汽車材料單元一-課題二

單元一

金屬材料的性能

課題二金屬材料的其他性能

一、金屬材料的物理性能由于機器零件的使用用途不同，對材料的物理性能要求也有所不同。如制造汽車散熱器水箱需要選用導(dǎo)熱性好的金屬材料；金屬材料的加工過程也廣泛地利用其物理性能，如在汽車維修工作中，可以利用金屬材料的熱膨脹性，用熱裝法將活塞安裝在連桿上，即先將活塞放在熱油或開水中加熱，使活塞孔的內(nèi)徑產(chǎn)生熱膨脹，從而使活塞銷順利地安裝在連桿上。金屬材料的物理性能主要包括密度、熔點、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性和導(dǎo)電性等。1．密度單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為該物質(zhì)的密度，即：ρ=m/V

式中，ρ為物質(zhì)的密度，單位kg/m3；m為物質(zhì)的質(zhì)量，單位kg；V為物質(zhì)的體積，單位m3。密度大于50kg/m3的金屬稱為輕金屬，密度大于50kg/m3的金屬稱為重金屬。金屬材料的密度可由密度測量儀直接測出。密度測量實驗

密度測量實驗器材準(zhǔn)備

天平量杯量杯砝碼金屬塊細(xì)線密度測量實驗U碼撥至零刻度位置調(diào)節(jié)平衡螺母，直至分度盤指針位于中央調(diào)節(jié)天平

密度測量實驗在天平一側(cè)加金屬塊在天平另一側(cè)加砝碼調(diào)節(jié)U碼，直至天平恢復(fù)平衡記錄金屬塊質(zhì)量m

測量金屬塊質(zhì)量

密度測量實驗在量筒中倒入適量水觀察并記錄水的體積用細(xì)線系牢金屬塊將金屬塊放入水中，觀察水和金屬塊的總體積值V總，計算并記錄金屬塊體積V=V總-V水測量金屬塊質(zhì)量

密度測量實驗在量筒中倒入適量水觀察并記錄水的體積用細(xì)線系牢金屬塊將金屬塊放入水中，觀察水和金屬塊的總體積值V總，計算并記錄金屬塊體積V=V總-V水

測量金屬塊體積

密度測量實驗實驗結(jié)束，器材整理計算金屬塊的密度ρ=m/V，完成實驗報告。實驗整理

密度測量注意事項課題二金屬材料的其他性能2．熔點金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)時的溫度稱為熔點，對金屬材料的熔煉、熱加工有直接影響，并與材料的高溫性能有很大關(guān)系。熔點高的金屬稱為難熔金屬，如鎢、鉬、釩等，可以用來制造耐高溫零件，如高級汽車上的曲軸、氣缸的鎢絲筒，汽車照明用的鎢絲，國外汽車發(fā)動機耐高溫鑄件（如排氣管、渦輪殼）等。熔點低的金屬稱為易熔金屬，如錫、鉛等，可用于制造保險絲和防火安全閥零件等。熔點可由熔點測試儀直接測出。不同材質(zhì)的物體熔點可選用相應(yīng)方法進行測量。

a)

b)

c)

d)課題二金屬材料的其他性能3．導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性是對固體或液體傳熱的能力的衡量，用熱導(dǎo)率來衡量。熱導(dǎo)率越大，導(dǎo)熱性越好。金屬當(dāng)中銀的導(dǎo)熱性最好，銅和鋁次之，一般來說，合金的導(dǎo)熱性比純金屬差。導(dǎo)熱性性差的材料，在熱加工和熱處理的加熱和冷卻過程中容易形成內(nèi)應(yīng)力，使零件變形和開裂（如玻璃杯在快速加熱時的爆裂現(xiàn)象）。導(dǎo)熱性好的金屬散熱性也好，在制造散熱器、熱交換器與活塞等零件時，要選用導(dǎo)熱性好的金屬材料。導(dǎo)熱性可由導(dǎo)熱系數(shù)測試儀測得，不同材料可選用相應(yīng)的測量儀。

導(dǎo)熱系數(shù)測試儀課題二金屬材料的其他性能4．熱膨脹性金屬材料隨著溫度變化，體積也發(fā)生變化（膨脹或收縮）的現(xiàn)象稱為熱膨脹，一般來說，金屬受熱時膨脹，體積增大，冷卻時收縮，體積縮小。熱膨脹性多用線膨脹系數(shù)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。對于在高溫環(huán)境下工作，或者在冷、熱交替環(huán)境中工作的金屬零件，必須考慮其膨脹性能的影響。由膨脹系數(shù)大的材料制造的零件，在溫度變化時，尺寸和形狀變化較大。軸和軸瓦之間要根據(jù)其膨脹系數(shù)來控制其間隙尺寸；熱加工和熱處理時也要考慮材料的膨脹影響，以減少工件的變形和開裂。膨脹系數(shù)測量儀種類較多，如圖1-25為線性熱膨脹測量儀。

線性熱膨脹測量儀課題二金屬材料的其他性能5．磁性能吸引鐵磁性物體的性質(zhì)稱為磁性。金屬材料可分為鐵磁性材料（如鐵、鋁等在外磁場中能強烈地被磁化），順磁性材料（如錳、鉻等在外磁場中只能微弱地被磁化）和抗磁性材料（如銅、鋅等能抗拒或削弱外磁場對材料本身的磁化作用）。鐵磁性材料可用于制造變壓器、電動機和測量儀表等。如航海羅盤要求避免電磁場干擾，必須選用抗磁性材料制造。鐵磁性材料當(dāng)溫度升高到一定數(shù)值后，會轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾朋w。軟磁材料磁性測量系統(tǒng)課題二金屬材料的其他性能6．導(dǎo)電性傳導(dǎo)電流的能力稱為導(dǎo)電性，用電阻率來衡量。電阻率越小，金屬材料的導(dǎo)電性越好，金屬中銀的導(dǎo)電性最好，銅和鋁次之，合金的導(dǎo)電性比純金屬差。電阻率小的金屬（純銅、純鋁）適合制造導(dǎo)電零件和電線。電阻率大的金屬或合金（如鎢、鉬、鐵、鉻）適合做電熱元件。

金屬導(dǎo)電率測量儀課題二金屬材料的其他性能二、金屬材料的化學(xué)性能金屬與其他物質(zhì)引起化學(xué)反應(yīng)的特性稱為金屬的化學(xué)性能。在實際應(yīng)用中主要考慮金屬的耐腐蝕性和抗氧化性，特別是抗腐蝕性對金屬的腐蝕疲勞損傷有著重大的意義.1．耐腐蝕性金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞的能力稱為耐腐蝕性。碳鋼、鑄鐵的耐腐蝕性較差；鈦及其合金、不銹鋼、耐腐蝕性好。鋁合金和銅合金的耐腐蝕性較好。汽車零部件制造所用的材料以金屬為主，在使用中，金屬材料的腐蝕是難以避免的。汽車發(fā)動機在汽缸冷卻時，燃料中的硫等很容易在缸壁上生成酸性物質(zhì)，此時腐蝕很強烈。當(dāng)汽缸內(nèi)氣溫較高時，酸性物質(zhì)的腐蝕會小很多，但此時因潤滑油黏度隨溫度的升高而降低，油膜不易形成，抵抗腐蝕的能力減小，使得磨損加劇。課題二金屬材料的其他性能車輛金屬零件腐蝕比較嚴(yán)重的部位是鈑金件部分，如駕駛室、車廂、車殼體、車底板、擋泥板、底盤等。金屬零件的腐蝕，不僅會降低其品質(zhì)和壽命，還會因腐蝕造成異常損壞而引發(fā)交通事故。圖為被腐蝕的軸瓦、被腐蝕的汽車排氣管和生銹卡死的軸承。

a)被腐蝕的軸瓦

b)被腐蝕的汽車排氣管

c)生銹卡死的軸承課題二金屬材料的其他性能金屬防腐蝕的方法很多，主要有改善金屬的本質(zhì)，把被保護金屬與腐蝕介質(zhì)隔開，或?qū)饘龠M行表面處理，改善腐蝕環(huán)境以及電化學(xué)保護等。（1）改善金屬的本質(zhì)?？稍诮饘僦刑砑雍辖鹪?，提高材料的耐腐蝕性。如在鋼中加入鎳等元素制成不銹鋼來防止或減緩金屬的腐蝕。（2）形成保護層。防止金屬腐蝕簡單有效的方法是在金屬表面覆蓋各種保護層，把被保護金屬同腐蝕介質(zhì)隔開。如在汽車車身噴涂油漆等。圖為使用防銹蠟對底盤進行防腐。使用防銹蠟進行防腐課題二金屬材料的其他性能（3）改善腐蝕環(huán)境。減少腐蝕介質(zhì)的濃度，除去介質(zhì)中的氧，控制環(huán)境溫度和濕度，在腐蝕介質(zhì)中添加緩蝕劑來防止和減少金屬的腐蝕。（4）電化學(xué)保護法。根據(jù)電化學(xué)原理在金屬設(shè)備上采取措施，使之成為腐蝕電池中的陰極，從而減輕或防止金屬腐蝕。2．抗氧化性金屬材料在高溫時抵抗氧化腐蝕作用的能力稱為抗氧化性。氧化是一種典型的化學(xué)腐蝕，在高溫空氣、燃燒廢氣等氧化性氣氛中，金屬與氧接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)即氧化腐蝕，腐蝕產(chǎn)物(氧化膜)附著在金屬的表面。隨著氧化的進行，氧化膜厚度繼續(xù)增加，金屬氧化到一定程度后是否繼續(xù)氧化，直接取決于金屬表面氧化膜的性能。如果生成的氧化膜是致密、穩(wěn)定的、與基體金屬結(jié)合力高，氧化膜強度較高，就能夠阻止氧原子向金屬內(nèi)部的擴散，降低氧化速度，否則會加速氧化，使金屬表面起皮和脫落等，導(dǎo)致零件早期失效。為被氧化腐蝕的汽車輪轂。

被氧化腐蝕的汽車輪轂課題二金屬材料的其他性能3．金屬材料的工藝性能金屬材料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，主要包括鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理工藝性能等。在制造維修考慮選擇工藝加工方法時，必須要考慮金屬材料的工藝性能。如鑄造性能較好，切削加工性能也較好的灰口鑄鐵廣泛應(yīng)用于制造形狀和尺寸較復(fù)雜的零件，但其壓力加工性能和焊接性能均較差。低碳鋼的冷沖壓性能和焊接性能較好，故用來加工制造形狀較復(fù)雜的汽車駕駛室等零部件。金屬材料的熱處理性能較好，能通過不同的熱處理工藝方法來改善和提高材料的各種性能。金屬材料的熱處理在后續(xù)章節(jié)介紹。小結(jié)物理性能密度單位體積物質(zhì)的質(zhì)量ρ熔點金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)時的溫度

導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性是對固體或液體傳熱的能力的衡量熱導(dǎo)率熱膨脹性金屬材料隨著溫度變化，體積也發(fā)生變化（膨脹或收縮）的現(xiàn)象熱膨脹系數(shù)磁性能吸引鐵磁性物體的性質(zhì)導(dǎo)電性傳導(dǎo)電流的能力稱為導(dǎo)電性，

電阻率化學(xué)性能抗氧化性金屬材料在高溫時抵抗氧化腐蝕作用的能力耐腐蝕性屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞的能力工藝性能鑄造性能金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能壓力加工性能利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，來獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能焊接性能金屬材料通過加熱或加熱和加壓焊接方法，把兩個或兩個以上金屬材料焊接到一起，接口處能滿足使用目的的特性切削加工性能切削加工金屬材料的難易程度熱處理工藝性能金屬經(jīng)過熱處理后其組織和性能改變的能力課題二金屬材料的其他性能作業(yè)：（一）填空題1．金屬材料的物理性能主要包括

、

、

、

、

和

等。2．金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)時的溫度稱為

。3．材料的熱導(dǎo)率越大，導(dǎo)熱性越

。4．傳導(dǎo)電流的能力稱為

，用電阻率來衡量。5．金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞的能力稱為

。6．金屬材料在高溫時抵抗

的能力稱為抗氧化性。7．金屬材料的

和

統(tǒng)稱為化學(xué)穩(wěn)定性。課題二金屬材料的其他性能（二）判斷題（正確的打√，錯誤的打×）1．汽車發(fā)動機中的活塞要求質(zhì)輕、運動時慣性要小，所以選用密度較小的輕金屬材料鋁合金等制造。（）2．制造汽車散熱器水箱需要選用導(dǎo)熱性好