汽車機械基礎機工配套課件

汽車機械基礎模塊一汽車工程材料單元一金屬材料的性能學習目標一、知識目標(1)明確汽車零件對材料和結構工藝性的要求(2)掌握金屬材料的力學性能和工藝性能(3)了解金屬材料的物理和化學性能二、能力目標能利用材料的性能指標，合理評估和選用零件，培養(yǎng)初步的汽車故障分析能力目錄01任務一金屬材料的力學性能02任務二金屬材料的工藝性能03任務三金屬材料的物理和化學性能任務引入汽車是一個復雜的機械系統(tǒng),它通常由上萬個零部件組裝而成,如圖1-1所示,這些零部件是由種類繁多的材料加工而成的,所以了解汽車常用的材料對合理選材、降低汽車成本具有重要意義。材料的選擇主要依據(jù)材料的機械性能(力學性能),同時也要綜合考慮材料的工藝性能和物理和化學性能。目錄01任務一金屬材料的力學性能02任務二金屬材料的工藝性能03任務三金屬材料的物理和化學性能金屬材料的在汽車上的應用以現(xiàn)代轎車材料為例,汽車上選用材料占汽車總質量的比例如圖1-2所示。按照重量來換算，鋼材占汽車自重的55%～60%，鑄鐵占12%～5%,有色金屬占6%～10%,塑料占8%～12%,橡膠占4%,玻璃占3%，其他材料(油漆、各種液體等)占12%～6%。強度1.強度概念金屬在力的作用下，抵抗永久變形和斷裂的能力，稱為強度。強度與變形，有著直接的關系，變形是指在外力作用下，材料由于內部原子之間的位置發(fā)生改變，而導致的宏觀形狀和尺寸的變化，根據(jù)撤去外力后能否恢復，變形分為彈性變形和塑性變形，材料發(fā)生彈性變形時，撤去外力后，能恢復到原來的形狀和尺寸，發(fā)生塑性變形時，撤去外力后，不能恢復到原來的形狀和尺寸，故塑性變形，又稱為永久變形，如汽車碰撞后保險杠的變形。強度強度是材料的一項重要力學性能指標，當材料承受的載荷超出其強度范圍時，其結構將發(fā)生破壞，導致機器無法運轉，甚至造成嚴重的事故，如汽車大梁、連桿由于強度不足而斷裂的現(xiàn)象，如圖1-3所示。（a）汽車大梁斷裂

（b）連桿斷裂強度2.拉伸試驗金屬材料的強度有專門的試驗來測定，其中應用最普遍的是拉伸試驗，拉伸實驗是指用靜拉伸力，對試樣進行軸向拉伸，通過測量拉伸力和相應的伸長量，測量其力學性能的試驗。材料進行拉伸時，需要使用拉伸試驗機和特制的試樣。常用試驗的結構如圖，其中，d0表示原始直徑，L0表示原始標距長度，d1表示斷后直徑，L1表示斷后標距長度。（a）拉伸前（b）拉伸后強度2.拉伸試驗進行拉伸試驗時，將試樣兩端分別固定在拉伸試驗機上，逐步增加軸向拉力（又稱拉伸力），連續(xù)記錄拉伸力和試樣的伸長量，直至試樣被拉斷。根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，可以繪制拉伸力和伸長量之間的關系曲線，稱為拉伸曲線。

低碳鋼拉伸曲線低碳鋼拉伸曲線中，橫坐標表示試樣的形變量△L,縱坐標表示拉伸力F強度2.拉伸試驗

低碳鋼拉伸曲線階段曲線特征力學性能OE段：彈性變形階段直線試樣長度隨著拉伸力的增大而增大，撤去外力后，試樣變形消失，恢復原長ES段：屈服階段上下波動在該階段，拉力一旦超過Fe，試樣將產(chǎn)生塑性變形。等拉力增加到Fel時，在拉力不斷增加，略有減小的情況下，試樣將繼續(xù)生長，這種現(xiàn)象稱為屈服。SB段：強化階段非線性增大需要不斷的增加拉力，試樣才能繼續(xù)生長。隨著塑性變形的增大，試樣抵抗變形的內力也逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為形變強化。BZ段：頸縮階段下降拉力達到最大后，試樣中間某處的直徑會發(fā)生局部收縮，稱為“頸縮”。由于橫截面積減小，拉力不斷減小強度3.強度指標

強度的大小可由應力來表示。材料在受外力作用時，為抵抗變形，其內部組織間產(chǎn)生的相互作用力稱為內力。單位面積上的內力稱為應力，用符號σ表示。在拉伸試驗中，試樣斷裂前處于受力平衡狀態(tài)，內力與外力大小相等，此時橫截面上的應力大小

σ=F/S式中：σ-橫截面上的應力，單位PaF-試樣所受拉力，單位NS-試樣的橫截面積，單位mm2常用的應力單位為MPa，存在換算關系：1MPa=1N/mm2=106N/m2=106Pa對于鑄鐵、高碳鋼等材料，它們沒有明顯的屈服現(xiàn)象，則很確定正確的Fel，此時可用試樣產(chǎn)生0.2%永久變形時的應力，作為一種條件屈服強度。強度強度指標：抗拉強度σb屈服強度σs

強度指標硬度硬度是衡量金屬材料軟硬的一種性能指標，也是指金屬材料抵抗外部硬物壓人其表面的能力。硬度越高，材料表面越不容易產(chǎn)生壓痕或劃痕。工業(yè)中通常利用硬度試驗來測定材料的硬度。常用的硬度試驗方法有布氏測試法、洛氏測試法和維氏測試法等，所測試所得的硬度，分別為布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。布氏測試法維氏測試法洛氏測試法硬度測試法硬度1.布氏硬度布氏硬度的符號用HB表示。用一定直徑D的淬硬鋼球在規(guī)定負荷P的作用下壓入試件表面，保持一段時間后卸去載荷，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荷的大小表示該試件的硬度：HB=P/F，在實際應用中，通常直接測量壓坑的直徑，并根據(jù)負荷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?。?。硬度2.洛氏硬度洛氏硬度的符號用HR表示。用有一定頂角（例如120°）的金剛石圓錐體壓頭或一定直徑D的淬硬鋼球，在一定負荷P作用下壓入試件表面，保持一段時間后卸去載荷，在試件表面將會留下某個深度的壓痕，由洛氏硬度機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?。８鶕?jù)壓頭與負荷的不同，洛氏硬度還分為HRA、HRB、HRC三種，其中以HRC為最常用。硬度3.維氏硬度維氏硬度的硬度符號用HV表示，以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值（HV），如圖所示。硬度三種硬度比較：類別試驗原理簡圖測試方法應用范圍表示方法布氏硬度（HB）采用直徑為D的淬火鋼球或硬質合金鋼球作為壓頭，以規(guī)定壓力P擠壓材料表面并保持規(guī)定的時間，測量圓形壓痕的直徑d，利用公式求出硬度值，或從專門編制的硬度表中查出對應的硬度值適用于測定各種退火及調質的鋼材、非鐵合金及鑄鐵等不太硬的工件，不適合測定太薄的工件硬度值+HBW+球體直徑+試驗壓力+保持時間洛氏硬度（HR）

采用120°頂角的金剛石或f1.5875mm鋼球作為壓頭，以一定的壓力擠壓材料表面，根據(jù)壓痕的深度計算材料的硬度。根據(jù)試驗壓力的不同，可分為三種標度：HRA，HRB和HRC

適用于測定布氏硬度值大于450或尺寸較小的工件硬度值+符號維氏硬度（HV）以相對面夾角為136°的正四棱錐形金剛石作為壓頭，以49.03～980.7N的載荷擠壓材料表面并保持規(guī)定時間，測量壓痕對角線的長度d，然后按公式計算硬度值

由于壓痕較小，適用于測定較薄工件、工具表面或帶鍍層工件硬度值+HV+試驗壓力+保持時間塑性

塑性

沖擊韌性沖擊韌性是指金屬材料斷裂前吸收變形能量的能力。沖擊韌性越好，材料的抗沖擊能力愈強，發(fā)生斷裂的可能性越小。沖擊韌性是金屬材料的一項重要力學性能，許多金屬零件和機械設備在工作中需要承受沖擊載荷的作用，如發(fā)動機的活塞、鍛壓機床的鍛錘等，為了保證他們的正常工作，在選擇材料時，必須要考慮材料的沖擊韌性。金屬材料的沖擊韌性通常用沖擊吸收功來衡量。沖擊韌性，可以通過一次擺錘沖擊試驗來測定。1-試樣2-刻度盤3-指針4-擺錘5-機架發(fā)動機連桿疲勞強度零件在承受外部載荷作用時，內部會產(chǎn)生應力，當外部載荷成周期性變化時，應力也會作周期性變化，稱為交變應力。齒輪、軸承、曲軸等機械零件工作時，需要承受交變應力的作用，雖然應力水平低于材料的屈服強度，但經(jīng)過長時間的反復作用后，零件會產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂破壞，這種現(xiàn)象稱為金屬的疲勞破壞，簡稱疲勞。金屬材料的疲勞性能由疲勞強度來衡量。疲勞強度是指金屬材料承受無限多次交變載荷的作用，而不發(fā)生破壞的最大應力，它表示材料抵抗交變載荷作用，而不發(fā)生疲勞破壞的能力。金屬材料的疲勞強度可以通過疲勞試驗進行測量，但實際操作中，金屬材料不可能做無限多次交變載荷試驗。通常規(guī)定，鋼在經(jīng)受107次、非金屬材料經(jīng)受108次交變載荷作用時不產(chǎn)生斷裂的最大應力稱為疲勞強度。疲勞強度疲勞破壞是機械零件失效的主要形式之一，由于前期不易察覺，具有較強的突發(fā)性，所以疲勞破壞容易造成很嚴重的后果。齒輪斷裂

曲軸斷裂

目錄01任務一金屬材料的力學性能02任務二金屬材料的工藝性能03任務三金屬材料的物理和化學性能金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能反映了金屬材料加工難易程度。良好的工藝性能表示材料的加工難度小。工藝性能主要包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能和切削加工性能等。鑄造性能焊接性能鍛造性能工藝性能切削加工性能鑄造性能鑄造是將熔融的金屬澆入鑄型中，經(jīng)凝固后獲得一定尺寸、形狀和力學性能的鑄件或零件的成形方法。金屬材料通過鑄造的方法獲得優(yōu)質鑄件的能力，稱為金屬材料的鑄造能力，它反映了金屬材料熔化澆鑄成為鑄件的難易程度。金屬材料融化成液體時的流動性越好，冷凝時的收縮性越小，凝固后的偏析性（指各化學成分的不均勻性）越小，則獲得鑄件的質量越好。鑄造性能汽車用鑄件的主要特點是壁薄、形狀復雜、尺寸精度高、質量輕、可靠性好、生產(chǎn)批量等。鑄件一般占汽車自重的12%左右,僅次于鋼材用量,居第二位。就材質而言,鑄鐵鑄鋼、鑄鋁、鑄銅等應有盡有,僅鑄鐵就采用了灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵及合金鑄鐵等。很多典型的汽車零件都采用鑄造,如柴油機缸體、汽油機缸體、汽油機缸蓋曲軸、變速器和離合器殼體、各類連接板、支架及車門框架等,如圖1-12所示。

（a）發(fā)動機缸體（b）汽車變速箱壓力加工性能固態(tài)金屬在外力作用下，通過塑性變形，改變尺寸和形狀、改善內部組織，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的原材料，毛坯或零件的加工方法，又稱金屬塑性加工。常用的金屬壓力加工方法有軋制、擠壓、冷拔、鍛造和冷沖壓等（a）軋制

（b）擠壓

（c）冷拔

（d）鍛造

（e）冷沖壓常用壓力加工方法壓力加工性能模鍛一般用于制造強度高、可靠性好的汽車零件毛坯,如發(fā)動機的曲軸、凸輪軸、連桿，底盤的驅動軸、十字軸、前車軸、后車軸,轉向系統(tǒng)的轉向節(jié)、轉向節(jié)臂等,如圖1-14所示。（a）連桿

（b）凸輪軸圖1-14汽車模鍛壓零件壓力加工性能據(jù)統(tǒng)計,汽車中有60%～70%的零件是用沖壓工藝生產(chǎn)出來的。因此,沖壓工藝對汽車的質量、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本都有重要的影響。如圖1-15所示,車身覆蓋件基本上都是板料沖壓加工的。（a）車門

（b）翼子板圖1-15汽車沖壓零件焊接性能通過加熱或加壓，或者兩者并用，使兩工件產(chǎn)生原子間結合的加工辦法稱為焊接。常用的焊接方法有手工電弧焊、氣焊、自動焊等。金屬材料在焊接過程中得到優(yōu)質焊接接頭的能力稱為焊接性能，又稱可焊性。焊接性能好的金屬材料，焊接時焊縫不容易產(chǎn)生夾渣、氣孔、裂紋等缺陷。手工電弧焊自動焊氣焊焊接方法焊接性能常用焊接方法切削加工性能切削加工是機械工業(yè)中應用最為廣泛的零件加工方法，常見的切削加工方法有車削、銑削、磨削、鉆削等。切削加工性能是指對金屬材料進行切削加工的難易程度。衡量切削加工性能的因素有刀具的使用壽命、零件的表面質量、工時等。金屬材料的切削加工性能，主要受金屬材料的化學成分、硬度、塑性等性能的影響。通常情況下，可以通過熱處理來提高鋼件的切削加工性能。切削加工性能（a）車削加工

（b）銑削加工（c）磨削加工

（d）鉆削加工目錄01任務一金屬材料的力學性能02任務二金屬材料的工藝性能03任務三金屬材料的物理和化學性能金屬材料的物理性能金屬材料的物理性能是指金屬材料在重力、電磁場、熱力（溫度）等物理因素作用下所表現(xiàn)出來的性能或固有的屬性。物理性能包括密度、熔點、導熱性、導電性、熱膨脹性和磁性。導熱性導電性物理性能熔點熱膨脹性密度磁性密度金屬材料的密度是指單位體積金屬的質量。密度是金屬材料的特性之一，不同金屬材料的密度是不同的。在體積相同時，金屬材料的密度越大，其質量越大。一般將密度小于5×103KG/M2的金屬材料稱為輕金屬,將密度大于5×103KG/M2的金屬稱為重金屬。金屬材料的密度是零件設計過程中需要考慮的性能之一，如航天構件常采用密度小的鋁合金、鈦合金、鋁鎂合金進行制造。熔點金屬材料從固態(tài)向液態(tài)轉變時的溫度稱為熔點。純金屬有固定的熔點。合金的熔點取決于它的化學成分，如鋼和生鐵雖然都是鐵和碳的合金，但由于其碳的質量分數(shù)不同，其熔點也不同。熔點對于金屬材料的冶煉、鑄造、焊接等是重要的工藝參數(shù)。熔點高的金屬材料稱為難熔金屬（如鎢、鉬、釩），可用來制造耐高溫零件，在火箭，導彈，燃氣輪機和噴氣飛機等方面得到廣泛應用。熔點低的金屬材料稱為易熔金屬（如錫、鉛等），可用來制造印刷鉛字（鉛與銻的合金）、熔斷器和防火安全閥等零件。導熱性金屬材料傳導熱量的能力稱為導熱性。金屬材料的導熱能力，常用熱導率（亦稱導熱系數(shù)）λ來表示。金屬材料的熱導率越大，說明其導熱性越好。一般來說，純金屬的導熱能力比合金好。金屬材料的導熱能力以銀為最好，銅、鋁次之。導熱性好的金屬材料，其散熱性能也較好，可用來制造散熱器、熱交換器交換器。導電性金屬材料能夠傳導電流的能力稱為導電性。金屬材料的導電性常用電阻率ρ來表示，其單位是Ω.m。金屬材料的電阻率越小，其導電性越好。導電性與導熱性一樣，是隨化學成分的復雜化而降低，因而純金屬的導電性總比合金好。因此，工業(yè)上常用純銅、純鋁作為導電材料，而用導電性差的銅合金和鐵鉻鋁合金制作電熱元件。熱膨脹性金屬材料隨溫度變化而膨脹或收縮的特性稱為熱膨脹性。一般來說，金屬材料受熱時膨脹而體積增大，冷卻時收縮而體積縮小。金屬材料的熱膨脹性可用線脹系數(shù)α1和體脹系數(shù)αV來表示，體脹系數(shù)近似為線脹系數(shù)的三倍。在實際工作中需要考慮熱膨脹性的地方很多，如軸與軸瓦之間要根據(jù)膨脹系數(shù)來控制其間隙尺寸.磁性金屬材料在磁場中被磁化而呈現(xiàn)磁性強弱的性能稱為磁性。根據(jù)金屬材料在磁場中受到磁化程度的不同，金屬材料又分為鐵磁性材料和非鐵磁性材料。鐵磁性材料是指在外磁場中能被磁化到很大程度的金屬材料，如鐵、鎳、鈷等。非鐵磁性材料是指在外磁場中能夠抗拒或減弱外加磁場磁化作用的金屬材料如金、銀、銅、鉛、鋅等。鐵磁性材料可以被磁鐵吸引，鐵及其合金（包括鋼與鑄鐵）是常見的鐵磁性材料，主要用于制造變壓器、電動機、測量儀表等；非鐵磁性材料不能被磁鐵吸引，可用于制造避免電磁場干擾的零件。金屬材料的化學性能金屬材料的化學性能是指金屬材料在室溫或高溫時，抵抗各種化學介質中所表現(xiàn)出來的性能?；瘜W性能，包括耐腐蝕性、抗氧化性和化學穩(wěn)定性的抗氧化性化學穩(wěn)定性化學性能耐腐蝕性耐腐蝕性耐腐蝕性是指金屬材料在常溫下抵抗氧、水及其它化學介質腐蝕破壞的能力。金屬材料的耐腐蝕性是一個重要的性能指標，尤其對于腐蝕介質（如酸、堿、鹽、有毒氣體等）中工作的零件，其腐蝕性比在空氣中更為嚴重。因此，在選擇金屬材料制造這些零件時，應特別注意金屬材料的耐腐蝕性，并合理選用耐腐蝕性能好的金屬材料（如不繡鋼、銅合金等）進行制造。抗氧化性抗氧化性是指金屬材料在加熱時抵抗氧化作用的能力。金屬材料的氧化現(xiàn)象會隨溫度的升高而加速，如鋼在鑄造、鍛造、熱處理、焊接等熱加工作業(yè)時氧化現(xiàn)象比較嚴重。氧化不僅造成材料的過度損耗，也會造成各種缺陷，因此常需要采取措施避免金屬材料發(fā)生氧化。對于在高溫狀態(tài)下工作的構件，如鍋爐、加熱設備、汽輪機、噴氣發(fā)動機、火箭、導彈等，就需要選用其具有良好抗氧化性能的材料（如耐熱鋼、高溫合金、鋁合金、高溫陶瓷等）來制造。化學穩(wěn)定性化學穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性與抗氧化性的總稱。金屬材料在高溫下的化學穩(wěn)定性稱為熱穩(wěn)定性。高溫條件下工作的設備（如鍋爐、加熱設備、汽輪機、噴氣發(fā)動機等）上的部件選擇了穩(wěn)定性好的材料來制造。汽車機械基礎模塊一汽車工程材料單元二金屬材料及應用學習目標1.知識目標：(1)了解鋼和鑄鐵的分類(2)熟悉常用汽車用鋼的種類、牌號、性能和應用(3)了解汽車上常用有色金屬材料的類型及特點(4)了解常用汽車非金屬材料的類型及特點2.能力目標能識別典型金屬材料和非金屬材料在汽車上的應用目錄01第一節(jié)常用黑色金屬材料02第二節(jié)常用有色金屬材料03第三節(jié)常用非金屬材料任務引入汽車由種類繁多、性能各異的工程材料經(jīng)加工制成零件后組裝而成，這些零件以金屬材料為主，其中鋼鐵材料占55%～60%，甚至更多?，F(xiàn)代汽車正向著安全、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展，而汽車輕量化是節(jié)能、防污染最有效的途徑之一，汽車零部件中有色金屬材料和非金屬材料所占比重越來越大。如圖2-1（a）車身框架大多采用了鋼材制作，2-1（b）輪轂采用了鋁合金制造。（a）車身框架

（b）輪轂圖2-1汽車材料應用目錄01第一節(jié)常用黑色金屬材料02第二節(jié)常用有色金屬材料03第三節(jié)常用非金屬材料常用黑色金屬材料金屬分為黑色金屬和有色金屬兩大類。以鐵和碳兩種元素為基體以及多種元素組成的復雜合金稱為黑色金屬，鋼和鑄鐵是應用最廣的黑色金屬，統(tǒng)稱為鐵碳合金。其中，鐵包括純鐵和鑄鐵。通常情況下，將碳含量在0.0218%到2.11%之間的鐵碳合金稱為鋼；碳含量小于0.0218%的鐵碳合金稱為純鐵；碳含量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵，工業(yè)中常用鑄鐵的碳含量不超過4.3%。鋼鐵中碳含量的范圍常用黑色金屬材料為提高鋼的力學性能，在冶煉碳素鋼的過程中，加入合金元素所得到的鋼，稱為合金鋼。黑色金屬以外的金屬稱為有色金屬，銅和鋁基合金是常見的有色金屬。（a）餐具

（b）剪刀

（c）鋼橋

（d）推土機常見的鋼鐵制品碳素鋼1.按鋼的質量分：鋼冶金質量普通鋼（

，

）優(yōu)質鋼（

）高級優(yōu)質鋼（

，

）在冶煉過程中會存在少量的雜質元素，如硅、錳、硫和磷等,對碳素鋼的性能會產(chǎn)生一定的影響。按含雜質元素的質量分數(shù)多少，將碳素鋼分為普通碳素鋼、優(yōu)質碳素鋼和高級優(yōu)質碳素鋼三種。硅和錳可提高鋼的強度和硬度，是有益的元素。硫造成鋼的熱脆性、磷造成鋼的冷脆性，是有害的元素。碳素鋼2.按鋼的用途分：鋼用途結構鋼工具鋼特殊性能鋼在汽車零部件中,可用碳素結構鋼制造的有油底殼、氣缸蓋罩、制動器底板、車廂板件、發(fā)電機支架、拉桿、銷、鍵等,如圖2-3所示。(a)油底殼(b)氣缸蓋罩

圖2-3碳素鋼汽車零部件碳素鋼3.按鋼中碳的質量分數(shù)分鋼冶金質量低碳鋼（wC<0.25%中碳鋼高碳鋼（wC>0.60%）碳素鋼4.碳素鋼的牌號及含義類別牌號舉例性能特點應用范圍碳素結構鋼Q235塑性好，強度較低，能保證一定的力學性能，容易冶煉，工藝性能良好用于制造建筑、橋梁、船舶等領域的結構件，或者加工螺釘、螺母等力學性能要求不是很高的機械零部件優(yōu)質碳素結構鋼45熱加工及切削性能良好，焊接性能較差，強度、塑性等綜合力學性能良好。用于制造受力較大的零件，如齒輪和普通軸等碳素工具鋼T8工藝性能好，在熱處理后可以獲得很高的硬度，溫度不高時耐磨性良好；但熱硬性較差，淬透性較低制造形狀簡單、尺寸小、切削速度低、工作溫度不高的工具，如模具沖頭、剪刀等鑄造碳鋼ZG200-400具有較高的強度、塑性和韌性用于制造需要受力大并承受沖擊載荷的零部件，如軋鋼機底座、水壓機底座、火車車輪及車鉤等常用碳鋼舉例合金鋼為改善鋼的機械性能，通常在煉鋼時加入Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V等，由此獲得的鋼材稱為合金鋼。與碳鋼相比，合金鋼往往具有某些方面的特殊性能，或具有良好的綜合力學性能，如合金鋼具有更高的硬度、強度、耐磨性、淬透性。常見的合金鋼有合金結構鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。合金結構鋼常用的合金結構鋼包括低合金結構鋼、合金滲碳鋼、合金調質鋼、合金彈簧鋼和滾動軸① 低合金結構鋼低合金結構鋼是碳含量為0.12%~0.20%,磷、硫含量不大于0.45%,合金元素總量不大于3%的低碳結構鋼,其主要添加元素為硅、錳及少量的鈦、釩、鈮、銅及稀土元素等。低合金結構鋼比相同含碳量的碳素鋼的強度要高10%~30%,并具有較好的塑性、韌性和焊接性。同時,由于冶煉較簡單,生產(chǎn)成本與碳鋼相近,低合金結構鋼廣泛用于制作各種機器零件和工程構件,如汽車上的車架縱梁（如圖2-4）、橫梁、發(fā)動機吊耳等。用低合金結構鋼取代碳素結構鋼,可節(jié)約鋼材,減輕重量,且使用可靠,常用的鋼種有12MnV,16Mn等。合金結構鋼②合金滲碳鋼合金滲碳鋼制造的零件,經(jīng)淬火和低溫回火后,不僅有較高的表面硬度和耐磨性,而且能大幅度提高零件心部的強度和韌性,從而提高抵抗沖擊載荷的能力。合金滲碳鋼的含碳量一般為0.10%～0.25%,加入的合金元素主要有錳、鉻、鎳、鉬、釩、汽車上承受高速、重載、強沖擊和劇烈摩擦的零件如活塞銷、齒輪栓等,都是用合金滲碳鋼加工經(jīng)熱處理制作的。如圖2-5活塞連桿組中的活塞銷，常用15Cr、20Cr或20MnV制造。合金結構鋼③合金調質鋼合金調質鋼是指經(jīng)過調質處理的合金鋼,其具有較高的強度和韌性為0.25%~0.50%。若調質后再進行淬火,則可進一步改善鋼件表面的耐磨性。、合金調質鋼常用于制造承受重載荷、沖擊載荷的零件,如汽車半軸（如圖2-6）、連桿、轉向節(jié)等。圖2-6汽車半軸合金結構鋼④合金彈簧鋼彈簧主要用于實現(xiàn)消除振動、儲備能量、驅動機械、開閉閥門等功能,彈簧工作時受到交變載荷作用,因此,要求彈簧鋼具有高的強度、彈性極限、韌性及疲勞極限。合金彈簧的含碳量一般為0.45%~0.75%,加入的合金元素有釩、鉻、錳、硅等。生產(chǎn)中常對彈簧采用噴丸或表面強化處理,使其表面處于壓應力狀態(tài)以提高彈簧的疲勞強度及表面質量。常用做各種汽車彈簧，如圖2-7所示。圖2-7汽車彈簧合金結構鋼⑤滾動軸承鋼滾動軸承鋼是制造各種滾動軸承的滾子、內外圈的專用鋼。常用的軸承鋼是高碳低鉻鋼,其碳含量為0.95%~1.15%,以保證軸承有足夠高的強度、硬度和耐磨性。鉻的含量為0.40%~1.65%,主要作用是提高淬透性,使組織均勻并增加回火穩(wěn)定性。鉻與碳作用形成的合金滲碳體,能有效提高鋼的硬度及耐磨性，常用GCr15、GCr9，GCr15SiMn的牌號。圖2-8滾動軸承合金工具鋼根據(jù)用途不同,合金工具鋼可分為合金刃具鋼、合金模具鋼、合金量具鋼。在汽車零部件的生成和檢驗過程中需要用到各種刃具、工具及量具。如圖2-9所示。

汽車檢具合金工具鋼①量具鋼用來制造各種量具如游標卡尺、塊規(guī)、卡規(guī)、千分尺、樣板等的鋼稱為量具鋼,量具在使用過程中常與被測量的零件直接接觸,在摩擦和碰撞條件下工作,因此量具應具有較高的硬度和耐磨性。量具鋼的含碳量通常高達0.90%-1.50%,并含有鉻、鎢、錳等碳化物組成元素,以提高鋼的淬透性和保證鋼有足夠的硬度、耐磨性。另外,量具本身應具有較高的尺寸精確性和穩(wěn)定性。②刃具鋼用于制造各種車刀、銑刀等切削加工工具的鋼稱為刃具鋼,刃具鋼要求高硬度、高耐磨性、高紅硬性(紅硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力)、一定的韌性及塑性。常用的刃具鋼有低合金刃具鋼和高速鋼兩種③模具鋼按工作條件的不同,模具鋼分為冷作模具鋼和熱作模具鋼,冷作模具的作用是使金屬在室溫條件下產(chǎn)生塑性變形從而獲得具有一定幾何尺寸及形狀的毛還或零件,如沖模、彎曲模、冷鍛模等,常用的冷作模具鋼有Cr12MoV,CrWMn,熱作模具是用來使熱狀態(tài)下的金屬產(chǎn)生變形的模具,如熱鍛模、壓鑄模等,常用的熱作模具鋼有5CrNiMo,4CrSMoSiV.特殊性能鋼具有特殊的性能并用來制造工作在特殊條件下的零件所用的鋼稱為特殊性能鋼,工業(yè)上常用的特殊性能鋼有不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼等。汽車工業(yè)中使用的特殊性能鋼主要是不銹鋼,不銹鋼的耐腐性和耐熱性良好,常用于發(fā)動機和排氣系統(tǒng)部件上,如圖2-10所示。汽車排氣管鑄鐵

平均含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。工業(yè)用鑄鐵中碳含量為2.11%～4.3%。鑄鐵中除了含有碳元素之外，還含有硅、錳、磷、硫等元素，合金鑄鐵中還含有鎳、鉻、鉬、鋁等元素。雖然塑性及韌性不及鋼，但鑄鐵的生產(chǎn)成本低廉，具有優(yōu)良的鑄造性能、切削加工性能和良好的耐磨性及吸振性等特點，廣泛應用于工業(yè)中。鑄鐵碳存在形式白口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵碳主要以滲碳體形式存在，斷口呈銀白色。

碳主要以片狀石墨形式存在，斷口呈暗灰色，在工業(yè)中應用最為普遍。

一部分碳以石墨形式存在，另一部分以滲碳體形式存在，斷口呈灰白相間的麻點狀。鑄鐵鑄鐵分類分類牌號示例牌號組成性能特點用途灰鑄鐵HT200牌號組成：HT+最低抗拉強度。例如，HT200代表抗拉強度不低于200MPa的灰鑄鐵碳主要以片狀的石墨存在，斷口呈暗灰色；抗拉強度低、韌性差，減振、耐磨、抗壓性好工業(yè)生產(chǎn)中應用最廣泛的鑄鐵材料，常用于制造需要承受較大壓力的零部件，如機床床身、機座，軸承座等可鍛鑄鐵KTH300-06KTB350-12牌號組成：KT+代表類別的字母（H，Z，B）+最低抗拉強度+最小斷后伸長率（以百分數(shù)計）。例如，KTH300-06表示抗拉強度不低于300MPa，斷后伸長率不低于6%的黑心可鍛鑄鐵碳主要以團絮狀的石墨存在，故塑性和韌性比灰鑄鐵好，但并不能用于鍛造常用于制造形狀復雜、承受沖擊和振動載荷的零件，如拖拉機后橋外殼、管接頭、低壓閥門等球墨鑄鐵QT400-18QT800-2牌號組成：QT+最低抗拉強度+斷后伸長率。例如，QT400-18表示抗拉強度不低于400MPa，斷后伸長率不低于18%的球墨鑄鐵碳主要以球狀的石墨存在，具有很高的強度和良好的塑性、韌性，綜合力學性能接近于鋼，鑄造性能好常用于制造受力復雜，強度，韌性和耐磨性要求高的零件，如發(fā)動機曲軸、連桿，各種齒輪、機床主軸等蠕墨鑄鐵RuT300牌號組成：RuT+最低抗拉強度。例如，RuT300表示抗拉強度不低于300MPa的蠕墨鑄鐵碳主要以蠕蟲狀的石墨存在，強度接近于球磨鑄鐵，有一定的韌性和較高的耐磨性，鑄造性能和導熱性良好。常用于制造內燃機氣缸、缸蓋、液壓閥等零件合金鑄鐵——含有一定量的合金元素，具有某種特性，如耐磨性、耐熱性和耐蝕性等常用于制造有耐熱、耐腐蝕等特殊要求的零件，如氣缸套、閥門、容器等灰鑄鐵灰鑄鐵中石墨呈片狀,在力學性能方面抗壓不抗拉，減振性、耐磨性、導熱性良好,缺口敏感性低,主要用來制造各種承受壓力,并要求減振性、耐磨性好及缺口敏感性低的零件,如氣缸體、飛輪、活塞、齒輪箱等，如圖2-11所示。（a）氣缸體（b）飛輪圖2-11汽車灰鑄鐵零件球墨鑄鐵球墨鑄鐵中石墨成球狀，鑄造性能好,強度、塑性、韌性大大高于灰鑄鐵,接近鑄鋼，具有良好的減振性、耐磨性和低缺口敏感性。球墨鑄鐵主要用于強度、韌性、耐磨性要求較高的零件,如汽車曲軸、凸輪軸和連桿等，如圖2-12所示。圖2-11球墨鑄鐵凸輪軸可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵中石墨呈團絮狀，其力學性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，有較好的強度和一定的塑性?？慑戣T鐵按基體組織不同可分為鐵素體可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵。鐵素體可鍛鑄鐵口中心呈灰暗色,表層呈灰白色,故稱為“黑心可鍛鑄鐵”,若在氧化性介質中進行石墨化退火,由于表層完全脫碳,得到鐵素體組織,而心部為珠光體基加團絮狀石墨,斷口呈現(xiàn)表層暗灰色,中心灰白色,故稱為“白心可鍛鑄鐵”。在汽車中常用可鍛鑄鐵加工一些截面較薄而形狀復雜、工作時受振動且強度、韌性要求較高的零件,如汽車減速器殼、后橋殼、萬向接頭等，如圖2-13所示。汽車減速器殼后橋殼蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵石墨呈蠕蟲狀或球狀，其抗拉強度、塑性、疲勞強度大與灰鑄鐵，導熱性、鍛造性、可切削性大于球墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵主要用于制造氣缸蓋、氣缸套,鋼錠模、制動轂等，如圖2-14所示制動轂剎車盤合金鑄鐵在灰鑄鐵或球墨鑄鐵的熔化液中加入一定量的合金元素，稱為合金鑄鐵。根據(jù)加入的合金元素不同，而形成不同的合金鑄鐵。（1）耐熱鑄鐵鑄鐵中加入Al、Si、Cr等合金元素，使鑄鐵表面形成保護性的氧化膜，在高溫下具有抗氧化的能力，稱為耐熱鑄鐵。（2）耐磨鑄鐵鑄鐵中加入W、Cu、Cr、Ti合金元素，并提高磷的質量分數(shù)，稱為耐磨鑄鐵。耐磨鑄鐵的強度、韌性和耐磨性都較高。（3）耐蝕鑄鐵鑄鐵中加入少量的Si、Al、Cr、Ni、Mo、Cu等合金元素，稱為耐蝕鑄鐵。鑄鋼一些結構形狀復雜且要求有較高強度、塑性、韌性以及特殊性能的零件、難以用鍛壓方法成形的零件,用鑄鐵又不能滿足性能要求,這時可采用鑄鋼,如汽車機架、缸體、齒輪和連桿等，如圖2-15為汽車鑄鋼零件。1.牌號表示方法:ZG+數(shù)字-數(shù)字第一組數(shù)字為屈服強度值,第二組數(shù)字為抗拉強度值。（a）平衡軸支架（b）進氣管目錄01第一節(jié)常用黑色金屬材料02第二節(jié)常用有色金屬材料03第三節(jié)常用非金屬材料常用有色金屬材料黑色金屬以外的金屬稱為有色金屬。有色金屬具有許多特殊的性能，如較高的導電性和導熱性，較低的密度和熔化溫度，良好的力學性能和工藝性能，是現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的重要金屬材料，是黑色金屬所不能替代的。常用的有色金屬主要有鋁、銅及其合金。（a）鋁合金窗

（b）銅導線

（c）飛機機身鋁及鋁合金

工業(yè)純鋁的純度不低于90%，其牌號用1×××系列表示。其中，最后兩位數(shù)字表示鋁的最低百分含量，當鋁的最低百分含量精確到0.01%時，牌號的最后兩位數(shù)字就是最低百分含量中小數(shù)點后面兩位；牌號第二位字母表示原始合金（A）或改型合金（B～Y），如1080，1A50等。工業(yè)中使用的純鋁呈銀白色，密度較?。?/p>

），僅為鋼的1/3，熔點為660℃，在常溫及潮濕環(huán)境中，其表面容易形成一層致密的氧化膜，故純鋁具有較好的抗腐蝕性。1234塑性高，能通過壓力加工方法制成各種型材、板材。工業(yè)純鋁由于強度很低，不宜直接用來加工機械零部件，而是廣泛用于制造各種導線、電容器和包裝材料等。純鋁的導熱性和導電性良好，是僅次于金、銀、銅的優(yōu)良導體。純鋁鋁及鋁合金鋁合金在保持純鋁質量輕等優(yōu)點的同時，大大提高了自身的強度，從而具有很高的“比強度”（強度與密度的比值），力學性能超過許多合金鋼。因此，鋁合金是較為理想的結構材料，機械設備、運輸工具、航空工業(yè)等領域都大量使用鋁合金。

鋁合金中所添加的合金元素主要有銅、錳、硅、鎂、鋅等，根據(jù)合金元素和工藝特點的不同，鋁合金可鋁合金中所添加的合金元素主要有銅、錳、硅、鎂、鋅等，根據(jù)合金元素和工藝特點的不同，鋁合金可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。鋁及鋁合金1.變形鋁合金

變形鋁合金具有良好的塑性，可通過沖壓、彎曲、擠壓等加工方法獲得所需零件。變形鋁合金采用4位字符牌號命名，牌號用2×××～8×××系列表示。牌號的第一位數(shù)字是按照主要合金元素：銅、錳、硅、鎂、鎂＋硅、鋅及其他元素的順序來表示變形鋁合金的組別；第二組數(shù)字或字母表示原始合金（A）或改型合金（B～Y）；牌號中最后兩位數(shù)字用來區(qū)分同一組中不同的鋁合金。

根據(jù)性能特點和用途的不同，變形鋁合金可分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛造鋁合金四類。圖2-17鋁制保險桿鋁及鋁合金1.變形鋁合金分類常用牌號性能特點用途防銹鋁合金3A215A02塑性高、強度高、抗腐蝕性良好適用于制造船舶零部件、航空燃料箱、輸油管道等硬鋁合金2A12強度高、耐熱性良好、耐腐蝕性差適用于制造門窗、飛機蒙皮等超硬

鋁合金7A04極高的強度（可達600MPa），熱處理強化效果明顯，退火后具有良好的塑性適用于制造飛機大梁、起落架、機翼接頭等鍛造

鋁合金2A502A70良好的熱塑性和鍛造性，可進行熱處理強化適用于制造飛機和發(fā)動機中形狀較復雜的零部件變形鋁合金的分類鋁及鋁合金2.鑄造鋁合金通過向純鋁中添加硅、銅、鎂、鋅等元素，從而獲得具有良好的鑄造性能、耐腐蝕性和耐熱性的鋁合金稱為鑄造鋁合金。根據(jù)所含合金元素的不同，鑄造鋁合金可分為鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系和鋁鋅系等四類。ZL”＋三位數(shù)字。其中，“ZL”是“鑄鋁”的拼音首字母，第1位數(shù)字表示合金類別：1代表Al－Si系合金；2代表Al－Cu系合金；3代表Al－Mg系合金；4代表Al－Zn系合金。第二、三位數(shù)字是合金的順序號。例如，ZL202表示2號Al－Cu系鑄造鋁合金。鑄造鋁合金牌號的編制方法：。鋁及鋁合金2.鑄造鋁合金通過向純鋁中添加硅、銅、鎂、鋅等元素，從而獲得具有良好的鑄造性能、耐腐蝕性和耐熱性的鋁合金稱為鑄造鋁合金。鑄造鋁合金在汽車上的使用量最多,占80%以上,包括重力鑄造件,低壓鑄造件和特種鑄造零件。工業(yè)用鋁合金材料中,鑄件占80%左右,鍛件占1%～3%,其余為加工材料。（a）離合器殼體（b）萬向節(jié)圖2-18汽車鑄造鋁合金零件鋁及鋁合金2.鑄造鋁合金鑄造鋁合金的分類分類常用牌號性能特點用途鋁硅系（Al-Si）ZL101鑄造性能和耐磨性良好、熱漲系數(shù)小，使用量最大適用于制造結構件，如發(fā)動機殼體、氣缸體等鋁銅系（Al-Cu）ZL201強度高、鑄造性能良好適用于制造承受大載荷和形狀不復雜的砂型鑄件鋁鎂系（Al-Mg）ZL301抗腐蝕性、綜合力學性能良好適用于制造雷達底座、飛機起落架、螺旋槳等鋁鋅系（Al-Zn）ZL401強度較高、尺寸穩(wěn)定適用于制造模型、發(fā)動機零配件、設備支架等銅及銅合金純銅銅是人類最早認識并使用的金屬材料之一，我國早在約六千年前就開始使用銅制品。123純銅的密度為8.96g/cm3，比鋼略大，導電性和導熱性良好，其強度和硬度均不高，塑性、耐腐蝕性及焊接性能良好，故純銅適合進行各種壓力加工，通常用來制作電線、電纜、散熱片等。純銅為紫紅色，由于在空氣中表面容易形成一層紫色的氧化膜，故純銅又稱紫銅。

工業(yè)純銅分為四種：T1，T2，T3。其中，編號越大，表示純度越低，雜質含量越高。銅及銅合金

通過向純銅中加入鋅、鉛、錫、鋁、鈹?shù)仍丶纯傻玫礁鞣N性能優(yōu)越的銅合金。根據(jù)所加入合金元素的不同，銅合金可分為黃銅、青銅和白銅等三類。銅合金銅及銅合金銅合金分類分類常用牌號性能說明黃銅普通黃銅H62H70只有鋅一種合金元素，具有良好的耐腐蝕性，常用于制造子彈、閥門、空調連接管等特殊黃銅HMn58-2除含鋅元素外，還含有鉛、錫、鋁等合金元素，耐蝕性、耐磨性、切削加工性均較好，常用于制造鐘表內部精密零件、螺旋槳等青銅錫青銅QSn4-3主要合金元素為錫，具有良好的鑄造性能、減磨性能及力學性能，常用于制造軸承、蝸輪、齒輪等鋁青銅QAl5QAl9-4主要合金元素為鋁，具有較高的強度、耐磨性和耐蝕性，常用于制造高載荷齒輪、軸套等鈹青銅QBe2QBe1.7主要合金元素為鈹，具有較高的彈性極限和良好的導電性，常用于制造精密彈簧和電接觸元件等

白銅BMn3-12主要含有的合金元素是鎳，呈銀白色，具有較高的強度和硬度，價格昂貴，色澤美觀，常用于制造醫(yī)療器械、儀器儀表、工藝品等軸承合金用來制造滑動軸承中的軸瓦及其內襯的合金稱為軸承合金。軸瓦可直接用耐磨合金制成也可在鋼表面澆注(或軋制)一層耐磨合金形成復合的軸瓦。為了保證機器正常、平穩(wěn)、無聲地運行,軸承合金應滿足一系列性能要求:在工作溫度下具有足夠的強度、硬度和疲勞強度,以承受交變載荷:具有足夠的塑性和韌性,保證與軸的良好配合,以抵抗沖擊和振動:有高的耐磨性,良好的磨合性和較小的摩擦系數(shù):具有良好的耐蝕性和導熱性,較小的膨脹系數(shù);有良好的工藝性和鑄造性能。常用的軸承合金有錫基、鉛基和鋁基軸承合金等。軸承合金1.錫基軸承合金錫基軸承合金(Sn-Sb-Cu系合金)是以錫(Sn)為主并加入少量銻(Sb)、銅(Cu)等元素組成的合金,熔點較低,是軟基體硬質點組織類型的軸承合金,也稱為錫基巴氏合金。其編號方法是“ZCh+基本元素+主加元素+主加元素含量+輔助加入元素含量”,其中Z和Ch分別是“鑄”和“承”字漢語拼音字首和第一個音節(jié)。例如,ZChSnSb1-6表示含Sb約11%(主加元素),含Cu約6%(輔加元素)的錫基鑄造合金。錫基軸承合金具有較高的耐磨性、導熱性、耐蝕性和嵌藏性,摩擦系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小，但抗疲勞強度較差。由于錫屬于稀缺元素,價格很高,故常用于工作溫度不超過150℃,較重要的軸承,如汽車發(fā)動機、汽輪機等高速軸承。為提高軸承的強度和使用壽命,生產(chǎn)中常采用離心鑄造的方法將錫基軸承合金鑲鑄在鋼制軸瓦表面上,形成薄且均勻的一層內襯(稱為掛襯)。這種雙金屬層結構的軸承稱為“雙金屬軸承”。軸承合金

2.鉛基軸承合金鉛基軸承合金(Pb-Sb-Sn-Cu系合金)是以Pb為主加入少量Sb,Sn,Cu等元素的合金,又稱為鉛基巴氏合金。鉛基巴氏合金的編號方法與錫基合金相同。鉛基軸承合金的強度、硬度、耐蝕性和導熱性都不如錫基軸承合金,但其成本低,高溫強度好,有自潤滑性,故鉛基軸承合金常用于低速、低載條件下工作的場合,如汽車、拖拉機曲軸的軸承等,如圖2-20所示為曲軸翻邊軸瓦示意圖。

圖2-20曲軸翻邊軸瓦示意圖軸承合金3.鋁基軸承合金鋁基軸承合金是以鋁為基體加入銻和錫等合金元素所組成的合金,具有密度小,導熱性和耐蝕性好、疲勞強度高等優(yōu)點,而且原料豐富,價格便宜,廣泛應用于高速和重載下工作的汽車、拖拉機及柴油機軸承等。但它的線膨脹系數(shù)大,運轉時容易與軸咬合使軸磨損,可通過提高軸頸硬度,加大軸承間隙和降低軸承和軸頸表面粗糙度值等辦法來解決。常用的鋁基軸承合金有以下兩類。⑴鋁銻鎂軸承合金該合金與08鋼板一起熱軋成雙金屬軸承,生產(chǎn)工藝簡單,成本低廉,并具有良好的疲勞強度和耐磨性,但承載能力不大,故適用于制造負荷小于2000N/mm2,滑動速度低于10m/s的軸承。⑵鋁錫軸承合金這種合金以08鋼為襯背,軋制成雙合金帶,具有較高的疲勞強度和良好的耐熱性、耐磨性及耐蝕性,而且生產(chǎn)工藝簡單,成本低,可制造負荷高達3200N/mm2,滑動速度低于13m/s的軸承。目前,鋁錫軸承合金已代替其他軸承合金,廣泛應用于汽車、拖拉機和內燃機車中。

軸承合金4.銅基軸承合銅基軸承合金是以銅為基礎,加入適量的鉛、錫、鋅、磷和錳元素組成的軸承合金。其特點是摩擦系數(shù)較低,潤滑作用較好,抗壓強度和硬度都很高,適用于高速、重載、高溫條件下工作。

鎂合金和鈦合金鎂的密度為1.8g/cm3,僅為鋼材密度的35%,鋁材密度的66%。此外,它的比強度、比剛度高,阻尼性、導熱性好,電磁屏蔽能力強,尺寸穩(wěn)定性好,因此在汽車工業(yè)中得到了廣泛應用。鑄造鎂合金的車門由成型鋁材制成的門框和耐碰撞的鎂合金骨架、內板組成。另一種鎂合金制成的車門,由內外車門板和中間蜂窩狀加強筋構成,每扇門的凈質量比傳統(tǒng)的鋼制車門輕約10kg,且剛度很高。隨著壓鑄技術的進步,已可以制造出形狀復雜的薄壁鎂合金車身零件,如前、后擋板、儀表盤、方向盤等。如圖鎂合金輪轂，與鋼質汽車輪轂相比,重量約為鋼的1/3，這意味著采用相同體積的鎂合金輪轂將比鋼質輪轂輕2/3。鎂合金和鈦合金鈦的比重為4.6g/cm3,僅是鐵的1/2,但強度和硬度超過了鋼,且不易生銹。用鈦合金鑄造的汽車發(fā)動機部件更輕、更堅固和更耐腐蝕;鈦合金制造的車身可以承受更大的作用力，如圖所示為鈦合金氣門。

目錄01第一節(jié)常用黑色金屬材料02第二節(jié)常用有色金屬材料03第三節(jié)常用非金屬材料常用非金屬材料非金屬材料在機械零件中的應用主要有工程塑料、合成橡膠、工業(yè)陶瓷和復合材料。一、工程塑料1.工程塑料的組成工程塑料是以樹脂為基礎，加如其他添加劑，在一定的溫度與壓力下制成的非金屬材料。樹脂是主要成分，是一種高分子化合物，起到膠黏劑的作用；添加劑起到改善塑料的性能、防止老化、延長和穩(wěn)定塑料使用壽命的作用。2.工程塑料的分類(1)按塑料的熱性能分為熱塑性塑料和熱固性塑料。1）熱塑性塑料2）熱固性塑料常用非金屬材料（1）外部飾件（2）內部飾件（3）電器部件（4）燃料系統(tǒng)常用非金屬材料(2)按塑料制品的功能分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。1)通用塑料通用塑料主要應用于制造生活用品，如聚氯乙烯、聚丙烯。應用范圍廣，價格低。2）工程塑料工程塑料主要應用于代替金屬制造機械零部件，如有機玻璃、尼龍、ABS等。3）特種塑料特種塑料是主要應用于特種性能和特種用途的塑料，如醫(yī)用塑料。(3)工程塑料的特性工程塑料具有質量輕、比強度高、吸水率低、耐蝕性好、成形工藝簡單、加工性能好、生產(chǎn)率高的特性。常用非金屬材料二．橡膠橡膠是一種有機高分子彈性化合物，具有高彈性、耐油、耐腐蝕、耐熱寒、耐老化、耐輻射等特點。汽車橡膠制品主要分布在汽車車身、傳動、轉向、懸掛、制動和電氣儀表系統(tǒng)內。一輛轎車的橡膠件約占轎車整體質量的4%～5%。輪胎是汽車的主要橡膠件，此有各種橡膠軟管、密封件、傳動帶、減振墊等約300件，如圖2-27。（a）輪胎（b）減震件（c）同步帶（d）密封件常用非金屬材料1.橡膠的組成和特性橡膠是一種高分子材料，是以生膠為基礎加人適量的配合劑制成的。生膠的來源為天然橡膠或合成橡膠。配合劑的作用是改善橡膠制品的性能，如硫化劑、軟化劑等。橡膠具有彈性大的特點，最高伸長率可達800%～1000%，且外力去除后能迅速恢復原狀，同時具有吸振能力強，耐磨性、隔聲性、絕緣性好，可積儲能量，有一定的耐蝕性和足夠的強度等優(yōu)點。橡膠的主要缺點是易于老化，老化后橡膠會喪失彈性、變硬、變脆、發(fā)黏甚至龜裂。使用或存放周期過長，光照、高溫等因素均會加快橡膠老化。常用非金屬材料2.汽車常用橡膠在機械和汽車工業(yè)中，橡膠是常用的輪胎材料、密封材料、減振防振材料(汽車底盤橡膠彈簧)和傳動材料(V帶)。汽車輪胎是汽車上橡膠用量最大的零件。汽車輪胎(參見圖2-28)使用的主要材料為生膠（包括天然橡膠、合成橡膠)、骨架材料、纖維材料(包括棉纖維、人造絲、尼龍、玻璃纖維融絲等以及炭黑等。生膠是輪胎最重要的原材料，輪胎用的生膠約占全部原材料質量的50%。日前，轎車輪胎用的生膠以合成橡膠為主，而載重輪胎用的生膠以天然橡膠為主.常見非金屬材料三、玻璃玻璃是一種透明的半固態(tài)、半液態(tài)物質,在熔融時形成連續(xù)網(wǎng)絡結構,冷卻過程中黏度正漸增大并硬化成不結晶的硅酸鹽類非金屬材料。玻璃可分為普通玻璃和特種玻璃。1. 玻璃的性能⑴力學性能玻璃的力學性能隨種類不同差異很大,但其特性為硬度高(僅次于陶瓷)、抗壓強度高、抗拉彎強度低,塑性、韌性差，脆性大。(2)化學穩(wěn)定性玻璃具有良好的抗氧化性和耐蝕性。(3)光學性質玻璃具有良好的透光性和折光性⑷絕緣性固態(tài)玻璃具有良好的絕緣性能。除此之外,玻璃還具有隔音性、隔熱性,而特種玻璃還有吸熱、防輻射、防爆等特殊的性能。常見非金屬材料三、玻璃2.汽車玻璃的應用汽車玻璃是汽車車身中必不可少的附件,主要起到隔音、保溫、防護作用。汽車玻璃按所在的位置可分為前擋風玻璃,側窗玻璃、后擋風玻璃和天窗玻璃等，如圖2-29。汽車玻璃主要分為鋼化玻璃,區(qū)域鋼化玻璃和夾層玻璃等。

圖2-29玻璃在汽車上應用常見非金屬材料三、玻璃前擋是國家強制規(guī)定的必須是夾層玻璃，夾層玻璃是由兩層或兩層以上的玻璃用一層或數(shù)層透明的PVB膜粘合而成的玻璃（如圖2-30a）。當夾層玻璃破碎后，玻璃碎片仍然粘在PVB膜上不脫落(如圖2-30b)，不傷人具有安全性，此外在加入高阻尼隔音材料可以一定范圍內吸收令人最不舒服的噪音，從而起到降噪隔音性能，一定程度都可以起到隔熱的作用。

轎車后風窗玻璃、車門上的玻璃采用鋼化玻璃制成。鋼化玻璃是將普通硅酸鹽玻璃通過淬火（鋼化處理）使其內部組織形成一定的內應力，從而使玻璃的強度得到加強，質地變得非常堅固。鋼化玻璃的耐沖擊能力是普通平板玻璃的6～9倍,能耐上百度的高溫,而且一旦碎裂,其碎片呈蜂窩狀的小塊,不易傷人,有較好的安全性，如圖2-31所示。

常見非金屬材料四、陶瓷材料

陶瓷是以天然或人工合成的各種化合物為基本原料，通過對原料進行處理、成型、干燥、高溫燒結而成的一種無機非金屬固體材料。1.陶瓷的性能特點⑴硬度高，抗壓強度高，但其抗拉強度較低，韌性和疲勞性能較差。⑵具有高的熔點和高溫強度，在1000以上仍能保持室溫下的強度。⑶抗氧化能力強，對酸、堿、鹽的腐蝕有較強的抵抗能力。⑷有較好的絕緣性能。有的陶瓷具有各種特殊性能，如壓電陶瓷、磁性陶瓷等。常見非金屬材料四、陶瓷材料

2.陶瓷的分類按成分、性能和用途,陶瓷分為以下兩類。（1）普通陶瓷普通陶瓷是以天然的硅酸鹽礦物為原料(如黏土、長石、石英等)，經(jīng)成型、燒結而成的產(chǎn)品，因而又稱為硅酸鹽陶瓷，如日用陶瓷、建筑陶瓷、電器絕緣陶瓷等。（2）特種陶瓷特種陶瓷是使用純度較高的人工合成原料(如氧化鋁、碳化硅、氮化硅等)，并采用燒結工藝制成的具有獨特的力學、物理或化學性能的陶瓷，如壓電陶瓷、高溫陶瓷、磁性陶瓷、電光陶瓷等。特種陶瓷常用來制作高溫軸承、燃氣輪機的轉子葉片、泵和閥的密閉封環(huán)等。常見非金屬材料四、陶瓷材料

3.汽車常用陶瓷材料以氮化硅、氧化鋁和二氧化鋯為主要成分的陶瓷材料，用于制造挺桿、氣門、軸承和搖臂等汽車零件，能充分發(fā)揮其強度高、耐熱性、耐磨性、耐腐蝕性等優(yōu)良特性。特種陶瓷在汽車減振器、制動器上也有應用。近年來，在航天技術中廣泛應用的陶瓷薄膜噴涂技術開始應用于汽車上。這種技術的優(yōu)點是隔熱效果好、能承受高溫和高壓、工藝成熟、質量穩(wěn)定。為達到降低散熱的目標，可對發(fā)動機燃燒室部件進行陶瓷噴涂。例如，活塞頂和缸套可以噴氧化鋯等。常見非金屬材料五、復合材料

由于復合材料具有特殊的振動阻尼特性，可減振和降低噪聲，而且抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成型，故可用于制造汽車車身、受力構件、傳動軸、發(fā)動機架及其內部構件。目前，玻璃纖維增強樹脂復合材料和碳纖維增強樹脂復合材料在汽車上已有諸多應用。玻璃纖維增強樹脂復合材料耐腐蝕、絕緣性好，特別是有良好的可塑性，對模具要求較低，制造車身大型覆蓋件的模具加工工藝比較簡單，生產(chǎn)周期短，成本較低。在轎車和客車上，可以采用玻璃纖維增強樹脂復合材料來制造轎車車身覆蓋件、客車前后圍覆蓋件和貨車駕駛室等零部件常見非金屬材料五、復合材料

碳纖維復合材料因其質量小，而且具有高強度、高剛性，以及良好的耐蠕變與耐腐蝕性，逐漸成為汽車輕量化材料的新寵。近年來由于科技不斷發(fā)展，碳纖維材料的生產(chǎn)技術不斷進步和原材料成本不斷降低,其在民用量產(chǎn)汽車,尤其是中檔產(chǎn)品中應用十分廣泛,很多廠商也已經(jīng)開始提供碳纖維材料的小組件，如后視鏡殼、內飾門板、門把手、排擋桿、賽車座椅、空氣套件等，如圖2-32所示。汽車機械基礎模塊一汽車工程材料單元三金屬材料的熱處理學習目標1.知識目標（1）了解鋼熱處理的定義、分類及應用范圍；（2）掌握鋼鐵材料常用的熱處理工藝方法；（3）了解鋼熱處理的目的。2.能力目標能了解汽車典型零件的熱處理方法目錄01任務一金屬材料熱處理概述02任務二鋼的整體熱處理03任務三鋼的表面熱處理任務引入汽車零件是組成汽車的重要部分,在汽車零件中大部分屬于鋼鐵材料,鋼材的熱處理是提升鋼鐵材料性能的主要途徑。例如汽車后橋的主動齒輪未經(jīng)熱處理的使用壽命僅為1500h，而經(jīng)熱處理后能達到6000h。目錄01任務一金屬材料熱處理概述02任務二鋼的整體熱處理03任務三鋼的表面熱處理金屬材料熱處理概述

把金屬材料(可分為鋼、鑄鐵和有色金屬及合金等）加熱到一定溫度,在此溫度保持一定時間,用合適的冷卻介質冷卻到室溫的過程。通過熱處理，可以改變材料的內部組織（金相組織）和結構，以獲得我們所需要的性能（分物理性能和化學性能）。熱處理概念：金屬材料熱處理概述

熱處理分為加熱、保溫、冷卻三個過程。對于不同的金屬材料、不同的外形尺寸和不同的加熱介質，為了不同的目的，最終加熱溫度的高低、加熱速度、保溫時間長短、冷卻介質及冷卻速度和方式各有不同。熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線：金屬材料熱處理概述熱處理工藝分類：根據(jù)熱處理的目的和工藝方法不同：整體熱處理——退火、正火、淬火、回火等熱處理

表面熱處理表面淬火——火焰加熱、感應加熱化學熱處理——滲碳、滲氮、碳氮共滲等熱處理金屬材料熱處理概述最終熱處理是在零件完成機械加工后進行的，目的在于獲得零件所需的力學性能。熱處理工藝分類：根據(jù)工序位置的不同：預備熱處理預備熱處理是在零件加工過程中進行的，目的在于改善鑄造、鍛造或焊接毛坯件的內部組織，消除內部應力，為后續(xù)機械加工或進一步的熱處理作準備，最終熱處理。目錄01任務一金屬材料熱處理概述02任務二鋼的整體熱處理03任務三鋼的表面熱處理鋼的整體熱處理整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當速度冷卻，以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。整體熱處理退火正火回火淬火退火1.概念

退火是將鋼件加熱到適當?shù)臏囟?，?jīng)過一定時間的保溫后，緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻）以使內部組織均勻化，從而獲得預期力學性能的熱處理工藝。2.目的①降低材料的強度和硬度，提高塑性，為后續(xù)機械加工做準備。②減小材料內部組織的不均勻性，細化晶粒，消除內部應力。③為后續(xù)的熱處理做好組織準備。退火3.分類及應用

不同成分的鋼件在退火時所需的加熱溫度和冷卻方式各不相同，通?？蓪⑼嘶鸱譃橥耆嘶稹⒌葴赝嘶?、球化退火、均勻退火和去應力退火。（a）加熱溫度

（b）工藝曲線示意圖幾種退火方式的工藝曲線退火類別處理方法特點應用范圍完全退火

將鋼件加熱到Ac3以上30～50℃，保溫一段時間后，隨爐冷卻或將鋼件埋入沙、石灰中，待冷卻至500℃時取出空冷

降低鋼件硬度，使組織均勻化，充分消除內應力，為后續(xù)機械加工做好組織準備適用于亞共析鋼和合金鋼的鑄件、鍛件和焊件等等溫退火與完全退火的加熱溫度相同，先快速冷卻到A1以下的某一溫度保溫，待奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w后出爐空冷細化組織和降低硬度，獲得的組織比完全退火更均勻適用于中碳合金鋼和低合金鋼球化退火將鋼件加熱到Ac1以上10～30℃、保溫一段時間后，隨爐冷卻至600℃后取出空冷使鋼件中碳化物球狀化，以改善切削加工性能，減小后續(xù)淬火時工件的變形和開裂適用于碳素工具鋼、合金工具鋼及軸承鋼等，為后續(xù)淬火準備合適的組織均勻退火將鋼件加熱到Ac3以上150～200℃，保溫10～15h后緩慢冷卻

消除鋼件內部化學成分的偏析和組織的不均勻性適用于合金鋼的大型鑄件或鍛件去應力退火

將鋼件加熱到Ac1以下100～200℃左右，保溫一段時間后，隨爐冷卻至250℃左右后取出空冷用于消除上一步加工工序產(chǎn)生的殘余應力，以減小變形，發(fā)生組織改變但不發(fā)生相變主要用于鍛造、鑄造等毛坯去應力處理，為后續(xù)冷熱加工作準備幾種退火方式的處理方法、特點及應用范圍正火1.概念2.目的及應用①提高低碳鋼、低碳合金鋼的硬度，改善切削加工性能。②細化晶粒，消除組織缺陷，為后續(xù)熱處理工藝做好組織準備。③提高強度、硬度和韌性，可作為對力學性能要求不高的機械零部件的最終熱處理。正火是將鋼件加熱到Ac3（對于亞共析鋼）或Acm（對于過共析鋼）以上30～50℃，經(jīng)過一段時間保溫后，在空氣中冷卻以得到珠光體組織的熱處理工藝。由于正火比退火的加熱溫度略高，冷卻速度也較快，故正火后鋼件的強度和硬度較高。正火汽車上的很多零件常采用鍛造或鑄造的毛坯,如圖3-5所示。為了調整毛坯善切削加工性能,消除毛坯內應力,通常采用正火或退火作為預先熱處理。淬火1.概念2.淬火介質

鋼件進行淬火時所使用的冷卻介質稱為淬火介質。按照冷卻能力從高到低的順序，常用的淬火介質包括水及水溶液、各種礦物油、硝鹽浴、堿浴及空氣等。通常情況下，對鋼件進行淬火，在較高溫度區(qū)間內，需要快速冷卻以獲得較高的硬度。

淬火是將鋼件加熱到加熱到Ac3（對于亞共析鋼）或Ac1（對于過共析鋼）以上30～50℃，經(jīng)過一定時間的保溫后，在某種介質中快速冷卻，以大幅提高材料硬度的熱處理工藝淬火3.常用淬火方法根據(jù)冷卻方式的不同，淬火可分為單介質淬火、雙介質淬火、分級淬火和等溫淬火等。1—單介質淬火法；2—雙介質淬火法；3—分級淬火法；4—等溫淬火法各種淬火方法的冷卻曲線示意圖淬火類別處理方法工藝特點應用范圍單介質淬火

將加熱保溫后的鋼件直接放入一種介質中連續(xù)冷卻。一般非合金鋼采用水作為淬火介質，碳鋼采用油作為淬火介質

操作簡單、易于實現(xiàn)機械化；但在水中冷卻時，容易造成鋼件變形和開裂；在油中冷卻時，難以達到所要求的硬度或硬度分布不均勻

適用于形狀簡單、尺寸較小的鋼件雙介質淬火

先將加熱保溫后的鋼件放入冷卻能力強的介質中冷卻，在鋼件內部組織未向馬氏體轉變前將其取出，放入冷卻能力弱的介質中冷卻，如水+油、油+空氣等

能綜合兩種淬火介質的優(yōu)點，高溫時快速冷卻可以獲得較高的組織硬度，低溫時緩慢冷卻可以減少鋼件的變形和開裂；但鋼件在第一種介質中的冷卻時間難以掌握，操作技術要求較高適用于形狀復雜的高碳鋼件或大型合金鋼件分級淬火

將加熱保溫后的鋼件先放入接近馬氏體轉變溫度的介質中冷卻，如硝鹽浴、堿浴，短時間停留后取出空冷

能夠減小鋼件內部應力，顯著減少變形和開裂適用于形狀復雜、截面尺寸小、精度要求高的非合金鋼件及碳素鋼件等溫淬火

將加熱保溫后的鋼件快速冷卻至貝氏體轉變所需溫度區(qū)間（260～400℃），然后等溫保持，以獲得貝氏體組織

能夠有效提高其強度和硬度，并具有良好的韌性和耐磨性；但生產(chǎn)周期長，效率低

適用于各種形狀復雜、尺寸精度要求高、并要求具有良好綜合力學性能的重要零件各種淬火方法的工藝特點及應用范圍淬火3.鋼的淬透性淬透性是指鋼在淬火時所能得到的淬硬層(馬氏體組織占50%處)深度。影響鋼的性能的因素主要是臨界冷卻速度vc的大小。vc越小,鋼的淬透性越大。影響臨界冷卻速度vc因素有鋼的碳含量、合金元素及鋼中的未溶物質等。此外,工件的截面尺寸和淬火的冷卻速度也會影響鋼的淬硬層深度。對于截面承載均勻的重要工件,要全部淬透,如汽車的高強螺栓、發(fā)動機連桿、模具等;對于承受彎曲、扭轉的零件可不必淬透(淬硬層深度一般為徑的1/3～1/2),如汽車的軸類、齒輪等,如圖3-7所示。回火1.概念2.目的及應用回火具有以下方面的目的：①提高組織穩(wěn)定性，避免鋼件在使用過程中發(fā)生組織轉變，從而造成開裂和變形。②消除內部應力，以穩(wěn)定鋼件幾何尺寸并改善切削加工性能。③適當降低鋼件硬度和強度，提高韌性和塑性，以獲得良好的綜合力學性能。

回火是將淬火后的鋼件重新加熱到A1（相變溫度）以下某個溫度，保溫一定時間后冷卻至室溫的熱處理工藝?；鼗鹜ǔＷ鳛殇摷淖罱K熱處理工藝，在工業(yè)生產(chǎn)中應用十分廣泛。

鋼件經(jīng)淬火后，內部存在著馬氏體、貝氏體及殘余奧氏體等不穩(wěn)定組織，隨著時間的推移很容易發(fā)生組織轉變，因此一般需要馬上進行回火。回火3.回火方法的分類回火的溫度越高，獲得的鋼件硬度、強度越低，塑性和韌性越高。類別保溫溫度工藝特點應用范圍低溫回火150～250℃

獲得的組織為回火馬氏體，硬度為58～64HRC；能夠減小淬火時產(chǎn)生的內應力，降低鋼件脆性，獲得較高的硬度和耐磨性，并保持一定的韌性適用于處理各種要求高硬度、高耐磨性的工件，如各種刀具、量具、模具、滾動軸承等中溫回火350～500℃

獲得的組織為回火托氏體，硬度為58～64HRC；鋼件具有較高的彈性和一定的韌性適用于處理各種彈性零件和熱鍛模具，如彈簧等高溫回火500～650℃

獲得的組織為回火索氏體，硬度為25～35HRC；能夠使鋼件具有較高的強度、良好的塑性和韌性，提高鋼件的綜合力學性能

適用于各種重要的受力零部件，如傳動軸、連桿、齒輪、絲杠等三類回火方法工藝特點及應用范圍調質處理

先對鋼件進行淬火，再進行高溫回火，這種復合熱處理工藝稱為調質處理，簡稱為調質。調質處理可使鋼件獲得良好的綜合力學性能，在具有較高強度和硬度的同時保持一定的韌性和塑性，通常用于絲杠、連桿、主軸、軸承等受力復雜的重要機械零部件。（a）絲杠

（b）連桿

（c）機床主軸

（d）軸承經(jīng)調質處理的零部件時效處理人工時效

指將鋼件重新加熱到100～150℃，在較短時間內（5～20h）進行的時效處理自然時效時效處理時效時是否加熱指不經(jīng)過加熱，將鋼件直接存放在室溫條件下，長時間放置而進行的時效處理。振動時效

指常溫時使鋼件以一定的頻率進行振動，以使其內部