3.1 金属材料的分类及性能（课件）-《汽车机械基础》同步精品课堂（机工版·第2版）

同步精品课程——中职专业课 第3章 构件的承载能力分析 3.1 金属材料的分类及性能 《汽车机械基础》（第2版） 机工版 1 知识目标 1.了解汽车常用工程材料的类型。 2.掌握金属材料的分类方法，理解金属材料的性能。 教学目标 加工工表明 导入情景 3.1 金属材料的分类及性能 一般的汽车都由一万个以上的零部件组成，这此零部件使用了超过60种不同材料。制造汽车零部件用的材料统称为汽车工程材料。汽车工程材料主要包括金属材料高分子材料、陶瓷材料、复合材料等。其中钢、铁、塑料、铝、橡胶、玻璃等材料占轿车质量的90%，其余10%为其他多种材料，包括有色金属(铜、铅、锌、锡等)以及车中装备的液体(燃油、润滑剂、其他油品和水基液等)、油漆、纤维制品。如富康轿车用钢55%、铸铁12%、塑料12%、铝6%、橡胶3%。图3-1所示为汽车使用的材料。 汽车材料的性能主要包括使用性能和工艺性能。材料的使用性能是指在正常使用条件下材料所表现出来的性能，包括力学性能、物理性能和化学性能。材料的使用性能决定了材料的使用范围、安全可靠性和使用寿命。材料的工艺性能是指材料在被制成各种零部件的过程中适应加工的性能。在选择汽车零部件材料时一般遵循以下几个原则。 1)使用性能原则。采用所选材料制造的零件在使用过程中具有良好的工作性能。 01 加工工表明 导入情景 2)工艺性能原则。所选用材料能够确保零件便于加工。 3)经济性原则。所选用的材料能使产品具有较低的总成本。 01 新知学习 3.1.1 金属材料的分类 金属是具有光泽、有良好的导电性、导热性与力学性能，并具有正温度电阻系数的物质，到现在为止，发现的金属有80多种。人们通常把金属分成两大类，即黑色金属和有色金属。 黑色金属有三种，即铁、锰、铬，但是它们都不是黑色的。纯铁是银白色的，锰是银白色的，铬是灰白色的。由于铁的表面常常生锈，覆盖一层黑色的四氧化三铁与棕褐色的三氧化二铁的混合物，看上去就是黑色的，因此称之为黑色金属。最常见的合金钢是锰钢与铬钢，人们把锰与铬也算成是黑色金属了。黑色金属除了铁、锰、铬外，还包括这几种金属的合金。 02 新知学习 黑色金属是最常见的金属材料。钢和铸铁是以铁和碳为主要元素的铁碳合金。碳的质量分数在2.11%以下的铁碳合金称为钢，碳的质量分数为2.11%-6.69%的铁碳合金称为铸铁。黑色金属在汽车工业中占主流地位。一辆中型载货汽车上黑色金属约占汽车总重量的3/4，轿车上约占2/3。黑色金属最大的特点是价格低廉，比强度高，便于加工，因而得到广泛应用。汽车用黑色金属主要用于制造车架、车轴、车身、齿轮、发动机曲轴、外壳等零件。 除了铁、锰、铬以外，其他的金属都是有色金属。 3.1.2 金属材料的性能 金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在使用过程中反映出来的特性，它决定金属材料的应用范围、安全可靠性和使用寿命。使用性能又分为力学性能、物理性能和化学性能。工艺性能是指金属材料在制造加工过程中反映出来的各种特性。 02 新知学习 1.金属材料的力学性能 力学性能是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能。金属材料的力学性能是设计零件和选材时的主要依据。外加载荷性质不同(例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等)，对金属材料的力学性能要求也不同。常用的力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。 (1)强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗破坏(过量塑性变形或断裂)的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷即应力表示，符号为R，单位为MPa。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、屈服强度等。其中抗拉强度和屈服强度是常用的强度指标。屈服强度是指金属材料在外力作用下产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用ReH或ReL表示。抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，发生断裂前所能承受的最大应力值，用Rm表示。对于大多数机械零件来说，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据;对于因断裂而失效的零件，则用抗拉强度作为其强度设计的依据。 02 新知学习 (2)塑性 塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形(永久变形)而不破坏的能力。常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号A表示。断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用Z表示。伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好;反之，塑性越差。良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。 (3)硬度 硬度是指材料表面抵抗硬物压入的能力。硬度能够衡量金属材料的软硬程度是材料的重要力学性能指标。一般材料