1.3 认识汽车材料（1）（课件）《汽车机械基础（第2版）》同步精品课堂（高等教育出版社）

1.3 认识汽车材料（1） 《汽车机械基础》高教版·第2版 教学目标 教学重难点 教学过程 课后作业 案例引入 汽车外观零件 领悟汽车机械最基础的工作原理，为专业课的学习奠定基础，为可持续发展服务，促进综合职业能力的形成。 知道金属材料及其力学性能。 知道碳素钢、合金钢和铸铁的分类及牌号。 能描述铝、铝合金、铜、铜合金和轴承合金的特性。 能力目标 素质目标 知识目标 01 02 能描述铝、铝合金、铜、铜合金和轴承合金的特性 教学难点 知道碳素钢、合金钢和铸铁的分类及牌号 教学重点 知识引入 汽车材料有金属材料、非金属材料和其他运行材料，如图所示。汽车常用金属材料分为钢铁材料(或称黑色金属)和非铁金属(或称有色金属)两大类。 知识引入 钢铁材料是指主要由铁、碳元素组成，并含有硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。除钢铁材料以外的其他金属统称为非铁金属。 汽车常用非金属材料有塑料、橡胶、玻璃和陶瓷等。 运行材料有燃料、润滑材料、冷却液和制动液等。 制造汽车所用的材料80%为金属材料，金属材料的力学特性是评定金属材料质量的主要依据。 Part1 金属材料及其力学性能 金属材料及其力学性能 1.金属和合金的定义 金属是指具有良好的导电性和导热性，有一定的强度和塑性，并具有特殊金属光泽的物质。金属材料是指由金属元素或以金属元素为主要材料构成的，并具有金属特性的物质。金属材料一般包括纯金属和合金两类。 金属材料及其力学性能 1.金属和合金的定义 小提示： 纯金属由于其强度、硬度一般都较低，而且冶炼技术复杂，价格较高，因此在使用上受到很大的限制。目前在汽车工业中广泛使用合金。 金属材料及其力学性能 合金是指两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材料。 与纯金属相比，合金除具有良好的力学性能外，还可以通过调整组成元素之间的比例，获得一系列性能各不相同的合金，从而满足不同的性能要求。 金属材料及其力学性能 2.金属材料的力学性能 金属材料的力学性能是指金属材料在力的作用下所表现出来的性能，又称机械性能，主要包括强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。金属材料的力学性能是评定金属材料质量的主要依据。 金属材料及其力学性能 2.金属材料的力学性能 (1)强度 强度是指金属材料抵抗永久变形(塑性变形)和断裂的能力。金属材料的强度指标可以通过拉伸试验测得，圆柱形拉伸试样如图所示。 金属材料及其力学性能 2.金属材料的力学性能 小提示： 载荷指零件外部的作用力；物体受外力作用后导致物体内部之间相互作用的力称为内力；单位面积上的内力称为应力，单位是MPa。应力的大小与外部载荷的变化、大小有关。 静载荷产生静应力，动载荷产生变应力。静应力使零件产生塑性变形或断裂，变应力使零件产生疲劳断裂。按应力变化特点可将变应力分为脉冲循环应力、对称循环应力和非对称循环应力三种，其中对称循环应力对零件的寿命影响最大。 金属材料及其力学性能 2.金属材料的力学性能 (2)塑性 塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。 金属材料的塑性可以用拉伸试样断裂时的最大相对变形量来表示，如断后伸长率和断面收缩率，它们是表征材料塑性优劣的主要力学性能指标。 金属材料及其力学性能 2.金属材料的力学性能 ①断后伸长率断后伸长率是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距的百分比，用符号A或A11.3表示。 ②断面收缩率断面收缩率是指试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号Z表示。 金属材料及其力学性能 2.金属材料的力学性能 (3)硬度 硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。它是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标。目前最常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 金属材料及其力学性能 2.金属材料的力学性能 (4)韧性 韧性是指金属材料在断裂前吸收变形能量的能力，可用来衡量金属材料抵抗冲击载荷的能力。韧性的大小是通过冲击试验来测定的。 金属材料及其力学性能 2.金属材料的力学性能 (5)疲劳强度 疲劳是指金属零件在低于制作该零件的金属的屈服强度(或规定塑性延伸强度)的循环应力作用下，经过一定工作时间后发生的突然断裂现象。汽车上的部分机械零件，如轴、齿轮、弹簧等，是在循环载荷作用下工作的。 金属材料及其力学性能 疲劳强度是指金属材料在循环应力作用下能经受无限多次循环而不断裂的最大应力值。 应变是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化。 小提示 由于大部分机械零件的损坏是由疲劳造成的，因此消除和减少疲劳失效对于提高零件使用寿命有着重要意义。 注意 Part2 非合金钢 非合金钢 1.非合金钢的分类 非合金钢是指以铁为主要元素、平均碳的质量分数小于2.11%并含有少量其他元素的铁碳合金。 实际使用的碳素钢的碳的质量分数一般不超过1.4%。因碳素钢冶炼方便、加工容易、价格便宜，性能可以满足一般工程使用要求，所以成为汽车工业用材的主体，占汽车用材总量的3/4左右。 非合金钢 1.非合金钢的分类 非合金钢的分类如下： (1)按碳的质量分数分类 非合金钢按碳的质量分数高低分类，可分为低碳钢(wc≤0.25%)、中碳钢(0.25%<wc<0.60%)、高碳钢(wc>0.60%)。 非合金钢 1.非合金钢的分类 非合金钢的分类如下： (2)按质量等级(主要根据硫、磷的质量分数)分类 非合金钢按质量等级分类，可分为普通质量非合金钢(ws<0.055%,wp<0.045%)、优质非合金钢(ws<0.040%,up<0.040%)、特殊质量非合金钢(ws<0.025%,wp<0.030%)。 非合金钢 1.非合金钢的分类 非合金钢的分类如下： (3)按用途分类 非合金钢按用途分类，可分为碳素结构钢(用于制造各种机械零件和工程结构件，多为低碳钢和中碳钢)和碳素工具钢(用于制造各种刀具、量具和模具，多为高碳钢)。 非合金钢 2.汽车中常用的非合金钢 (1)碳素结构钢 碳素结构钢主要保证力学性能，故其牌号体现其力学性能。 碳素结构钢的牌号用“Q+数字”表示，其中“Q”为屈服强度“屈”字汉语拼音首字母，数字表示屈服强度的数值。 非合金钢 2.汽车中常用的非合金钢 碳素结构钢在汽车上用来制作百叶窗联动杠杆、传动轴中间轴承支架、发动机前后支架、油底壳加强板、离心式机油滤清器法兰、固定发电机用的连接板、前钢板弹簧夹箍、后视镜支架、同步器锥盘、差速器螺栓锁片、车轮轮辐、轮辋(图)、驻车制动器棘爪与齿板、消声器及百叶窗叶片等。 非合金钢 2.汽车中常用的非合金钢 (2)优质碳素结构钢 优质碳素结构钢必须保证钢的化学成分和力学性能。优质碳素结构钢中所含的有害杂质元素(硫、磷元素等)和非金属夹杂物较少，力学性能和钢材的表面质量较好，其组织也较均匀。 非合金钢 2.汽车中常用的非合金钢 (3)碳素工具钢 碳素工具钢的表面可得到较高的硬度和耐磨性，心部有较好的韧性。 碳素工具钢的牌号用“T+数字”表示，其中数字表示钢中平均碳的质量分数的千分数。例如，T9表示平均碳的质量分数为0.90%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在其牌号后面标注字母A。 非合金钢 2.汽车中常用的非合金钢 (3)碳素工具钢 优质碳素结构钢在汽车上用来制作油底壳(图)、燃油箱、驾驶室、轮胎螺母与螺栓、离合器调整螺栓、曲轴箱螺栓、风扇叶片、驻车制动杆、曲轴正时齿轮、变速杆、凸轮轴及气门弹簧等。 非合金钢 2.汽车中常用的非合金钢 碳素工具钢用来制作各种工具和量具，如螺丝刀(图)及游标卡尺等。 非合金钢 2.汽车中常用的非合金钢 (4)铸造碳钢 铸造碳钢能制造形状复杂的零件，而锻造件则无法做到，所以汽车上许多零件是用铸造碳钢铸造而成的。铸造碳钢在汽车上用来制作变速器拨叉(图)、起动爪、减振器下支架、齿轮及棘轮等。 Part3 合金钢 合金钢 1.合金元素对钢性能的影响 为了改善钢的某些性能或使之具有某些特殊性能，在炼钢时有目的地加入一种或多种合金元素所形成的钢，称为合金钢。 加入的合金元素主要有硅(Si)、锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、硼(B)、铝(Al)、锆(Zr)及稀土元素(RE)等。 合金钢 1.合金元素对钢性能的影响 合金元素的作用如下： ③锰的质量分数在2%以下时，能使钢的强度显著提高，而且有一定的韧性。 ②镍的质量分数在6%以下时，能使钢具有高强度和高韧性。 ①碳的质量分数低的钢加入铬能提高其强度和硬度。 合金钢 1.合金元素对钢性能的影响 合金元素的作用如下： ⑥钒能同时提高钢的强度和韧性，并提高钢的耐磨性和回火稳定性。 ⑤钨能提高钢的强度及耐磨性，使钢具有良好的热硬性。 ④硅能提高钢的强度、硬度、疲劳强度、耐蚀性和抗氧化性，硅的质量分数为2.5%～4.4%的钢是很好的软磁材料，可制作变压器或电动机线圈的铁心。 合金钢 1.合金元素对钢性能的影响 合金元素的作用如下： ⑨稀土元素对冶炼和铸造有良好的作用，还能提高钢的塑性和韧性，改善钢的特殊性能，如耐热性、耐蚀性、抗氧化性等。 ⑧钛能提高钢的强度、硬度和耐磨性，对塑性影响较小。 ⑦铝能提高钢的抗氧化性，铝与氮形成化合物，能提高钢的硬度和耐磨性。 合金钢 2.合金钢的分类 (1)按主要用途分类 合金结构钢用来制造各种机械零件及工程结构件。 01 ①合金结构钢 合金工具钢用来制造各种重要的工具、量具、刀具等。 02 ②合金工具钢 特殊性能钢用来制造有特殊性能要求的结构件和机器零件等。 03 ③特殊性能钢 合金钢 2.合金钢的分类 (2)按合金元素的含量分类 低合金钢的合金元素总含量小于5%。 01 ①低合金钢 中合金钢的合金元素总含量为5%～10%。 02 ②中合金钢 高合金钢的合金元素总含量大于10%。 03 ③高合金钢 合金钢 3.汽车常用合金钢 合金结构钢在汽车上应用广泛，主要用于制造各种重要的零件和受力结构，具有良好的力学性能和加工工艺性能。 合金钢 3.汽车常用合金钢 合金结构钢的牌号采用两位数字加元素符号加数字表示。 前面的两位数字表示钢的平均碳的质量分数的万分数，元素符号表示钢中所含的合金元素，而后面的数字表示该元素的平均质量分数。 合金钢 3.汽车常用合金钢 合金结构钢的牌号采用两位数字加元素符号加数字表示。 当合金元素的平均质量分数小于1.5%时，牌号中只标明元素符号，而不标明含量；如果合金元素的平均质量分数大于1.5%、2.5%、3.5%等时，则相应地在元素符号后面标出2、3、4等。例如，60Si2Mn表示平均碳的质量分数为0.6%,硅的质量分数约为2%,锰的质量分数小于1.5%的合金钢。 合金钢 3.汽车常用合金钢 (1)低合金结构钢 低合金结构钢平均碳的质量分数为0.1%～0.25%,所加入的合金元素总量不大于3%。低合金结构钢的成分特点为低碳、低合金，所加入的合金元素主要有锰、钒、钛等。 合金钢 3.汽车常用合金钢 低合金结构钢在汽车上用来制作水箱固定架底板、风扇叶片、横梁、纵梁前加强板、保险杠(图)及燃油箱托架等。 合金钢 3.汽车常用合金钢 (2)合金渗碳钢 汽车上有许多零件是在高速、重载、较强烈的冲击和受磨损条件下工作的，如汽车的变速齿轮、十字轴以及内燃机凸轮轴等，要求零件的表面具有高硬度、高耐磨性，而心部有足够的韧性。为了满足这样的性能要求，可采用合金渗碳钢。 合金钢 3.汽车常用合金钢 合金渗碳钢在汽车上用来制作活塞销(图)、气门弹簧座、气门挺杆、变速器中间轴、变速器齿轮、半轴齿轮、万向节、差速器十字轴及钢板弹簧中心螺栓等。 合金钢 3.汽车常用合金钢 (3)合金调质钢 合金调质钢在汽车上用来制作螺栓、连杆、连杆盖、半轴、水泵轴、传动轴花键、万向节叉、转向节、进气门(图)及离合器从动盘等。 合金钢 3.汽车常用合金钢 (4)合金弹簧钢 合金弹簧钢在汽车上用来制作钢板弹簧、气门弹簧(图)、制动气室复位弹簧、真空助力泵回位弹簧、摇臂轴定位弹簧及离合器压紧弹簧等。 合金钢 3.汽车常用合金钢 (5)滚动轴承钢 滚动轴承钢是用来制造滚动轴承(图)的滚动体和内、外圈的专用钢。 课后总结 为了改善钢的某些性能或使之具有某些特殊性能，在炼钢时有目的地加入一种或多种合金元素所形成的钢，称为合金钢。 合金钢 非合金钢是指以铁为主要元素、平均碳的质量分数小于2.11%并含有少量其他元素的铁碳合金。 非合金钢 金属是指具有良好的导电性和导热性，有一定的强度和塑性，并具有特殊金属光泽的物质。 金属材料及其力学性能 随堂练习 下列关于金属材料的描述，正确的是： A.金属材料只包括纯金属 B.纯金属比合金更适合用于汽车工业 C.金属材料包括纯金属和合金 D.合金的性能无法通过调整组成元素来改变 答案：C 解析：金属材料包括纯金属和合金两类。纯金属由于强度、硬度较低，使用受限，而合金因性能可调、力学性能优越，在汽车工业中广泛使用。 随堂练习 合金的主要优点是： A.成本低、易冶炼 B.力学性能优于纯金属，且可通过调整元素比例满足不同需求 C.不具有金属光泽 D.只含金属元素 答案：B 解析：合金通过调整组成元素的比例，可以获得不同的性能，满足不同使用要求，且力学性能优于纯金属。 随堂练习 金属材料的力学性能不包括以下哪一项？ A.强度 B.塑性 C.导热性 D.韧性 答案：C 解析：导热性属于物理性能，而力学性能主要包括强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 随堂练习 强度是指金属材料： A.抵抗永久变形和断裂的能力 B.在断裂前发生永久变形的能力 C.抵抗局部变形的能力 D.抵抗疲劳破坏的能力 答案：A 解析：强度是衡量材料抵抗永久变形（塑性变形）和断裂的能力，是力学性能的重要指标。 随堂练习 塑性是指金属材料： A.抵抗局部变形的能力 B.抵抗断裂的能力 C.在断裂前发生不可逆永久变形的能力 D.抵抗疲劳破坏的能力 答案：C 解析：塑性是材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力，常用断后伸长率和断面收缩率表示。 随堂练习 下列哪项不是衡量材料塑性的指标？ A.断后伸长率 B.断面收缩率 C.洛氏硬度 D.最大相对变形量 答案：C 解析：洛氏硬度是衡量材料硬度的指标，而断后伸长率和断面收缩率是衡量塑性的主要指标。 随堂练习 硬度是指金属材料： A.抵抗断裂的能力 B.抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力 C.抵抗疲劳破坏的能力 D.抵抗热变形的能力 答案：B 解析：硬度是衡量材料软硬程度的指标，反映其抵抗局部变形（如压痕、划痕）的能力。 随堂练习 目前最常用的硬度指标不包括： A.布氏硬度 B.洛氏硬度 C.维氏硬度 D.弹性硬度 答案：D 解析：常用的硬度指标包括布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度，弹性硬度不是标准硬度指标。 课后练习 1.简述金属和合金的定义。 2.简述金属材料的力学性能。 3.简述非合金钢的分类。 感谢您的聆听 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $