項(xiàng)目一 汽車材料及性能

任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用任務(wù)三

有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用任務(wù)四

非金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用單元一汽車材料及性能任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能（一）金屬材料力學(xué)性能；（二）金屬材料的物理、化學(xué)性能；（三）金屬材料的工藝性能；目錄任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能任務(wù)導(dǎo)入

汽車由成千上萬個零件組成，而這些零件是用不同的材料制成的，其中金屬材料是汽車制造的基本材料，在汽車制造與維修中，為了能正確的加工和合理選用金屬材料，就必須充分了解和掌握金屬材料的性能。那什么是金屬材料的性能，金屬材料的性能又主要包括哪些方面呢？任務(wù)分析

汽車金屬材料包括黑色金屬材料和有色金屬材料兩大類，其性能包括使用性能和工藝性能。金屬的使用性能是是指金屬材料在使用過程中所表現(xiàn)出來的性能，主要有物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能等；金屬的工藝性能是指金屬材料在加工過程中表現(xiàn)出來的性能，即金屬材料對不同加工方法的適應(yīng)性，主要有鑄造性能、焊接性能、壓力加工性能、切削加工性能、熱處理性能等。任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能1.掌握金屬材料力學(xué)性能的概念及衡量指標(biāo)；2.熟悉金屬材料的物理性能及化學(xué)性能；3.熟悉常見金屬材料的加工方法及工藝性能。學(xué)習(xí)目標(biāo)（一）金屬材料的力學(xué)性能任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能相關(guān)知識

金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能稱為力學(xué)性能（或機(jī)械性能）。金屬材料的的力學(xué)性能是零件設(shè)計和選材時的主要依據(jù)，也是評價金屬材料質(zhì)量的重要依據(jù)。通常以強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、抗疲勞性等性能指標(biāo)衡量金屬材料的力學(xué)性能。1.強(qiáng)度

強(qiáng)度是金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。根據(jù)外力的性質(zhì)和作用方式的不同，外加載荷可分為靜載荷、沖擊載荷和交變載荷等。金屬材料的強(qiáng)度可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度、抗剪切強(qiáng)度等，通常以拉伸試驗(yàn)測得的強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)用最為廣泛。在拉伸外力的作用下，金屬材料常用的強(qiáng)度指標(biāo)主要有屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度等。

金屬材料的抗拉強(qiáng)度通常用拉伸試驗(yàn)來測定。圖1-2為低碳鋼的拉伸曲線圖。任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能1）拉伸試樣任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能

圖1-1圓柱形拉伸式樣

圖1-2

低碳鋼的拉伸曲線示意圖

a)F-ΔL曲線b)σ-ε曲線

任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能2）拉伸過程分析3）強(qiáng)度指標(biāo)

金屬材料常用的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度等。

（1）屈服點(diǎn)σs：塑性材料產(chǎn)生屈服時的應(yīng)力，表示材料發(fā)生明顯塑性變形時的最低應(yīng)力值。對脆性材料，試樣卸除載荷后，其標(biāo)距部分的殘余伸長率達(dá)到試樣標(biāo)距長度的0.2%時的應(yīng)力，用符號σ0.2表示。零件工作時不允許產(chǎn)生明顯的塑性變形，因此σs和σ0.2是汽車零件設(shè)計和選材的主要依據(jù)。

（2）抗拉強(qiáng)度σb：材料在拉斷前所承受的最大應(yīng)力。零件在拉伸條件下所承受的應(yīng)力值超過抗拉強(qiáng)度時將斷裂報廢，因此它也是汽車零件設(shè)計和選材的主要依據(jù)。任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能2.塑性

金屬材料在斷裂前發(fā)生塑性變形的能力，稱為塑性。它常用金屬材料拉斷后的伸長率和斷面收縮率表示。

1）斷后伸長率δ

試樣拉斷后標(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)距的百分比，是反映材料塑性變形能力大小的指標(biāo)。

2）斷面收縮率ψ

試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，也是反映材料塑性變形能力的一個指標(biāo)。

斷后伸長率δ和斷面收縮率ψ越大，說明材料的塑性越好，越容易進(jìn)行壓力加工。任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能3.硬度金屬材料受壓時抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕和劃痕的能力，稱為硬度。經(jīng)常用來表示硬度的指標(biāo)有兩種：一是布氏硬度，二是洛氏硬度。

1）布氏硬度(HB)

指在布氏硬度試驗(yàn)機(jī)上測得的材料的硬度。

圖1-3布氏硬度試驗(yàn)示意圖任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能2）洛氏硬度(HR)

指在洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)上測得的材料的硬度。圖1-4洛氏硬度試驗(yàn)示意圖任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能4.沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度

強(qiáng)度、塑性和硬度是在靜載荷作用下測得的金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)。但在實(shí)際的工作條件下，汽車零部件（如曲軸、連桿、齒輪等）經(jīng)常承受沖擊載荷或交變載荷的作用，其破壞力遠(yuǎn)大于靜載荷，所以零件設(shè)計時必須充分考慮沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度。任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能1）沖擊韌性

指材料抵抗沖擊載荷破壞的能力，用沖擊吸收功或沖擊韌度表示，也可視為材料強(qiáng)度和塑性二者綜合性能的反映，常采用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)方法進(jìn)行測定，如圖1-5所示。影響沖擊韌度的因素包括工件的表面質(zhì)量、材料內(nèi)部質(zhì)量、加載速度及工作溫度等。

圖1-5沖擊試驗(yàn)示意圖任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能2）疲勞強(qiáng)度

零件在交變應(yīng)力作用下過早發(fā)生破壞的現(xiàn)象稱為“疲勞”，疲勞破壞沒有明顯的征兆，具有較大的突發(fā)性和危害性，汽車上的齒輪、彈簧、缸蓋、軸承等零部件的損壞多屬于疲勞破壞。疲勞強(qiáng)度是指材料經(jīng)受無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不被破壞的最大應(yīng)力值。鋼鐵材料的實(shí)際疲勞強(qiáng)度是指材料的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N取107次時所對應(yīng)的交變應(yīng)力；有色金屬N取108次時所對應(yīng)的交變應(yīng)力。圖1-6為疲勞試驗(yàn)原理及疲勞曲線圖。任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能圖1-6疲勞試驗(yàn)原理及疲勞曲線圖任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能（二）金屬材料的物理、化學(xué)性能1.金屬材料的物理性能材料的物理性能指的是材料在物理方面的特征，即材料固有的屬性。金屬的物理性能包括密度、熔點(diǎn)、電性能、熱性能及磁性能等。2.金屬材料的化學(xué)性能

化學(xué)性能是指金屬材料在外部介質(zhì)的化學(xué)作用下所表現(xiàn)出的性能，主要包括耐腐蝕性能、高溫抗氧化性能等。任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能（三）金屬材料的工藝性能

金屬材料的工藝性能是指在加工過程中對不同加工方法的適應(yīng)性。材料工藝性能影響到加工的難易程度，從而影響到零件加工后的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和加工成本。金屬的工藝性能主要包括鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、切削加工性能及熱處理性能等。任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能1.鑄造性能

鑄造是指將熔化后的金屬液澆鑄、壓射或吸入鑄型中，待冷卻凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法。鑄造在汽車制造工藝中應(yīng)用廣泛看，例如在發(fā)動機(jī)曲軸、汽缸體、汽缸蓋、活塞、連桿、凸輪軸、減速器殼等均采用鑄造工藝。金屬的鑄造性能是指鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全的鑄件的能力，主要有流動性、收縮性等，這些性能對能否獲得優(yōu)質(zhì)鑄件至關(guān)重要。任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能2.壓力加工性能

利用壓力使金屬產(chǎn)生塑性變形，使其改變形狀、尺寸和改善性能，獲得型材、棒材、板材、線材或鍛壓件的加工方法稱壓力加工。壓力加工常用的方法有自由鍛造、模鍛、軋制、擠壓、拉拔、板料沖壓等。金屬在壓力加工時塑形成形的難易程度稱為壓力加工性能。任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能3.焊接性能

金屬焊接性是金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，是指金屬在一定的焊接方法、焊接材料、焊接參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式條件下獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。它包括兩個方面的內(nèi)容：一是工藝性能可，即在一定工藝條件下，焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向，尤其是出現(xiàn)裂紋的可能性；二是使用性能，即焊接接頭使用中的可靠性，包括力學(xué)性能及耐熱、耐蝕等特殊性能。任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能4.切削加工性能

材料的切削加工性能是指材料進(jìn)行切削加工時的難易程度，也可稱為材料的可切削性。切削加工性能直接影響零件的表面質(zhì)量、刀具的使用壽命、切削加工成本等，是汽車材料加工的重要性能之一。任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能5.熱處理性能

熱處理是對鋼鐵材料利用加熱、保溫和冷卻改變金屬物理性質(zhì)的工藝方法。熱處理能改善鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善鋼的力學(xué)性能。它是改善鋼材加工性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，延長使用壽命，充分發(fā)揮材料潛力的重要手段。所有的刀具、模具、量具、滾動軸承等均需進(jìn)行熱處理，在汽車工業(yè)中，有80%以上的鋼鐵零件需要熱處理，可見熱處理在汽車制造工業(yè)中占有十分重要的地位。鋼的熱處理性能包括淬透性、晶粒長大傾向、回火穩(wěn)定性、淬裂敏感性、脫碳敏感性等。任務(wù)一

汽車常用金屬材料性能任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

（一）鐵碳合金的基本知識；（二）鋼的熱處理；（三）鋼的分類及應(yīng)用；（四）鑄鐵的分類及應(yīng)用；目錄任務(wù)導(dǎo)入

大部分汽車零件均采用鋼鐵材料制成，據(jù)粗略統(tǒng)計，生產(chǎn)一輛汽車的的原材料中，鋼鐵材料所占的比例約為80%左右。近年來，輕量化與環(huán)保是當(dāng)今汽車材料發(fā)展的主要方向，各種材料在汽車上的應(yīng)用比例正在發(fā)生變化，如鋁鎂合金、塑料及復(fù)合材料的用量有較大的增長，但鋼鐵材料仍占據(jù)主導(dǎo)地位。為了應(yīng)對來自輕質(zhì)材料的挑戰(zhàn)，鋼鐵企業(yè)將開發(fā)重點(diǎn)放在了高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼材料上，并取得了良好的減重效果。鋼鐵材料在汽車制作中的地位如此重要，那么什么是鋼鐵材料，鋼鐵材料的種類、性能特點(diǎn)有哪些，如何根據(jù)汽車零件的工作條件和要求選用合適的材料？任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

任務(wù)分析

鋼鐵材料又稱黑色金屬，它占金屬材料總量的95%以上。鋼鐵材料按含碳量的不同又可以分為鑄鐵和鋼，其中，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%的鐵碳合金稱為鋼。鋼鐵以外的金屬材料稱為有色金屬材料或非鐵金屬材料。由于黑色金屬力學(xué)性能優(yōu)良，價格低廉，因此在汽車工程材料中占有不可替代的主導(dǎo)地位。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

1.掌握鐵碳合金的相關(guān)基礎(chǔ)知識；2.掌握鋼材熱處理的目的、類型及應(yīng)用；3.掌握碳鋼、合金鋼、鑄鐵的種類、牌號及性能特點(diǎn)；4.掌握鋼鐵材料在汽車上的實(shí)際應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

（一）鐵碳合金的基本知識相關(guān)知識

1.合金的概念大多數(shù)的純金屬不能滿足工業(yè)生產(chǎn)對金屬材料多品種、高性能的要求，因此工程上采用的金屬材料多為不同成分的合金。合金是由兩種或兩種以上的金屬、或金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質(zhì)。組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。組元可以是金屬、非金屬，也可以是穩(wěn)定的化合物。由兩個組元組成的合金稱為二元合金，如銅和鋅兩個組元組成的黃銅；由多個組元組成的合金稱為多元合金。由若干給定組元按不同的比例配制成的一系列化學(xué)成分不同的合金稱為合金系，如工業(yè)生產(chǎn)中常用的鐵碳合金系。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

2.鐵碳合金的分類鐵碳合金可分為工業(yè)純鐵、鋼和白口鑄鐵，見表1-4。

合金種類

工業(yè)純鐵鋼白口鑄鐵亞共析鋼共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵wC(%)≤0.0218%0.0218%<wC≤2.11%2.11%<wC≤6.69%<0.770.77>0.77<4.34.3>4.31）工業(yè)純鐵指含碳量wC≤0.0218%的鐵碳合金。2）鋼指含碳量wC為0.0218%～2.11%的鐵碳合金。3）白口鑄鐵指含碳量wC為2.11%～6.69%的鐵碳合金。表1-4鐵碳合金分類及含碳量圖1-7含碳量對碳鋼力學(xué)性能的影響任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

3.含碳量對鐵碳合金組織及性能的影響（二）鋼的熱處理

鋼的熱處理是將固態(tài)鋼材采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結(jié)構(gòu)和性能的一種加工工藝。其主要工藝參數(shù)是加熱溫度、保溫時間和冷卻速度，其工藝曲線如圖1-8所示。熱處理可以充分發(fā)揮鋼材潛力，提高力學(xué)性能，延長零件上的使用壽命，消除鑄造、鍛壓、焊接等熱加工造成的各種缺陷，并為后續(xù)工作做好組織準(zhǔn)備。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

圖1-8鋼的熱處理工藝曲線圖任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

1.熱處理工藝分類

根據(jù)熱處理的目的及其加熱和冷卻方式的不同，熱處理工藝可分為以下幾類：1）普通熱處理其特點(diǎn)是對工件進(jìn)行穿透加熱，又稱整體熱處理。主要包括退火、正火、淬火和回火等。2）表面熱處理其特點(diǎn)是對工件表面進(jìn)行熱處理，以改變表層組織和性能。主要是表面淬火和回火、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、等離子化學(xué)氣相沉積等。3）化學(xué)熱處理其特點(diǎn)是改變工件表面化學(xué)成分、組織和性能。主要包括滲碳、滲氮、碳氮共滲等。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

2.鋼的退火與正火退火與正火是鋼材常用的兩種基本熱處理工藝方法，主要是用來熱處理鋼制毛坯件，為以后切削加工和最終熱處理做組織準(zhǔn)備，因此，一般稱退火與正火為預(yù)備熱處理。1）退火

將鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋匾欢螘r間，然后緩慢冷卻至室溫的熱處理工藝稱為退火。退火的目的如下：

1)細(xì)化晶粒，均勻鋼的成分與組織，改善鋼的力學(xué)性能或?yàn)橐院蟮臒崽幚碜鰷?zhǔn)備;

2)降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工;

3)消除前道工序(如鑄造、鍛造、軋制)中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

2）正火

將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一段時間，隨后取出置于靜止的空氣中冷卻的工藝過程稱為正火。對于力學(xué)性能要求不高的普通結(jié)構(gòu)件，正火可作為最終熱處理或重要結(jié)構(gòu)件的預(yù)備熱處理。退火與正火的目的基本相同，均是為了改善低碳鋼、低碳合金鋼的切削性能，改善力學(xué)性能，為以后的熱處理做好準(zhǔn)備，生產(chǎn)中可按照使用性能及切削性能的需要進(jìn)行選擇。主要區(qū)別是冷卻速度不同，正火的冷卻速度少快于退火，過冷度較大，強(qiáng)度和硬度較高。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

3.鋼的淬火將鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一段時間，隨后在介質(zhì)進(jìn)行冷卻，以獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理方法稱為淬火。淬火是為工件的最終熱處理進(jìn)行的組織準(zhǔn)備，鋼在淬火后必須進(jìn)行回火。1）淬火加熱溫度

依據(jù)鐵碳相圖可以確定鋼的淬火加熱溫度。淬火加熱溫度低于規(guī)定溫度，淬火后組織中除了馬氏體外還有鐵素體，致使淬火硬度不足，加熱溫度過高，將使奧氏體晶粒粗大，淬火后馬氏體晶粒粗大，導(dǎo)致鋼的脆性增加，強(qiáng)度降低，甚至出現(xiàn)變形與開裂。

任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

4.鋼的回火將淬火后的工件加熱適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一段時間，然后冷卻至室溫的工藝過程稱為回火。淬火后的組織雖然具有高的硬度和高的強(qiáng)度，但脆性很大，不能承受沖擊載荷，無法滿足使用要求。為此，必須經(jīng)過回火處理才能使零件獲得理想的力學(xué)性能。1）回火的目的1）減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止工件在使用過程中產(chǎn)生變形與開裂。2）提高韌性，調(diào)整強(qiáng)度與硬度，以滿足工件的使用要求。3）穩(wěn)定組織，使零件在使用過程中不發(fā)生組織或形狀、尺寸的變化，從而保持零件的精度。。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

2）回火的分類與應(yīng)用

（1）低溫回火(150～250℃)低溫回火使鋼的硬度提高(58～64HRC)、耐磨性變好，內(nèi)應(yīng)力降低，韌性提高，主要用于要求高硬度、高耐磨性的零件及工具淬火后的處理，如活塞銷、齒輪、凸輪、曲軸、銼刀、鉆頭、鉸刀等。

（2）中溫回火(350～500℃)中溫回火使鋼具有較高的彈性極限和屈服點(diǎn)，韌性較好，硬度為35～50HRC。

（3）高溫回火(500～650℃)高溫回火使鋼的淬火應(yīng)力完全消除，具有良好的綜合力學(xué)性能：強(qiáng)度較高、塑性、韌性提高，硬度為200～330HBW。淬火后進(jìn)行高溫回火亦稱“調(diào)質(zhì)處理”，一般情況下，汽車的重要零件均需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理一般作為最終熱處理，但由于調(diào)質(zhì)后，鋼的硬度不高，便于切削加工，而且表面質(zhì)量好，故也作為表面淬火和化學(xué)熱處理的預(yù)備熱處理。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用5、鋼的表面熱處理與化學(xué)熱處理對于要求高疲勞強(qiáng)度，心部具有足夠高的強(qiáng)度、塑性、韌性，表面具有高硬度、高耐磨性（如活塞銷、轉(zhuǎn)向節(jié)主銷等）以及在沖擊載荷、交變載荷及表面摩擦條件下工作的零件，必須進(jìn)行表面熱處理或化學(xué)熱處理才能滿足使用性能的要求。1）表面熱處理

表面熱處理是為改變工件表面的組織和性能，僅對其表面進(jìn)行熱處理的工藝，其中表面淬火是最常用的表面熱處理方法。目前生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的是感應(yīng)加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

（1）感應(yīng)加熱表面淬火如圖1-9所示，將工件置于感應(yīng)圈內(nèi)，通以一定頻率的交流電，在磁場作用下工件產(chǎn)生感應(yīng)電流(渦流)，由于渦流在工件截面上分布不均勻，主要集中在表層，致使表層被迅速加熱至淬火溫度，而心部溫度依然很低，隨后即快速冷卻，從而達(dá)到表面淬火的目的，這種方法稱為感應(yīng)加熱表面淬火。（2）火焰加熱表面淬火利用氧-乙炔焰或氧-煤氣焰對零件表面進(jìn)行加熱，將表面迅速加熱至淬火溫度，并使心部依然保持很低的溫度，隨后立即噴射冷卻介質(zhì)，使零件表面迅速冷卻，從而淬成高硬度馬氏體組織，而心部組織仍保持不變，這種熱處理方法稱為火焰加熱表面淬火。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

2）鋼的化學(xué)熱處理

化學(xué)熱處理是將零件置于某種化學(xué)介質(zhì)中加熱、保溫、冷卻，使介質(zhì)中某些元素滲入工件表層，改變表層的化學(xué)成分和組織，從而改變表層性能的熱處理工藝，其目的是提高零件表層的硬度、耐磨性、耐腐蝕性及抗氧化性等。按照滲入元素的不同，有滲碳、滲氮、碳氮共滲、氮碳共滲等多種化學(xué)熱處理方法。

（1）滲碳滲碳是將工件置于滲碳介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行加熱、保溫，使碳原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理方法，其目的是提高表面層的含碳量。滲碳多用于低碳鋼及低合金鋼結(jié)構(gòu)件，如活塞銷，汽車齒輪等，要求表層硬度高，同時還能承受彎曲應(yīng)力及沖擊載荷的作用。

任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

(2）滲氮(氮化)滲氮是在一定介質(zhì)中使活性氮原子滲入工件表層的一種化學(xué)熱處理工藝。滲氮適用于精密零件如內(nèi)燃機(jī)曲軸、精密齒輪、磨床主軸等結(jié)構(gòu)件的最終處理。(3）碳氮共滲同時將碳、氮滲入工件表層，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理稱為碳氮共滲。一般用于結(jié)構(gòu)件的最終熱處理，如齒輪、軸等。(4）氮碳共滲這是一種以滲氮為主，在工件表面上同時滲入氮、碳的化學(xué)熱處理工藝，亦稱軟氮化。由于加熱溫度低，處理時間短，變形小，被用于各種工模具及軸類零件的表面處理。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

（三）鋼的分類及應(yīng)用

對于鐵碳合金來說，含碳量小于2.11%，稱為碳素鋼，簡稱碳鋼；含碳量大于2.11%，稱為鑄鐵。碳鋼和鑄鐵中不可避免含有少量的硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)。為改善鋼的性能，煉鋼時有目的的加入一些合金元素的鋼稱為合金鋼。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

1、雜質(zhì)元素對鋼性能的影響1)錳元素的影響錳是鋼在冶煉時加入錳鐵脫氧后殘留在鋼中的雜質(zhì)元素，其具有一定的脫氧能力,還能與硫形成高熔點(diǎn)(1620℃)的MnS，以減輕硫的有害作用(熱脆性)，改善鋼的熱加工性能；錳能大部分溶解于鐵素體中，使鐵素體強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。2)硅元素的影響硅是鋼在冶煉時加入的強(qiáng)于錳的脫氧劑，可以防止形成FeO，改善鋼的冶煉質(zhì)量。3)硫元素的影響硫是煉鋼時隨礦石和燃料帶入的有害元素，硫的存在使鋼產(chǎn)生熱脆性，鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須嚴(yán)格控制。4)磷元素的影響磷是煉鋼時由礦石帶入的有害元素。磷會導(dǎo)致鋼產(chǎn)生冷脆性，因此要嚴(yán)格控制磷在鋼中的含量。5)非金屬夾雜物的影響在煉鋼過程中形成非金屬夾雜物，如氧化物、硫化物、硅酸鹽、氮化物等。非金屬夾雜物會降低鋼的塑形、韌性、疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能，煉鋼時應(yīng)該嚴(yán)格加以控制。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

2、鋼材的分類1）按化學(xué)成分分類(1）碳素鋼根據(jù)含碳量的不同可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。(2）合金鋼根據(jù)合金元素含量的不同可分為低合金鋼（合金元素含量小于5%）、中合金鋼（合金元素含量在5%～10%之間）和高合金鋼（合金元素含量大于10%）。2）按品質(zhì)分類

(1）普通鋼鋼中有害雜質(zhì)元素較多，一般含硫量≤0.05％，含磷量≤0.045％，如碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼等。

(2）優(yōu)質(zhì)鋼鋼中含有害雜質(zhì)元素較少，一般含硫及磷量均不大于0.04％，如優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼和合金工具鋼、彈簧鋼、軸承鋼等。

(3）高級優(yōu)質(zhì)鋼鋼中含有害雜質(zhì)元素極少，一般含硫量≤0.03％，含磷量≤0.035％，如合金結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼等。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

3）按用途分類

(1)結(jié)構(gòu)鋼包括建筑及工程用結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)械制造用結(jié)構(gòu)鋼。

(2)工具鋼一般用于制造各種工具，如碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼等。

(3)特殊鋼具有特殊性能的鋼，如不銹耐酸鋼、耐熱不起皮鋼、高電阻合金鋼、耐磨鋼、磁鋼等。

(4)專業(yè)用鋼各個工業(yè)部門專業(yè)用途的鋼，如汽車用鋼、農(nóng)機(jī)用鋼、航空用鋼、化工機(jī)械用鋼、鍋爐用鋼、電工用鋼、焊條用鋼等。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

4）按冶煉方法分類

（1）按照爐種可分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼及電爐鋼。

（2）按照脫氧程度和澆注程度分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼及半鎮(zhèn)靜鋼。5）按制造加工形式分類按照鋼的制造加工形式可分為鑄鋼、鍛鋼、熱軋鋼、冷軋鋼、冷拔鋼等。任務(wù)二

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3、汽車工業(yè)中的碳鋼1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號由Q（屈服點(diǎn)的“屈”字漢語拼音字首）、屈服點(diǎn)值、質(zhì)量等級和脫氧方法四部分組成。質(zhì)量等級有A.B.C.D四種。脫氧方法用拼音字首表示：“F”為沸騰鋼、“b”為半鎮(zhèn)靜鋼、“Z”為鎮(zhèn)靜鋼、“TZ’’為特殊鎮(zhèn)靜鋼，通?！癦"和“TZ”可省略。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

牌號應(yīng)用舉例車型零件名稱Q235-AEQ1092百葉窗聯(lián)動杠桿、傳動軸中間軸承支架等2000GSI發(fā)動機(jī)前后支架、后視鏡支桿、油底殼加強(qiáng)板等Q235-A.F奧迪100機(jī)油濾清器凸緣、固定發(fā)電機(jī)的連接板、前鋼板彈簧夾子Q235-B2000GSI3、4、5擋同步錐盤、差速器螺栓鎖片等CA7100車輪輪輻、輪輞、駐車制動器操縱桿棘爪與齒板等Q235-B.FCA7100放水龍頭、手柄夾持架、消聲器、后支架、百葉窗葉片等任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

表1-5普通碳素結(jié)構(gòu)鋼在汽車上的應(yīng)用2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼具有較好的機(jī)械性能，主要用于制造各種機(jī)械零件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和牌號用兩位數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬分之幾，如40鋼，表示該鋼的平均含碳量為0.4%。若鋼中錳的含量較高，則在兩位數(shù)字后面加符號Mn，若為沸騰鋼，則在兩位數(shù)字后面加符號F，如65Mn、08F等。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用牌號應(yīng)用舉例08F駕駛室、油底殼、油箱、離合器等15發(fā)動機(jī)氣門頭、離合器調(diào)整螺栓、曲軸箱通風(fēng)閥體、氣門彈簧座及旋轉(zhuǎn)套、輪胎螺母及螺栓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、連桿螺母、機(jī)油泵輪、車輪螺栓、汽缸蓋定位銷、駐車制動蹄片臂拉桿、前后軸頭螺母、半軸螺栓錐形套等45變速桿、氣門推桿、轉(zhuǎn)向節(jié)主銷、齒環(huán)、變速叉軸、曲軸、凸輪軸、離合器踏板軸及分離叉、同步器鎖銷等50離合器從動盤任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

表1-6優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在汽車上的應(yīng)用3）碳素工具鋼碳素工具鋼碳的含碳量為0.65%-1.35%，一般需熱處理后使用。這類鋼經(jīng)熱處理后具有較高的硬度和耐磨性，但韌性、塑性較差。主要用于制造低速切削刃具以及對熱處理變形要求較低的一般模具。牌號用“T”和數(shù)字組成。數(shù)字表示鋼的平均含碳量為千分之幾。如T8鋼表示平均含碳量為0.8%的碳素結(jié)構(gòu)鋼。若牌號末尾加“A”

，則表示為高級優(yōu)質(zhì)鋼，如T10A。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

4）鑄鋼實(shí)際生產(chǎn)中，許多形狀復(fù)雜的零件很難用鍛壓等方法成形，用鑄鐵又難以滿足性能要求，這時常需要鑄鋼，采用鑄造的方法來獲得鑄鋼件。因此，鑄鋼在機(jī)械制造中尤其是在重型機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。鑄鋼的牌號用“ZG+兩組數(shù)字”表示，ZG是鑄鋼兩字漢語拼音首位字母，兩組數(shù)字分別表示最低屈服點(diǎn)和最低抗拉強(qiáng)度的值，單位是MPa。如ZG200-400，表示最低屈服點(diǎn)不小于200MPa、抗拉強(qiáng)度不小于400MPa的鑄鋼。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

牌號主要化學(xué)成分室溫力學(xué)性能

性能用途CSiMnS,Pσs/MPaσb/MPaδ/%ψ/%αk/(J/cm2ZG200-4000.200.500.800.04200400254060機(jī)殼、變速器殼ZG350-4500.300.500.900.04230450223245外殼、軸承蓋、閥體等ZG270-5000.400.500.900.04270500182535機(jī)架、軸承座、曲軸、汽缸體ZG310-5700.500.600.900.04310570152130氣缸、聯(lián)軸器、齒輪ZG340-6400.600.600.900.04340640121820起重運(yùn)輸機(jī)齒輪、聯(lián)軸器表1-7常見鑄鋼的成分、性能和用途任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

4、工業(yè)生產(chǎn)中的合金鋼1）合金鋼的基礎(chǔ)知識為了獲得某些特定的性能，在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加適量的一種或多種合金元素而構(gòu)成的鐵碳合金稱為合金鋼。合金鋼的主要合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、鋁、銅、硼、稀土等。其中，釩、鈦、鈮、鋯等在鋼中是強(qiáng)碳化物形成元素，只要有足夠的碳，在適當(dāng)條件下，就能形成各自的碳化物，若缺碳或在高溫條件下，則以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中；錳、鉻、鎢、鉬為碳化物形成元素，其中，一部分以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體；鋁、銅、鎳、鈷、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子狀態(tài)存在于固溶體中。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

合金鋼分類方法很多，通常按合金元素含量多少分為低合金鋼（含量<5%）、中合金鋼（含量5%-10%）和高合金鋼（含量>10%）；按質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)合金鋼和特質(zhì)合金鋼；按用途又分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼；按特性和用途綜合又可分為合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、滾動軸承鋼、合金彈簧鋼和特殊性能鋼（如軟磁鋼、永磁鋼、無磁鋼）等。合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號一般由三部分組成（低合金鋼、滾動軸承鋼除外），即“數(shù)字+元素+數(shù)字”。其中前面的數(shù)字由兩位數(shù)字表示，表示鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)；合金元素以化學(xué)元素符號表示；元素后面的數(shù)字表示元素在鋼中的含量，以百分?jǐn)?shù)表示，當(dāng)平均含量低于1.5%時，牌號中一般只標(biāo)元素符號而不標(biāo)明含量。如12CrNi3A表示平均含碳量為0.12%、含Cr量小于1.5%、含Ni量約3%的優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼。目前，在汽車制造工業(yè)中大量使用各種合金鋼材料，表1-8列出了部分合金鋼的牌號和應(yīng)用舉例。

任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

表1-8部分合金鋼的牌號和應(yīng)用舉例牌號應(yīng)用舉例Q390車架前橫梁、車架中橫梁、前保險杠、車架角撐20CrMnTi用于承受高速、中等或重負(fù)荷以及沖擊磨損等的重要零件，如滑動齒輪套、變速器齒輪、萬向節(jié)、差速器十字軸等40Cr發(fā)動機(jī)支架固定螺栓、差速器殼螺栓、減速器銷、齒輪、連桿、轉(zhuǎn)向臂、傳動軸、花鍵軸等65Mn氣門彈簧、轉(zhuǎn)向縱拉桿彈簧、搖臂軸回位彈簧、空壓機(jī)排氣閥波形彈簧墊圈、風(fēng)扇離合器閥片等35SiMn耐磨、耐疲勞，可替代40Cr作軸、齒輪等零件及在430℃以下工作的重要緊固件GCr15用于制造各種滾動軸承內(nèi)外套圈及滾動體的專用鋼，也可以用來制造刀具及部分耐磨零部件，如噴油嘴、針閥、套筒等W18Cr4V制造一般高速切削車刀、刨刀、鉆頭、鉸刀、銑刀等9Cr2主要做冷軋輥、鋼印沖孔鑿、尺寸較大的鉸刀、木工工具5CrNiMo用于形狀復(fù)雜、沖擊載荷重的各種大中型錘鍛模4Cr5W2VSi用于壽命要求較高的熱鍛模、高速錘用模具與沖頭、熱擠壓模具及芯棒、有色金屬壓鑄模等2）常用合金鋼

（1）合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼為用作機(jī)械零件和各種工程構(gòu)件并含有一種或數(shù)種一定量的合金元素的鋼。按照用途不同，可分為普通合金結(jié)構(gòu)鋼和特殊用途合金結(jié)構(gòu)鋼。前者包括低合金高強(qiáng)度鋼、低溫用鋼、超高強(qiáng)度鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼和非調(diào)質(zhì)鋼等；后者包括彈簧鋼、滾珠軸承鋼、易切削鋼、冷沖壓鋼等。

（2）合金工具鋼合金工具鋼基本上是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上再加入適量的合金元素的鋼。它與碳素工具鋼相比，合金工具鋼具有淬透性好、耐磨性好、熱硬性高和熱處理變形小的優(yōu)點(diǎn)。按用途可分為刃具鋼、量具鋼和模具鋼三類。

（3）特殊性能鋼具有特殊用途和特殊物理、化學(xué)性能的鋼，稱為特殊性能鋼。常用的主要有不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用（四）鑄鐵的分類及應(yīng)用

鑄鐵是含碳量大于2.11%，并含有較多硅、錳、硫、磷等存在雜質(zhì)元素的鐵碳合金。鑄鐵碳、硅含量很高，大部分碳是以石墨的形式存在。在不同的冶煉條件下，鑄鐵中石墨的形狀可以呈片狀、球狀等，并由此可將鑄鐵分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵等。為了改善鑄鐵的力學(xué)性能或獲得某種特殊性能，需加入一種或幾種合金元素，如鉻、鎳、銅、鋁、鉬、釩等，從而形成合金鑄鐵。鑄鐵由于其強(qiáng)度、塑性韌性較差，不能采用鍛造、軋制、拉絲等方法加工。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

1、鑄鐵分類

由于鑄鐵在結(jié)晶過程中石墨化程度不同，碳的存在形式亦不相同。常用的鑄鐵主要有以下幾類：

1)灰鑄鐵大部分碳以片狀石墨析出，斷口呈暗灰色，故稱為灰鑄鐵。

2)球墨鑄鐵澆鑄前經(jīng)球化處理而不是在凝固后經(jīng)過熱處理，鑄鐵中的石墨大部分或全部呈球粒狀，因而稱之為球墨鑄鐵。

3)蠕墨鑄鐵將高碳、低硫、低磷及含有一定量硅、錳、稀土元素和鎂的鐵水，經(jīng)蠕化處理后，金相組織中石墨形態(tài)呈蠕蟲狀，故稱之為蠕墨鑄鐵。

4)可鍛鑄鐵一定成分的白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火，使?jié)B碳體分解，石墨呈團(tuán)絮狀的鑄鐵稱為可鍛鑄鐵。

任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

2、常用鑄鐵1）灰鑄鐵灰鑄鐵的牌號用“灰鐵”二字的漢語拼音字首“HT”及表示灰鑄鐵最低抗拉強(qiáng)度(MPa)的數(shù)字表示，如HT150表示為最低抗拉強(qiáng)度為150MPa的灰鑄鐵?；诣T鐵廣泛應(yīng)用于承受壓應(yīng)力及有減振要求的霉件，如床身、機(jī)架、立柱等，也適用于制造形狀復(fù)雜而力學(xué)性能要求不高的箱體、殼體類零件，如缸體、缸蓋、變速器殼、主減速器殼等。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

2）可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵的牌號用“KTH+數(shù)字—數(shù)字”或“KTZ+數(shù)字—數(shù)字”表示，其中“KT”是“可鐵”二字漢語拼音的字首，第三個字母代表可鍛鑄鐵的類別：“H”表示“黑心”，即鐵素體基體，“Z”表示珠光體基體；后面的兩組數(shù)字分別表示可鍛鑄鐵的最低抗拉強(qiáng)度(MPa)和最低斷后伸長率(%)。常用的可鍛鑄鐵牌號有的牌號有KTH330-08,KTH370-12，KTZ550-04等?？慑戣T鐵廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)等機(jī)械制造行業(yè)，適用于制造形狀復(fù)雜、承受沖擊載荷的薄壁件及中小型零件，常用于制造汽車后橋殼、輪轂、變速器撥叉、制動踏板及管接頭、低壓閥門、扳手等零件。但可鍛鑄鐵生產(chǎn)周期較長（退火需要幾十小時），生產(chǎn)率低，成本高，所以其使用受到一定限制，常以球墨鑄鐵代替。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

3）球墨鑄鐵球墨鑄鐵的牌號用“QT+數(shù)字—數(shù)字”表示，“QT”為“球鐵”二字漢語拼音的字首，兩組數(shù)字分別代表球墨鑄鐵的最低抗拉強(qiáng)度(MPa)和最低斷后伸長率(%)。球墨鑄鐵幾乎90%是用于汽車和機(jī)械工業(yè)，其在汽車制造中的應(yīng)用如下：（1）QT400—18、QT400—15、QT400—10：常用于制造汽車輪轂、驅(qū)動橋殼、差速器殼、離合器殼、撥叉等零件。（2）QT500—7：常用于制造機(jī)油泵齒輪、飛輪、傳動軸、鐵路車輛軸瓦等零件。（3）QT600—6、QT700—2、QT800—2：常用于制造柴油機(jī)曲軸、連桿、缸套、凸輪軸、缸體、進(jìn)排氣門座、搖臂等。（4）QT900—2：常用于制造后橋曲線齒錐齒輪、轉(zhuǎn)向節(jié)、傳動軸、曲軸、凸輪軸等零件。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

4）合金鑄鐵合金鑄鐵為含有一定量合金元素的鑄鐵。為了改善鑄鐵的使用性能，在鐵水中加入一種或幾種合金元素（如鉻、鎳、銅、鉬、鋁等），即可獲得具有耐磨、耐熱、耐蝕等特殊性能，并可在腐蝕介質(zhì)、高溫或劇烈摩擦磨損的條件下使用的合金鑄鐵。常用的合金鑄鐵有抗磨鑄鐵、耐熱鑄鐵及耐腐蝕鑄鐵等。任務(wù)二

鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用（一）鋁及鋁合金；（二）銅及銅合金；（三）滑動軸承合金；目錄任務(wù)導(dǎo)入

有色金屬具有鋼鐵材料不具備的許多特殊的物理和化學(xué)性能，又有一定的力學(xué)性能和良好的工藝性能，在汽車制造中是不可缺少的材料。什么是有色金屬材料，在汽車制造中常用的有色金屬材料有哪些，它們各自有什么樣的性能特點(diǎn)呢？任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用任務(wù)分析

通常把鋼鐵材料以外的其他金屬都叫作有色金屬，包括鋁、鎂、銅、鋅、鉛、錫、鎳、鈦、金、銀、鉬、釩等金屬及其合金。與鋼鐵相比，由于成本較高，其產(chǎn)量和使用量相對較少，但有色金屬具有比鋼鐵更為優(yōu)良的物理性能和化學(xué)性能。如鋁、鎂、鈦及其合金的密度小，比強(qiáng)度高；銅、鋅、鎳、鈦及其合金耐腐蝕性強(qiáng)；某些有色金屬具有特殊的電、磁、熱膨脹性能，可以滿足汽車零件的特殊性能要求。有色金屬的種類繁多，常用的主要有鋁及其合金，銅及其合金，軸承合金，鈦、鎂及合金等。任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用1.了解各種有色金屬及其合金的種類；2.掌握常用有色金屬及其合金的性能特點(diǎn)；3.掌握有色金屬及其合金在汽車上的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用（一）鋁及鋁合金相關(guān)知識

鋁及鋁合金是應(yīng)用最廣泛的有色金屬，目前其產(chǎn)量僅次于鋼鐵材料。由于鋁的密度小，有利于汽車的輕量化發(fā)展，在汽車中的使用量和使用率正在逐漸增加。任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用1.鋁及鋁合金的主要特性

1）密度小鋁的密度約為2.7g/cm3，僅為鐵密度的1/3。在電力、航空、航天等部門及日常生活中得到廣泛的應(yīng)用。

2）耐蝕性好在大氣中，鋁本身能自然形成氧化膜，具有優(yōu)良的耐蝕性，不像鋼鐵那樣容易生銹。3）加工性好鋁富有延展性，容易制成板、箔、棒、管、線、型材等各種形狀的制品，易于成形加工、切削加工，純鋁的價格比銅便宜。任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

2、工業(yè)純鋁

純鋁中含有鐵、硅、銅、鋅等雜質(zhì)元素，使性能略微降低。純鋁材料按純度可分為三類。

1）高純鋁純度為99.93%～99.99%，牌號有L01、L02、L03、L04等4種，編號越大，純度越高。主要用于科學(xué)研究及制作電容器等。

2）工業(yè)高純鋁純度為98.85%～99.9%，牌號有L0、L00等，用于制作鋁箔、包鋁及冶煉鋁合金的原料。

3）工業(yè)純鋁純度為98.0%～99.0%，牌號有L1、L2、L3、L4、L5等5種，編號越大，純度越低?？芍谱麟娎|、電線、器皿及配制合金。任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

3、鋁合金

純鋁因其強(qiáng)度低、可焊接性差等特點(diǎn)，在汽車工業(yè)中使用較少，而鋁合金得到了廣泛的應(yīng)用。鋁合金就是在純鋁中加入適量的Si、Cu、Mg、Mn等元素后組成的合金。汽車發(fā)動機(jī)的主要零件——活塞，由鋁合金制造，有些汽車的氣缸體、氣缸蓋以及汽車的車輪也逐漸用鋁合金制造。鋁合金已經(jīng)成為重要的汽車材料之一。鋁合金按加工特點(diǎn)和化學(xué)成分的不同，可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

鋁合金在汽車上的應(yīng)用實(shí)例如下：ZL103用于風(fēng)扇、離合器殼體、前蓋、主動板等；ZL104用于缸蓋蓋罩、挺桿室蓋板、離心式機(jī)油過濾器底座、轉(zhuǎn)子罩、轉(zhuǎn)子體、外罩及過濾法蘭等；ZL108用于發(fā)動機(jī)活塞。任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

（二）銅及銅合金

銅及銅合金是歷史上應(yīng)用最早的金屬，具有良好的耐蝕性和導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，銅合金還有較高的力學(xué)性能。目前，工業(yè)上使用的銅及銅合金主要有工業(yè)純銅、黃銅、青銅和白銅（銅鎳合金）等。1、工業(yè)純銅純銅因其是用電解法獲得的，故也稱電解銅。工業(yè)純銅的純度為99.5%～99.95%，通常成紫紅色，又稱紫銅。純銅的密度約為8.9g/cm3，熔點(diǎn)為1083℃，具有很高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，其導(dǎo)電性僅次于銀而居第二位，故在電器工業(yè)和動力機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用，如用于制作導(dǎo)線、散熱器、冷凝器等?？刮g性較好，在大氣、水蒸氣、水及熱水中基本不腐蝕，但在海水中易受腐蝕。強(qiáng)度低，塑性高，便于冷、熱鍛壓加工。任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

2、銅合金

銅合金按加入元素的不同可分為黃銅、青銅和白銅。在機(jī)械生產(chǎn)中普遍使用的銅合金是黃銅和青銅。

1）黃銅由銅和鋅組成的合金，含鋅一般在35%～40%之間，稱為黃銅。黃銅按成分和應(yīng)用的不同，又可分為普通黃銅、特殊黃銅和鑄造黃銅。2）青銅加入元素分別為錫、鋁、硅、鈹、錳、鉛、鈦等的銅合金統(tǒng)稱為青銅。當(dāng)主要加入元素為錫時，稱為錫青銅，其余均稱為特殊青銅。青銅按工藝特點(diǎn)可分為壓力加工青銅和鑄造青銅兩類。任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

銅合金在汽車上的應(yīng)用實(shí)例：H68用于水箱夾片、水箱本體主片、暖風(fēng)散熱器主片等；HPb59-I用于化油器配制針、制動閥閥座、曲軸箱通風(fēng)閥座、儲氣筒放水閥本體及安全閥座套等；ZCuPb30用于曲軸軸瓦、曲軸止推墊圈等；QSn4-4-2.5用于活塞銷襯套、發(fā)動機(jī)搖臂襯套等；ZCuSn5Pb5Zn5用于離心式機(jī)油過濾器上、下軸承。任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

（三）滑動軸承合金

在滑動軸承中，用于制造軸瓦及內(nèi)襯的合金材料稱滑動軸承合金。汽車發(fā)動機(jī)中，曲軸軸承、連桿軸承、凸輪軸軸承等都采用滑動軸承。軸承工作在惡劣的環(huán)境中，如連桿軸承承受著交變載荷的作用，軸與軸承的相對滑動速度達(dá)到10m/s以上，工作溫度達(dá)400K以上，當(dāng)發(fā)動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)或急加速時，很難建立起足夠厚的油膜，軸瓦最易燒毀。為了使軸的磨損減小到最小限度，保持軸的正常工作，軸承合金必須具備以下條件：(1)有較高的擠壓強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度，并有較低的摩擦系數(shù)。(2)能很好地儲存潤滑油，使相接表面形成油膜。(3)有良好的導(dǎo)熱性、耐蝕性和較小的膨脹系數(shù)。任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

圖1-12滑動軸承合金理想組織示意圖任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

因此，軸承合金的理想組織應(yīng)該是軟基體中有硬質(zhì)點(diǎn)或硬基體中有軟質(zhì)點(diǎn)的材料，如圖1-12所示。1、錫基、鉛基軸承合金

這兩類軸承合金統(tǒng)稱為巴氏合金，都屬于軟基體硬質(zhì)點(diǎn)的材料，在汽車上應(yīng)用很廣。錫基軸承合金是以錫為基礎(chǔ)再加入適量的銻、銅等元素組成。性能：有較好的塑性和韌度，適中的硬度和較低的摩擦系數(shù)。但疲勞強(qiáng)度低，耐熱性較差(正常工作溫度不應(yīng)超過了373K)；鉛基軸承合金是以鉛為主再加入適量的錫、銻、銅等元素組成的合金。其強(qiáng)度、硬度和韌度比錫基合金較低，摩擦系數(shù)較大，但價格便宜，耐壓強(qiáng)度較高。應(yīng)用：用于中等負(fù)載的軸承、曲軸軸承、連桿軸承、凸輪軸軸承等。任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

2、銅基、鋁基軸承合金

銅基、鋁基軸承合金都屬于硬基體軟質(zhì)點(diǎn)的軸承合金。銅基軸承合金是以銅為基礎(chǔ)再加入適量的錫、鉛、鋅及磷、錳等元素組成的合金。優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度高，承載能力大，耐熱性好，在420K左右也能正常工作。缺點(diǎn)：減磨性差，常在磨損面鍍一層軟金屬（鉛錫、鉛錫銅）改善其缺點(diǎn)；鋁基軸承合金有鋁鎂銻合金、低錫鋁合金（含錫6%左右）和高錫鋁合金（含錫20%以上）。鋁銻鎂合金和低錫鋁合金力學(xué)性能較好，負(fù)載能力強(qiáng)但減磨性差。一般也鍍軟金屬層，主要用在柴油機(jī)上。如6135Q型柴油機(jī)即用鋁鎂合金。高錫鋁軸承合金有較好的力學(xué)性能和良好的減磨性、導(dǎo)熱性等?？煽啃员儒a基軸承合金好，被廣泛地用于柴油機(jī)和汽油機(jī)上，其缺點(diǎn)是膨脹系數(shù)大，易與軸咬合，裝配時，須留有較大間隙。任務(wù)三有色金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

（一）塑料；（二）橡膠；（三）復(fù)合材料；目錄任務(wù)四

非金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

任務(wù)導(dǎo)入

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代汽車制造材料的構(gòu)成發(fā)生了較大的變化，高密度材料的比例下降，低密度材料大幅度增加，汽車材料在向輕量化、節(jié)省資源、高性能和高功能方向發(fā)展，而非金屬材料在這些方面具有顯著的優(yōu)勢。什么是非金屬材料，常用的非金屬材料的種類有哪些，在汽車上的應(yīng)用體現(xiàn)在哪些方面？任務(wù)四

非金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

任務(wù)分析

在汽車工業(yè)中，除了使用金屬及其合金材料外，還使用很多非金屬材料。各種儀表板殼、座墊、轉(zhuǎn)向盤、輪胎、傳動皮帶、連接軟管、塑型齒輪等都是用各種非金屬材料制作的，由于非金屬材料的原料來源廣泛，自然資源豐富，成型工藝簡單，又具有許多優(yōu)良性能和某些特殊性能，因而其應(yīng)用日益廣泛，已經(jīng)成為汽車工業(yè)不可缺少的組成部分。非金屬材料種類繁多，主要包括橡膠、塑料、陶瓷、玻璃、膠粘劑、摩擦材料、合成纖維、涂裝材料等。任務(wù)四

非金屬材料及其在汽車上的應(yīng)用

1.了解各種非金屬材料的的類型及特點(diǎn)；2.掌握常用非金屬材料的性能特點(diǎn)；3.掌握常用非金屬材料在汽車上的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)四

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（一）塑料相關(guān)知識塑料是一種以有機(jī)合成樹脂為主要組成的高分子材料，它通?？稍诩訜?、加壓條件下被塑造或固化成型，得到所需的固體制品，故稱為塑料。1、塑料的組成塑料的主要成分是有機(jī)合成樹脂，也可加入各種增強(qiáng)材料、填料、增塑劑、固化劑、穩(wěn)定劑、著色劑和阻燃劑等。任務(wù)四

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2、常用的工程塑料

常用的工程塑料分為熱塑性工程塑料和熱固性工程塑料兩類。

1）熱塑性工程塑料熱塑性工程塑料在成型前即是高分子狀態(tài)。加熱時材料會軟化并熔融，可模塑成型，冷卻后即成型并保持既得形狀，并具有重復(fù)性。其樹脂結(jié)構(gòu)為線形或支鏈型結(jié)構(gòu)。這類塑料的優(yōu)點(diǎn)是加工成型簡便，具有較高的力學(xué)性能。缺點(diǎn)是耐熱性和剛性比較差。

2）熱固性塑料熱固性塑料是把相對分子質(zhì)量在1000以下的一次樹脂加熱融化，澆入模中加熱，使一次樹脂連接而成高分子的成型品。其特點(diǎn)是初加熱時軟化，可塑造成型，但固化后再加熱時將不再軟化，也不溶于溶劑。它們具有耐熱性高、受壓不易變形等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是力學(xué)性能不好，但可加入填料來提高其強(qiáng)度。任務(wù)四

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3、塑料在汽車上的應(yīng)用

汽車用塑料按照用途可分為包裝用塑料、外裝用塑料和工程塑料。汽車內(nèi)飾用塑料要求具備吸振性能好、手感好、耐用性好的特點(diǎn)，以滿足安全、舒適、美觀的目的。內(nèi)飾用塑料品種主要有聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)和ABS等。它們用于制作坐墊、儀表板、扶手、頭枕、門內(nèi)襯板、頂棚襯里、地毯、控制箱、轉(zhuǎn)向盤等內(nèi)飾塑料制品。汽車用工程塑料在汽車上主要用作結(jié)構(gòu)件，要求塑料具有足夠強(qiáng)度、抗蠕變特性以及尺寸穩(wěn)定性。汽車上常用的工程塑料有聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、.ABS、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛樹脂等。采用工程塑料取代金屬制造汽車配件，可以直接取得汽車輕量化的效果，還可以改善汽車的某些性能，如防腐、防銹蝕、減振、抑制噪聲、耐磨等。例如在汽車上，采用聚乙烯(PE)制造汽油箱等。汽車的外裝件及結(jié)構(gòu)件如傳動軸、車架、發(fā)動機(jī)罩等，要求具備高強(qiáng)度，因而多采用纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料制造。任務(wù)四

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（二）橡膠

橡膠是指在使用溫度范圍內(nèi)處于高彈性狀態(tài)的高分子材料。橡膠廣泛地應(yīng)用于彈性材料、密封材料、減振防振材料和傳動材料，在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的地位，是一種重要的工業(yè)材料。

1、橡膠的特性橡膠最顯著的特點(diǎn)是具有高的彈性和回彈性。在一50℃～150℃的溫度范圍內(nèi)，橡膠能保持較好的彈性，而且它受外力作用發(fā)生的變形是可逆的高彈性變形，伸長率可達(dá)100%～1000%；橡膠具有良好的回彈性，天然橡膠的回彈程度可達(dá)70%～80%；橡膠在高彈變形時，彈性模量低，只有IMPa左右，僅為軟質(zhì)塑料的1/30左右。同時，橡膠還有一定的強(qiáng)度，優(yōu)異的抗疲勞性，還具有良好的耐磨性、絕緣性、隔聲、防水、緩沖、吸振等性能。因此，橡膠材料被廣泛用于生產(chǎn)的各個方面。