汽車工程材料

汽車工程材料第1頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二第5章汽車工程材料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。第2頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二5.1.2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。第3頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二2）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。第4頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二的現(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。第5頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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。第6頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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)為塑性第7頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二變形抗力的大小），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。第8頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二5）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。第9頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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。第10頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二1）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，可分為抗拉強度極限（）、抗彎強度極限（）、抗壓強度極限（）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第11頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二（1）強度極限

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極限，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第12頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二（2）屈服強度極限

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)力稱為屈服強度極限，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第13頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二（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第14頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二（4）彈性模數(shù)

彈性模數(shù)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。

彈性模數(shù)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第15頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二2）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。第16頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二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?？赏ㄟ^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。第17頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二3）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

第18頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二（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?。?。

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洛氏硬度計第19頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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。第20頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二圖5-5系列里氏硬度計第21頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二4）韌性

金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力稱為韌性。

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韌性，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）疲勞強度極限

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。第22頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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)力作為疲勞強度極限，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。第23頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二5.1.3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。第24頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二1）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％。第25頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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。第26頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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。第27頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二2）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％。第28頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二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。第29頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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。

根據(jù)國標（GB700－1988）規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號由以下4部分組成。①屈服點字母：Q—強度，“屈”漢語拼音字首。②屈服點強度數(shù)值（單位MPa）。③質(zhì)量等級符號：A、B、C、D級，從A到D依次提高。④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。

在牌號中若為Z和TZ則予以省略。例如，Q235AF表示屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼。（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼第30頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二表5-1碳素結(jié)構(gòu)鋼在汽車上的應(yīng)用型號應(yīng)用舉例Q235－A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Q235－AF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Q235－B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Q235－BF消聲器后支架、放水龍頭手柄夾持架、百葉窗葉片等（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（High-QualityCarbonStructureSteels）

這類鋼中有害雜質(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。

這類鋼的牌號用兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分數(shù)，如45鋼即表示含碳量為0.45％的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。第31頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

根據(jù)含錳量的不同，將含錳量為0.25％～0.80％的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼稱為普通含錳鋼，將含錳量為0.70％～1.20％的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼稱為較高含錳量鋼（標出錳元素）。

較高含錳量優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用范圍和同牌號的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼基本相同，但其強度較高，可用于制造受力較大的零件。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼，強度和硬度不高，但塑性、韌性和焊接性能較好，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。

中碳鋼具有較高的強度和硬度，切削性能良好，經(jīng)過熱處理后具有良好的綜合機械性能，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。第32頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二圖5-6發(fā)動機油底殼第33頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二圖5-7離合器蓋

第34頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

高碳鋼具有高的強度、硬度和彈性，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。表5-2常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在汽車上的應(yīng)用牌號應(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、汽缸蓋定位銷等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（3）碳素工具鋼

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，其平均含碳量力0.7％～1.3％，屬于高碳鋼。第35頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

這類鋼的質(zhì)量較高，要求S、P等雜質(zhì)的含量特別低，是經(jīng)過精煉的優(yōu)質(zhì)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。

碳素工具鋼的牌號是在“碳”字漢語拼音首位字母“T”的后面附加數(shù)字表示，數(shù)字表示平均含碳量的千分數(shù)，若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在其牌號后加符號A。

例如，T12A表示平均含碳量為1.2％的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。（4）鑄鋼（CastSteel）

對于許多需要承受沖擊負載作用的形狀復(fù)雜零件，很難用鍛壓等方法成型，用鑄鐵又難以滿足性能要求，這時常需選用鑄鋼。

鑄鋼的牌號由“ZG”即“鑄鋼”兩字的漢語拼音字首和兩組數(shù)字組成，前一組數(shù)字表示為鑄件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。第36頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二例如，ZG200－400表示：屈服強度≥200MPa，抗拉強度≥400MPa的鑄鋼。

鑄鋼的含碳量一般在0.15％～0.6％之間。鑄鋼具有較好的機械性能、良好的焊接性能，但其鑄造性能比較差，一般需要進行熱處理，以改善力學(xué)性能。表5-3鑄鋼在汽車上的應(yīng)用牌號應(yīng)用舉例ZG270-500機油管法蘭、化油器活接頭、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、棘輪等第37頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二2.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。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。

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。第38頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二2）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。

合金工具鋼一般含碳量大于1.0％時不標出含碳量數(shù)字；若平均含碳量小于1.0％時，可用一位數(shù)字表示含碳量（以千分之幾計），但高速鋼含碳量小于1.0％也不標出。第39頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二（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。第40頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二3）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。第41頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

低合金結(jié)構(gòu)鋼在汽車上常用于制造車架縱、橫梁和前保險杠等結(jié)構(gòu)件。表5-4常用低合金結(jié)構(gòu)鋼在汽車上的應(yīng)用牌號應(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。（1）成分含碳量很低，在0.1％～0.25％之間，為了提高淬透性，加入Cr、Mn、Ni、B等并強化滲碳層和芯部組織。第42頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

此外，還加入微量的Mo、W、V、Ti等強碳化物形成元素。這些元素形成的穩(wěn)定合金碳化物，除能防止?jié)B碳時晶粒長大外，還能增加滲碳層硬度，提高耐磨性。（2）熱處理經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火后，表面高硬度、高耐磨性而芯部具有足夠的塑性和韌性。

滲碳鋼按淬透性的高低分為低淬透性鋼、中淬透性鋼、高淬透性鋼3類。

汽車上的某些零件是在高速、重載、強烈沖擊和劇烈摩擦的狀態(tài)下工作的，如變速箱齒輪、萬向節(jié)十字軸（圖5-8）和活塞銷（圖5-9）等零件。

這些零件的表面要求具有高硬度、高耐磨性，而芯部則要求具有高的強度和韌性，這就需要采用合金滲碳鋼制造，經(jīng)熱處理后使用。第43頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二圖5-8合金滲碳鋼制造的萬向節(jié)十字軸圖5-9合金滲碳鋼制造的活塞銷表5-5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、差速器十字軸等第44頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二5）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。（1）成分含碳量一般在0.25％～0.5％之間，常加入的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、B等，主要作用是提高鋼的淬透性和保證良好的強度和韌性。（2）用途制造各種負載較大的、受沖擊的重要的機器零件，如齒輪、軸類件、連桿、高強度螺栓等。常用的合金調(diào)質(zhì)鋼有40Cr等。

汽車上的半軸（圖5-10）、連桿（圖5-11）、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。第45頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二采用合金調(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、汽缸蓋螺栓等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5-6常用合金調(diào)質(zhì)鋼在汽車上的應(yīng)用第46頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二6）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。

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。

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。

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。7）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。第47頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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。第48頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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?shù)靥岣吆剂俊２讳P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。第49頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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。第50頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二3.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)動機汽缸體、汽缸蓋、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，還因為它的C、Si含量較高，使碳大部分不以化合狀態(tài)（Fe3C）而是以游離的石墨狀態(tài)存在，石墨有潤滑作用和吸油能力，使得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）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。第51頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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。2）灰口鑄鐵

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

灰口鑄鐵的牌號由“灰鐵”漢語拼音的字首“HT”和后面的3位數(shù)字組成。后續(xù)數(shù)字表示最低抗拉強度（MPa）的數(shù)值。

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。如汽缸體、汽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。

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。第52頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二表5-7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、汽缸體、汽缸蓋、氣門導(dǎo)管、制動蹄等HT250汽缸體、飛輪、曲軸帶輪等3）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。

根據(jù)國家標準，黑心可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵的牌號分別用“KTH”和“KTZ”加兩組數(shù)字的格式表示。牌號中“KT”代表可鍛鑄鐵，其后的兩組數(shù)字，分別表示最低抗拉強度和最低伸長率；“KTH”表示黑心可鍛鑄鐵；“KTZ”表示珠光體可鍛鑄鐵。第53頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

例如，KTH350-10表示最低抗拉強度為350MPa、最低伸長率為10％的鐵素體黑心可鍛鑄鐵。

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。常用可鍛鑄鐵在汽車上的應(yīng)用見表5-8。表5-8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4）球墨鑄鐵

球墨鑄鐵（NodularCastIron）是近年來發(fā)展起來的一種高強度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，正是基于其優(yōu)異的性能，目前已成功地用于鑄造一些受力復(fù)雜且強度、韌性、耐磨性要求較高的零件。球墨鑄鐵已迅速發(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。第54頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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。

球墨鑄鐵與灰口鑄鐵相比，C、Si含量較高，而Mn較低，對S、P的限制較嚴。

球墨鑄鐵的化學(xué)成分一般為：3.5％～3.8％的C，2.0％～3.0％的Si，0.5％～0.7％的Mn，小于0.08％的P，小于0.02％的S，0.03％～0.07％的Mg（此為無稀土元素時），當有稀土元素存在時，則Mg可低些。

球墨鑄鐵牌號由“QT”（“球鐵”兩字漢語拼音字首）和兩組數(shù)字組成，前一組數(shù)字表示最低抗拉強度，后一組數(shù)字表示最低伸長率。

如QT500-07，表示抗拉強度最低值為500MPa、伸長率最低值為7％的球墨鑄鐵。第55頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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5-12）、輪轂等汽車機件。圖5-12球墨鑄鐵曲軸表5-9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、牽引鉤支承座等第56頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二5）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。

蠕墨鑄鐵的牌號用“RuT”加一組數(shù)字表示。如RuT420，表示抗拉強度不低于420MPa的蠕墨鑄鐵。

目前，在汽車上主要用來制造汽缸體（圖5-13）、汽缸蓋、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。第57頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二圖5-13蠕墨鑄鐵汽缸體

第58頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二6）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汽缸蓋、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。第59頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二4.鋁及鋁合金

純鋁（Aluminum）的密度小(2.7×103kg／m3)，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。

我國工業(yè)純鋁的牌號是以雜質(zhì)的限量來編制的，如L1、L2、L3……。L是“鋁”字漢語拼音字首，其后所附順序號愈大，其純度愈低。

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，可將鋁合金分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩類。

形變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。第60頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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）形變鋁合金

形變鋁合金（WroughtAluminiumAlloy）加熱時能形成單相固溶體組織，塑性較好，適于壓力加工。

形變鋁合金還可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。

防銹鋁合金是指在大氣、水和油等介質(zhì)中具有良好的抗腐蝕性能的鋁合金，簡稱防銹鋁。

防銹鋁合金的主要合金元素是Mn和Mg。鍛造退火后是單相固溶體，塑性好，但不能通過熱處理來強化，主要用于載荷不大的壓延、焊接，或耐蝕結(jié)構(gòu)件，如油箱、導(dǎo)管、線材、輕載荷骨架以及各種生活器具等。

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、LF11、LF21等。第61頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

硬鋁合金基本上是Al-Cu-Mg合金，還含有少量的Mn，硬鋁比強度高，且可以進行時效強化，但抗蝕性差。

硬鋁牌號用“鋁硬”漢語拼音字首“LY”加順序號，如LYl（鉚釘硬鋁）、LY11（標準硬鋁）及LY12（高強度硬鋁）等。

超硬鋁合金是Al-Cu-Mg-Zn合金。這類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。

鍛鋁合金是Al-Cu-Mg-Si合金，合金元素的種類多，每種元素的含量較少，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。2）鑄造鋁合金

鑄造鋁合金（CastingAluminiumAlloy）是指適于鑄造第62頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二成型的鋁合金，簡稱鑄鋁。

鑄造鋁合金具有低熔點共晶組織、流動性好的特點，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，其中鋁硅合金具有良好的鑄造性能、足夠的強度，而且密度小，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）”。

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。第63頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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。

由于現(xiàn)代汽車要求提高行駛速度、節(jié)約能源、減少污染和降低噪聲等，都需要減輕自重，實現(xiàn)輕量化，而鋁合金的比強度較高。因此，鋁合金在汽車工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋁合金不僅用于制造活塞、汽缸體、汽缸蓋、連桿和進氣歧管等發(fā)動機零件，還用于制造輪轂、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。表5-10常用鋁合金在汽車上的應(yīng)用代號應(yīng)用舉例LF5LF11LF21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汽缸蓋罩、挺桿室蓋板、機油濾清器底座、轉(zhuǎn)子及外罩等ZL108發(fā)動機活塞等第64頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二圖5-14鋁合金汽缸體第65頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二圖5-15鋁合金輪轂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。無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，屬逆磁性材料，具有抗磁性。第66頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

純銅的突出優(yōu)點是導(dǎo)電及導(dǎo)熱性好，廣泛地應(yīng)用在電氣工業(yè)方面。

純銅在汽車上的主要應(yīng)用有兩個方面，一是利用其導(dǎo)電性，制造電線、電纜和電路接頭等電氣元件；二是利用其導(dǎo)熱性，制造散熱器等導(dǎo)熱元件。

另外，純銅還可用于制作汽缸墊，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，黃銅分普通黃銅和特殊黃銅兩類。

普通黃銅是銅和鋅的二元合金，具有相當好的抗腐蝕性，加工性能很好。普通黃銅的牌號用“H”加數(shù)字表示。“H”是“黃”字漢語拼音字首，數(shù)字表示平均含銅量，余量為Zn。第67頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

普通黃銅在汽車上主要用來制造散熱器管、油管接頭、汽缸水套和黃油嘴等。

為了改善黃銅的某些性能，向其中加入少量其他元素，如Al、Mn、Sn、Si、Pb等，形成固溶體，提高合金強度及改善耐腐蝕性，這種黃銅稱為特殊黃銅。

根據(jù)主要添加元素命名為錳黃銅、鉛黃銅、錫黃銅等。

特殊黃銅的牌號是在“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。

特殊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，可分為錫青銅和特殊青銅兩類。第68頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

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，具有很高的耐蝕性能（但耐酸性差），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。

特殊青銅（SpecialBronze）是用其他元素如Al、Pb、Mn等代替價格昂貴而稀缺的Sn，把此類青銅稱為無錫青銅，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。其牌號表示方法與錫青銅類似。

特殊青銅常用來制造重載荷的軸瓦。第69頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二表5-11常用銅合金在汽車上的應(yīng)用牌號應(yīng)用舉例H62水箱進、出水管，水箱蓋，水箱加水口座及支承，散熱器進、出水管等H68水箱儲水室、水箱夾片、水箱本體主片、散熱器主片等H90排氣管熱密封圈外殼、水箱本體、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QSn4-4-2.5活塞銷襯套、發(fā)動機氣門搖臂襯套等QSn3-1水箱出水閥彈簧、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、曲軸止推墊圈等第70頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二6.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。

在滑動軸承中，制造軸瓦及內(nèi)襯的合金稱為軸承合金（BearingAlloy）。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。

錫基軸承合金的牌號為“ZCh”加基本元素與主加元素的化學(xué)符號并標明主加元素與輔加元素的含量（％）表示。

如ZChSnSb11-6表示錫基軸承合金，基本元素為Sn，主加元素為Sb，其含量為11％，輔加元素為Cu，其含量為6％，余為Sn的含量。第71頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

錫基軸承合金的摩擦系數(shù)和膨脹系數(shù)小，具有良好的導(dǎo)熱性、塑性和耐蝕性，適于制造高速重負荷零件。錫基軸承合金在汽車上主要用于制造發(fā)動機的曲軸軸瓦和連桿軸瓦等。

鉛基軸承合金常用牌號為ZChPbSb16-16-2，含16％的Sb，16％的Sn，2％的Cu，其余為Pb的含量。

鉛基軸承合金的硬度、強度和韌性比錫基軸承合金低，常做低速、低負載的軸承合金使用。鉛基軸承合金在汽車上主要用來制作中等負載的軸瓦。銅基軸承合金有鉛青銅、錫青銅等，常用牌號有ZCuPb30，ZCuSn10P1。

銅基軸承合金具有高的疲勞強度和承載能力，優(yōu)良的耐磨性、導(dǎo)熱性和低的摩擦系數(shù)。

因此，銅基軸承合金在汽車上常用作制造承受高載荷、在高速度及高溫下工作的軸承。第72頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

鋁基軸承合金是以鋁為基體加入銻、錫等合金元素所組成的合金，密度小，導(dǎo)熱性和耐蝕性好，疲勞強度高，原料豐富，價格低廉，廣泛應(yīng)用于制作汽車上的曲軸軸瓦和連桿軸瓦。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（Plastic）1.塑料的組成

塑料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。第73頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二2.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。第74頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二名稱主要特性應(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5-12汽車常用塑料的種類、特性及應(yīng)用第75頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二5.2.2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。第76頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二3.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5-16），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5-17）、減振配件以及耐油配件等。圖5-16輪胎圖5-17橡膠水管

第77頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二表5-13汽車常用橡膠的種類、特性及應(yīng)用種類主要特性應(yīng)用舉例天然橡膠有良好的耐磨性、抗撕裂性，加工性能好，但耐高溫、耐油、耐臭氧較差，易老化輪胎、膠帶、膠管及通用橡膠制品等丁苯橡膠有優(yōu)良的耐磨性、耐老化性，力學(xué)性能與天然橡膠相近，但加工性能，特別是黏著性較天然橡膠差輪胎、制動摩擦片、離合器摩擦片、膠帶、膠管及通用橡膠制品等丁基橡膠有良好的耐氣候、耐臭氧、耐酸堿及無機溶劑性能，氣密性好，吸振能力強輪胎內(nèi)胎、電線、電纜、膠管、減振配件等氯丁橡膠有良好的物理、力學(xué)性能，耐臭氧、耐腐蝕、耐油、黏著性好，但密度大，電絕緣性差，加工時易粘輥、粘模膠帶、膠管、橡膠膠黏劑、模壓制品、汽車門窗嵌條等丁腈橡膠優(yōu)良的耐油、耐老化、耐磨性能，耐熱性、氣密性好，但耐寒性、加工性較差油封、皮碗、O形密封圈、油管等耐油配件第78頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二5.2.3汽車涂料

涂料（Paint）早期被稱為“油漆”,近年來已正式用“涂料”這個名稱。

汽車涂料由于其產(chǎn)量大、品種多、要求高以及獨特的施工性能等而成為一種專用涂料。汽車車身涂料又是汽車涂料中用量最大、要求最高的。1.汽車車身用底漆1）特性

底漆是直接涂布在經(jīng)過表面處理的車身表面上的第一道漆，是整個涂層的基礎(chǔ)。它對車身的防銹蝕和整個涂層的經(jīng)久耐用起著主要的作用。

底漆必須具備下列特性：附著力強，除在車身表面上附著牢固外，并能與膩子或面漆黏附牢固；有良好的防銹能力、耐腐蝕性和耐水性（耐潮濕性）；底漆涂膜應(yīng)具有較高的機第79頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二械強度和適當?shù)膹椥?，當車身蒙皮膨脹或收縮時，不致脆裂脫落，并且當面漆老化收縮時，也不致折裂卷皮，能滿足面漆持久性的要求；有良好的施工性，能適應(yīng)汽車涂裝工藝和大量流水生產(chǎn)的特點。2）種類

車身用底漆的品種甚多，按“汽車油漆涂層”的分組，底漆可以分為優(yōu)質(zhì)防腐蝕性涂層、高級裝飾性填充底漆、中級裝飾性保護性涂層、一般防銹蝕保護性涂層底漆。

按底漆使用漆料的不同分組，如用醇酸涂料制成的底漆稱醇酸底漆；還有酚醛底漆、環(huán)氧底漆、鐵紅、鋅黃醇酸底漆、環(huán)氧富鋅底漆等。常用汽車車身用底漆見表5-14。2.汽車車身用中間層涂料1）特性中間層涂料是指介于底漆層與面漆層之間的涂層所用的涂料。第80頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

中間層涂料的主要功能是改善被涂工件表面和底涂層的平整度，為面漆層創(chuàng)造良好的基底，以提高整個涂層的裝飾性。

對于表面平整度較好，裝飾性要求又不太高的載重汽車的車身和中級客車、轎車，在大量流水生產(chǎn)中，常不采用中間涂層，以簡化工藝。但對于裝飾性要求高的客車、轎車，有時采用幾種中間層涂料。

中間層涂料應(yīng)具有以下特性：應(yīng)與底漆、面漆層配套良好，涂層的結(jié)合力強，硬度適中，不被面漆的溶劑咬起；應(yīng)具有填平性，能消除被涂漆表面的劃紋等微小缺陷；打磨性能好，打磨時不粘砂紙，在濕打磨后，能得到平整光滑的表面，并能高溫烘干；耐潮濕性好，不應(yīng)引起涂層起泡。2）種類

中間層涂料的種類也比較多，主要有環(huán)氧樹脂、氨基醇酸樹脂和醇酸樹脂涂料等幾種。第81頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二3.汽車車身用面漆1）具體要求

汽車車身用面漆是汽車多層涂層中最后