5.汽车零件材料性能分析（课件）-高二《汽车机械基础》同步教学（人民交通版）

汽车零件材料性能分析 汽车工程材料是汽车制造、使用以及维修中常用的材料，是材料科学的一个分支。目前，汽车正朝着高速、经济、舒适、安全、环保的方向发展，特别是近年来人们对环保的高度重视，对汽车工程材料提出了更高的要求，因而在汽车产品设计及其制造与维修过程中，材料的选用问题将日趋突出。这使汽车工业的发展与材料学科之间的关系更为紧密。 汽车工业已是世界各国的支柱产业之一，在汽车制造工业中应用最广泛的仍是金属材料，约占总质量的70%~90%。在我国，汽车工业所用的钢铁材料占钢铁年产量的10%左右。金属材料之所以获得广泛的使用，是因为金属材料不仅来源丰富，而且具有耐用性好、工艺性好等优点。金属材料还可以通过不同成分配置、不同的加工和热处理方法来改变组织与性能，以扩大其使用范围。随着科学技术的不断进步，高性能金属材料和高性能非金属材料在汽车上的应用范围逐渐扩大。 2023/6/30 案例引入：了解发动机的工作情况，观察发动机曲柄连杆机构的运动，认识发动机的活塞（如图2-1所示）的工作环境和任务，分析：活塞要完成其工作任务，保证发动机正常工作，所用材料应具备什么性能？通常选用什么材料？ 图2-1 发动机活塞 2023/6/30 材料的性能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，零部件材料所表现出来的性能。主要包括物理性能、化学性能、工艺性能和力学性能。 材料的工艺性能直接影响着零部件质量，是零部件选材和制定加工工艺路线时必须考虑的因素之一。 1 材料的性能 、零件性能分析 2023/6/30 1. 材料的物理性能 材料的物理性能，是指材料的固有属性，如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性和色泽等。 1）密度 在机械制造中，一般将密度小于5.0×103kg/m3的金属称为轻金属，如铝、镁、钛及其合金；将密度大于5.0×103kg/m3的金属称为重金属，如铁、铅、钨等。 2）熔点 熔点，是指材料由固态向液态转变的温度。各种金属都具有固定的熔点。 、 （一）材料的使用性能 2023/6/30 3）导热性 导热性，是指材料在加热和冷却时传导热量的性能，常用热导率表示。 4）导电性 导电性，是指材料传导电流的能力，常用电阻率表示。 5）热膨胀性 热膨胀性，是指材料随温度的变化产生膨胀、收缩的特性，常用线膨胀系数来表示。 、材料的使用性能 6）磁性 磁性，是指材料能被磁场吸引或磁化的性能，常用磁导率表示。 2023/6/30 2．材料的化学性能 材料的化学性能，是指材料在化学作用下表现出来的性能。对于金属材料来说，化学性能一般指耐腐蚀性和抗氧化性。对于非金属材料来说，还存在着化学稳定性、抗老化能力和耐热性等问题。 1）耐腐蚀性 材料在常温下抵抗周围介质（如大气、燃气、水、酸、碱、盐等）腐蚀的能力称为耐腐蚀性。 2）抗氧化性 材料在高温下抵抗氧化的能力称为抗氧化性，又称热稳定性。在钢中加入Cr、Si等元素，可大大提高钢的抗氧化性。如在高温下工作的内燃机排气门等轿车零部件，就是采用抗氧化性好的4CrSi2等材料来制造的。 2023/6/30 4. 材料的力学性能 材料的力学性能，是指材料在外加载荷作用下所表现出来的性能，或称机械性能。材料的力学性能主要决定于材料的化学成分、组织结构、冶金质量、表面和内部的缺陷等内在因素，但一些外在因素如载荷性质、应力状态、温度、环境介质等也会有较大影响。材料的力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。 载荷是指金属材料在加工及使用过程中所受的外力。根据载荷作用性质的不同，它可以分为静载荷、冲击载荷及交变载荷三种。金属材料受不同载荷作用而发生的几何形状和尺寸的变化称为变形，变形一般分为弹性变形和塑性变形。 、零件性能分析 2023/6/30 1）强度与塑性 金属抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度，强度大小通常用应力来表示。断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。 根据载荷作用方式不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。其中抗拉强度为最基本的强度指标，可通过拉伸试验来测定。 图2-3 拉伸试样 图2-4 低碳钢的力-伸长曲线 2023/6/30 2）硬度 硬度是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，也可以说是指金属材料抵抗比它更硬物体压入其表面的能力。 3）冲击韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为韧性。目前，常用一次摆锤冲击弯曲试验、小能量多次冲击实验来测定金属材料的韧性。 、零件性能分析 2023/6/30 4）疲劳强度 在周期性交变应力作用下，零件会在小于σs 的情况下发生突然断裂，这种现象称为疲劳。金属因疲劳而产生的断裂，称为疲劳断裂。在机件断裂事故中，疲劳断裂约占断裂事故的80—90%。 、零件性能分析 图2-4