應(yīng)用,合金結(jié)構(gòu)鋼在汽車上應(yīng)用廣泛，主要是在優(yōu)質(zhì)或高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入適量合金元素的鋼。它主要用于制造各種重要的機(jī)器零件和受力工程結(jié)構(gòu)，要求它有較高的機(jī)械性能和較好的加工工藝性能。,二、合金鋼（25）,合金鋼在汽車零件中的應(yīng)用,

7、二、合金鋼（26）,保險(xiǎn)杠,氣門,氣門彈簧,低合金結(jié)構(gòu)鋼(GB1591-1988),低合金結(jié)構(gòu)鋼碳質(zhì)分?jǐn)?shù)在0.1%0.25%之間，所加入的合金元素不大于3%。 低合金結(jié)構(gòu)鋼的成分特點(diǎn)為低碳、低合金。 這類鋼具有良好的塑性、韌度、焊接性及較好的耐磨性和耐蝕性。 主要用于制造工程結(jié)構(gòu)如汽車大梁、船舶、車輛、壓力容器和建筑結(jié)構(gòu)橋梁及各種焊接構(gòu)件。 一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用。,二、合金鋼（27）,合金滲碳鋼(GB3077-1988),合金滲碳鋼碳質(zhì)分?jǐn)?shù)在0.1%0.25%之間，合金滲碳鋼是在滲碳鋼的基礎(chǔ)上，加入一定量的合金元素而形成的。 合金滲碳鋼提高零件抵抗沖擊載荷的能力；使工件在滲碳后可直接淬火，

8、還能提高耐磨性。 合金滲碳鋼與碳鋼滲碳件相比，具有工藝性能好、使用性能高的特點(diǎn)。,二、合金鋼（28）,合金調(diào)質(zhì)鋼(GB3077-1988),合金調(diào)質(zhì)鋼碳質(zhì)分?jǐn)?shù)在0.25%0.50%之間，合金調(diào)質(zhì)鋼是在調(diào)質(zhì)鋼中加入一定量的合金元素而形成的。 合金調(diào)質(zhì)鋼零件具有高而均勻的綜合力學(xué)性能。,二、合金鋼（29）,合金彈簧鋼(GB1222-1984),合金彈簧鋼的碳質(zhì)分?jǐn)?shù)比合金調(diào)質(zhì)鋼的高，一般在0.46%0.70%之間。 在彈簧鋼中加入合金元素即形成了合金彈簧鋼。提高零件彈性、鋼的淬透性，提高鋼的彈性極限和屈強(qiáng)比。,二、合金鋼（210）,軸承,滾動(dòng)軸承鋼,滾動(dòng)軸承鋼是用來(lái)制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體和內(nèi)外圈的專用

9、鋼。必須具有高的硬度和耐磨性，高的彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度，足夠的韌度和抗蝕性。,二、合金鋼（211）,灰口鑄鐵 有一定的機(jī)械性能和良好的切削加工性。,可鍛鑄鐵 主要用于要求韌度較好的薄壁類零件。,球墨鑄鐵 球墨鑄鐵的強(qiáng)度和韌度比灰口鑄鐵、可鍛鑄 鐵高，可代替鋼材制造某些重要的機(jī)械零件。,三、鑄鐵（31）,1.鑄鐵的組織特征和分類,白口鑄鐵 為了得到表層的高硬度和耐磨性，常用激冷 的方法使表層獲得白口鑄鐵的組織而心部由 于冷卻速度較慢仍為灰口鑄鐵組織。,碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.11%6.69%的鐵碳合金稱為鑄鐵。 在汽車上約50%70%的金屬材料為鑄鐵。,2.鑄鐵的特性,鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌度遠(yuǎn)不

10、如鋼。當(dāng)鑄鐵承受壓縮載荷時(shí)，具有較高的抗壓強(qiáng)度。 石墨的存在固然降低了鑄鐵的力學(xué)性能，但給鑄鐵帶來(lái)了一系列良好的其他性能如：優(yōu)良的鑄造性能;良好的切削加工性;較好的耐磨性和減震性;較低的缺口敏感性。,三、鑄鐵（32）,3.常用鑄鐵,灰口鑄鐵：,灰口鑄鐵良好的切削加工性、較高的耐磨性、減振性、低的缺口敏感性，且價(jià)格低廉。,三、鑄鐵（33）,飛輪,汽缸蓋,灰口鑄鐵在汽車零件中的應(yīng)用,球墨鑄鐵：,球墨鑄鐵的力學(xué)性能較高，在抗拉強(qiáng)度、屈服比、疲勞強(qiáng)度等方面都可以與鋼媲美(沖擊韌度則不如鋼)。 球墨鑄鐵具有灰鑄鐵的許多優(yōu)點(diǎn)，如良好的減振性、耐磨性、低的缺口敏感性等，都是鋼所不及的;且價(jià)格又比鋼便宜。,三

11、、鑄鐵（34）,曲軸,球墨鑄鐵在汽車零件中的應(yīng)用,可鍛鑄鐵：,一種具有團(tuán)絮狀石墨的高強(qiáng)度鑄鐵。其因塑性優(yōu)于灰鑄鐵而得名，實(shí)際上并不能進(jìn)行鍛造加工。,蠕墨鑄鐵：,用蠕墨鑄鐵制造的制動(dòng)鼓的使用壽命比灰鑄鐵的高3倍多。,三、鑄鐵（35）,減速器殼體,合金鑄鐵：,在灰口鑄鐵或球墨鑄鐵中地加入一定量的合金元素的鑄鐵稱為合金鑄鐵。 加入合金元素后可使鑄鐵具有耐熱、耐酸或耐磨的特殊性能。,三、鑄鐵（36）,由于合金鑄鐵加工工藝較簡(jiǎn)單，成本較低，具有良好的使用性能，所以運(yùn)用很廣泛，但合金鑄鐵有較大的脆性和較低的機(jī)械性能。,三、鑄鐵（37）,活塞環(huán),汽缸套,鑄鐵在汽車零件中的應(yīng)用,汽車金屬材料選用及處理（11）

12、,應(yīng)用案例：齒輪和軸是汽車零件中較為常見(jiàn)的，在制作這些零件的時(shí)候是根據(jù)什么樣的標(biāo)準(zhǔn)選擇材料呢？材料選擇好后，在制造的過(guò)程中又進(jìn)行了怎樣的處理呢？,汽車齒輪組,曲軸,汽車金屬材料選用及處理（12）,1.齒輪的選材及處理,齒輪材料主要性能要求：具有高疲勞強(qiáng)度，尤其是彎曲疲勞。齒心應(yīng)有足夠的沖擊韌度，以防止齒輪受沖擊過(guò)載時(shí)斷裂。,案例分析,汽車金屬材料選用及處理（13）,齒輪的選材及處理,汽車齒輪主要分裝在變速箱和差速器中。汽車齒輪受力較大，受沖擊頻繁，其耐磨性、疲勞強(qiáng)度、心部強(qiáng)度以及沖擊韌度等，均要求比機(jī)床齒輪高。 一般要選用低碳鋼進(jìn)行滲碳處理來(lái)作重要齒輪。 我國(guó)應(yīng)用最多的是合金滲碳鋼20Cr或2

13、0CrMnTi，并經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火處理。 為了進(jìn)一步提高齒輪的耐用性，滲碳、淬火、回火后，還可采用噴丸處理，增大表層壓應(yīng)力，有利于提高疲勞強(qiáng)度，并清除氧化皮。,汽車金屬材料選用及處理（14）,2.軸類零件選材及處理,案例分析：,軸類零件的性能要求：良好的綜合機(jī)械性能，足夠的強(qiáng)度、塑性和一定的韌度，以防止過(guò)載斷裂、沖擊斷裂;高的疲勞強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)力集中敏感性低，以防疲勞斷裂;足夠的淬透性，熱處理后表面要有高硬度、高耐磨性，以防磨損失效;良好的切削加工性能，價(jià)格便宜。,汽車金屬材料選用及處理（15）,軸類零件選材時(shí)除主要考慮強(qiáng)度外，同時(shí)也要考慮材料的沖擊韌度和表面耐磨性。為了兼顧強(qiáng)度和韌度，同時(shí)

14、考慮疲勞抗力，軸一般用經(jīng)鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造。,由于碳鋼比合金鋼便宜，并且有一定的綜合機(jī)械性能、對(duì)應(yīng)力集中敏感性較小，所以一般軸類零件使用較多。,汽車金屬材料選用及處理（16）,合金鋼比碳鋼具有更好的力學(xué)性能和熱處理性能，但對(duì)應(yīng)力集中敏感性較高，價(jià)格也較貴，所以當(dāng)載荷較大并要求限制軸的外形、尺寸和重量，或軸頸的耐磨性等要求高時(shí)采用合金鋼。采用合金鋼必須采取相應(yīng)的熱處理才能充分發(fā)揮其作用。,除了上述碳鋼和合金鋼外，還可以采用球墨鑄鐵和高強(qiáng)度灰鑄鐵作為軸的材料，特別是曲軸的材料。軸類零件很多，如內(nèi)燃機(jī)曲軸、汽車半軸等，其選材原則主要是根據(jù)載荷大小、類型等決定。,汽車金屬材料選用及處理

15、（17）,軸類零件選材及處理,內(nèi)燃機(jī)曲軸選材：,根據(jù)曲軸的損壞形式，要求制造曲軸的材料必須具有高的強(qiáng)度，一定的沖擊韌度，足夠的彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和剛度，軸頸表面還應(yīng)有高的硬度和耐磨性。,實(shí)際生產(chǎn)中，按制造工藝把曲軸分為鍛鋼曲軸和鑄造曲軸兩種。鍛鋼曲軸主要由優(yōu)質(zhì)中碳鋼和中碳合金鋼制造，如35、40、45、35Mn2、40Cr,35CrMo鋼等。 鑄造曲軸主要由鑄鋼、球墨鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵以及合金鑄鐵等制造，如ZG230-450、 QT600-3、KTZ450-5、KTZ500-4等。,汽車金屬材料選用及處理（18）,汽車半軸：,根據(jù)半軸的工作條件，要求半軸材料具有高的抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和較好的

16、韌性。,汽車半軸是要求綜合機(jī)械性能較高的零件，通常選用調(diào)質(zhì)鋼制造。中、小型汽車的半軸一般用45鋼、40Cr，而重型汽車用40MnB、40CrNi或40CrMnMo等淬透性較高的合金鋼制造。半軸加工中常采用噴丸處理及滾壓凸緣根部圓角等強(qiáng)化方法?，F(xiàn)在中、小型汽車的半軸材料常選用40Cr、 42CrMo、40CrMnMo以及40MnB制造。,一、選擇題1碳鋼通常指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于（ ）的鐵碳合金。（A）1.11% （B）2.11% （C）3.11%2含碳量低的鋼加入鉻能提高（ ）和（ ）。（A）強(qiáng)度和硬度 （B）塑性和韌度； （C）耐蝕性和抗氧化性 3碳素結(jié)構(gòu)鋼有（ ），碳素工具鋼有（ ），優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼有（ ）。（A）Q235-A （B）Q235-B （C）40 （D）78 （E）T12A二、填空題1. 齒輪材料主要性能要求：具有 ，尤其是彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。齒心應(yīng)有足夠的 ，以防止輪齒受 時(shí)斷裂。2. 合金滲碳鋼碳質(zhì)分?jǐn)?shù)在 之間，合金滲碳鋼是在滲碳鋼的基礎(chǔ)上，加入一定量的 而形成的。3QT500-05牌號(hào)中，QT表示 ，數(shù)字500表示 ，數(shù)字05表示 。三、問(wèn)答題1.碳鋼中常存元