汽车零件的选材.ppt
选材方法与步骤,汽车零件的选材,1）周密分析零件的工作特性和使用条件。找出主要损坏形式，提出主要抗力指标，如表1-6所示。2）根据零件的工作条件，提出必要的设计制造技术条件。3）根据所提出的技术条件、要求，结合考虑工艺性、经济性，对材料进行预选择.(可以通过与相类似机器零件的比较和已有的实践经验的判断，或者通过各种材料选用手册来进行选择)。,4)预选方案材料进行计算，以确定是否能满足上述工作条件要求。5)二次（或最终）选择。选择方案可以是若干种方案。6)通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验，最终确定合理选材方案。7)最后，在中试生产的基础上，接受生产考验，以检验选材的合理与否。,选材方法与步骤:,图1-12 零件的一般选材步骤,1 典型汽车零件的选材2 金属材料在汽车上的应用,八、金属材料在汽车上的应用,菜单,1）汽车齿轮的选材（1）汽车齿轮的工作条件（2）汽车齿轮的主要失效形式,1 典型汽车零件的选材,（3）对汽车齿轮的性能要求1）高的弯曲疲劳强度；2）高的接触疲劳强度、耐磨性；3)较高的强度和冲击韧性；4)较好的热处理性能，热处理变形小。,（4）典型汽车齿轮选材 汽车齿轮用材是合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi，并经渗碳、淬火和低温回火。渗碳、淬火、回火后，还可采用喷丸处理，增大表面应力，有利于提高疲劳强度，并清除氧化皮。,（5）合金渗碳齿轮的工艺路线 下料锻造正火切削加工渗碳、淬火及低温回火喷丸磨削加工,图2-53 汽车变速齿轮,2）汽车发动机曲轴（1）汽车发动机曲轴的工作条件 曲轴在工作中受到弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力。而且，应力分布极不均匀；曲轴颈与轴承还发生滑动摩擦。（2）曲轴的主要失效形式 疲劳断裂和轴颈严重磨损两种。,（3）对曲轴的性能要求：1）高的强度；2）一定的冲击韧度；3）足够的弯曲、扭转疲劳强度；4）足够的刚度；轴径表面有高的硬度和耐磨性。,（4）典型曲轴的选材 锻钢曲轴一般采用优质中碳钢和中碳合金钢制造，如30、45、35Mn2、40Cr、35 Cr Mo等。铸造曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等制造，如ZG230-450、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。,（5）曲轴典型的工艺路线可根据材质不同分为两类：1）铸造曲轴的典型工艺路线：铸造高温正火高温回火切削加工轴颈气体渗碳2）锻钢曲轴的典型工艺路线：下料模锻调质切削加工轴颈表面淬火,3）汽车板簧（1）汽车板簧失效形式及性能要求 汽车板簧用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击荷载。汽车板簧的主要失效形式为刚度不足引起的过度变形或疲劳断裂。因此，对汽车板簧的性能要求是材料要有较高的屈服强度和疲劳强度。,（2）典型板簧选材 汽车板簧一般选用弹性高的合金弹簧钢来制造，如65Mn、65Si2Mn钢等。对于中型或重型汽车，板簧还采用50 CrMn、55 SiMnVB钢；对于中型载货汽车用的大截面积板簧，则采用55SiMnMoV、55SiMnMoVNb钢制造。,（3）工艺路线 热轧钢板冲裁下料压力成型淬火中温回火喷丸强化喷丸强化也是表面强化的手段，目的是提高零件的疲劳强度。,（一）汽车结构零件用材1）发动机缸体和缸套材料 缸体常用的材料有灰铸铁和铝合金两种。铝合金的密度小，但刚度差、强度低、价格贵。所以，除了某些发动机为减轻重量而采用铝合金外，一般缸体材料均采用灰铸铁。,2 金属材料在汽车上的应用,汽缸的缸体一般采用普通铸铁或铝合金，而汽缸工作面则用耐磨材料，制成缸套镶入汽缸。常用缸套材料为耐磨合金铸铁，主要有高磷铸铁、硼铸铁、合金铸铁等。为了提高缸套的耐磨性，可以用镀铬、表面淬火、喷镀金属钼或其他耐磨合金等办法对缸套进行表面处理。,2）发动机缸盖 缸盖主要用来封闭汽缸构成燃烧室。目前使用的缸盖材料有两种：一种是灰铸铁或合金铸铁；另一种是铝合金。铸铁发动机缸盖具有高温强度、铸造性能好、价格低等优点，但其导热性差、重量轻，但其高温强度低，使用中容易变形、成本较高。,3）活塞组 活塞、活塞销和活塞环等零件组成活塞组。常用的活塞材料是铝硅合金，其性能特点是导热性好、密度小、膨胀系数减小，耐磨性、耐蚀性、硬度、刚度和强度提高。铝硅合金活塞需进行固溶处理及人工时效处理，以提高表面硬度。,活塞销材料一般用20、20Cr、20CrMnTi等低碳、低碳合金钢，表面进行渗碳或碳氮共渗处理，以满足材料外表面硬而耐磨、内部韧而耐冲击的要求。,活塞环材料目前一般多用珠光体基体的灰铸铁或在灰铸铁基础上添加一定量的铜、铬、钼及钨等合金元素的合金铸铁，也有的采用球墨铸铁或可锻铸铁。为了改善活塞环的工作性能，活塞环宜进行表面处理。目前应用最广泛的是镀铬，可使活塞环的寿命提高倍。其他表面处理的方法还有喷钼、磷化、氧化、涂敷合成树脂等。,连杆材料一般采用45钢、40Cr或40MnB等调质钢。合金钢虽具有很高强度，但对应力集中很敏感。,气门 进气门一般可用40Cr、35CrSi、38CrSi、42Mn2V等合金钢制造；而排气门则要求用高铬耐热钢制造，采用4Cr10Si2Mo作为气门材料时工作温度可达550650。,半轴 汽车半轴通常选用调质钢制造。中、小型汽车的半轴一般用45钢、40Cr，而重型汽车则用40MnB、40CrNi或40CrMnMo等淬透性较高的合金钢制造。半轴加工中常采用喷丸处理及滚压凸缘根部圆角等强化方法。,螺栓、铆钉等冷镦零件 常用的螺栓材料有10、15（木螺栓，铆钉）、35(普通螺栓)、40Cr和15MnVB(重要螺栓)等。,（二）汽车冷冲压零件用材 在汽车零件中，冷冲压零件种类繁多，约占总零件数的50%60%。汽车冷冲压零件的材料有钢板和钢带，其中主要是钢板，包括热轧钢板和冷轧钢板，如08、20、25和Q345等。,热轧钢板主要用来制造一些承受一定荷载的结构件，如保险杠、刹车盘、纵梁等。这些零件不仅要求钢板具有一定刚度、强度，而且还要具有良好的冲压成型性能。冷轧钢板主要用来制造一些形状复杂，受力不大的机器外壳、驾驶室、轿车的车身等覆盖零件。这些零件对钢板的强度要求不高，但却要求具有优良的表面质量和冲压性能，以保证高的成品合格率。,近年开发的加工性能良好、强度（屈服强度和抗拉强度）高的薄钢板高强度钢板，由于其可降低汽车自重、提高燃油经济性而在汽车上获得应用，如已用于制造车身外面板（包括车顶、前脸、后围、发动机罩、车门、行李箱等）、车身内蒙保险杠、横梁、边梁、支架、发动机框架等。,九、非金属材料在汽车上的应用,非金属材料指工程材料中除金属材料以外的其他一切材料。非金属材料的原料来源广泛，自然资源丰富，成形工艺简单，具有一些特殊性能，应用日益广泛，已成为机械工程材料中不可缺少的重要组成部分。在机械工程中常用的非金属材料主要包括高分子材料、陶瓷材料和复合材料。,菜单,1 高分子材料,高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。高分子化合物是指相对分子质量(分子量)很大的化合物，其分子量一般在5000以上。高分子化合物包括有机高分子化合物和无机高分子化合物两类。有机高分子化合物又分为天然的和合成的。机械工程中使用的高分子材料主要是人工合成的有机高分子聚合物（简称高聚物），例如塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料和胶接剂等。高聚物是通过聚合反应以低分子化合物结合形成的高分子材料。,（一）塑料,1）塑料的组成 塑料是以合成树脂为主要成分，加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成的高分子材料。树脂的种类、性能、数量决定了塑料的性能，因此，塑料基本上都是以树脂的名称命名的，例如聚氯乙烯塑料的树脂就是聚氯乙烯。工业中用的树脂主要是合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。,2）塑料的特性,(1)质轻、比强度高 塑料的密度为0.92.2gcm3，只有钢铁的1814。泡沫塑料的密度约001gcm3。塑料的强度比金属低，但比强度高。这对减轻机械产品的重量具有重要意义。(2)化学稳定性好 塑料能耐大气、水、碱、有机溶剂等的腐蚀。例如，聚四氟乙烯在沸腾的“王水”中仍很稳定。(3)优异的电绝缘性 塑料有良好的电绝缘性，介质损耗小，其电绝缘性可与陶瓷、橡胶等绝缘材料相媲美。(4)减摩、耐磨性好 塑料的硬度低于金属，但多数塑料的摩擦系数小，有些塑料(如聚四氟乙烯、尼龙等)具有自润滑性。因此，塑料可用于制作在无润滑条件下工作的某些零件。(5)消声和吸振性好 塑料轴承和齿轮工作时平稳无声，大大减小了噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音材料。(6)成形加工性好 塑料有注射、挤压、模压、浇塑等多种成形方法，且工艺简单，生产率高。(7)耐热性差 多数塑料只能在100左右使用，少数品种可在200左右使用；易老化(因光、热、荷载、水、碱、酸、氧等的长期作用，使塑料变硬、变脆、开裂等现象，称老化)；导热性差，约为金属的1500；热膨胀系数大，约为金属的3至10倍。,3）常用塑料类零件,各种把手、仪表盘、坐垫、保险杠等。,（二）橡胶,1）橡胶的组成与性能 橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的高分子材料。橡胶具有弹性大（最高伸长率可达8001000，外力去除后能迅速恢复原状），吸振能力强，耐磨性、隔声性、绝缘性好，可积储能量，有一定的耐蚀性和足够的强度等优点，其主要缺点是易老化。,2）常用橡胶类零件,（三）复合材料,复合材料 由两种或两种以上性质不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料，称为复合材料。1）复合材料的分类按基体不同，分为两类：非金属基复合材料和金属基复合材料。按增强相的种类和形状不同，分为三类：颗粒复合材料、层叠复合材料和纤维增强复合材料。按性能，分为结构复合材料、功能复合材料等。,2）复合材料的性能,1比强度和比模量高 例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的8倍，比模量(弹性模量与密度之比)比钢大3倍。2抗疲劳性能好 例如碳纤维-聚酯树脂复合材料的疲劳强度是其抗拉强度的70-80，而大多数金属的疲劳强度是其抗拉强度的3050。3减振性能好 纤维与基体界面有吸振能力，可减小振动。例如，尺寸形状相同的梁，金属梁9s停止振动，碳纤维复合材料制成的梁2.5s就可停止振动。4高温性能好 一般铝合金在400500时弹性模量急剧下降，强度也下降。碳或硼纤维增强的铝复合材料，在上述温度时，其弹性模量和强度基本不变。此外，复合材料还有较好的减摩性、耐蚀性、断裂安全性和工艺性等。,3）常用汽车复合材料,1纤维增强复合材料(1)玻璃纤维增强复合材料(俗称玻璃钢)按黏结剂不同，分为热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢。热塑性玻璃钢 以玻璃纤维为增强剂，热塑性树脂为黏结剂。与热塑性塑料相比，当基体材料相同时，强度和疲劳强度提高2 3倍，冲击韧度提高2 4倍，抗蠕变能力提高2 5倍，强度超过某些金属。这种玻璃钢用于制作轴承、齿轮、仪表盘、收音机壳体等。,热固性玻璃钢 以玻璃纤维为增强剂，热固性树脂为黏结剂。其密度小，耐蚀性、绝缘性、成形性好，比强度高于铜合金和铝合金，甚至高于某些合金钢。但刚度差，为钢的11015。耐热性不高(低于200)，易老化和蠕变。主要制作要求自重轻的受力件，例如汽车车身，直升机旋翼，氧气瓶，轻型船体，耐海水腐蚀件，石油化工管道和阀门等。(2)碳纤维增强复合材料 这种复合材料与玻璃钢相比，其抗拉强度高，弹性模量是玻璃钢的46倍。玻璃钢在300以上，强度会逐渐下降，而碳纤维的高温强度好。玻璃钢在潮湿环境中强度会损失15，碳纤维的强度不受潮湿影响。此外，碳纤维复合材料还具有优良的减摩性、耐蚀性、导热性和较高的疲劳强度。,2层叠复合材料层叠复合材料是由两层或两层以上不同材料复合而成。用层叠法增强的复合材料可使强度、刚度、耐磨、耐蚀、绝热、隔声、减轻自重等性能分别得到改善。常见的有双层金属复合材料、塑料-金属多层复合材料和夹层结构复合材料等。3.颗粒复合材料是由一种或多种材料的颗粒均匀分散在基体材料内所组成的。金属陶瓷就是颗粒复合材料，它是将金属的热稳定性好、塑性好，高温易氧化和蠕变与陶瓷脆性大、热稳定性差，但耐高温、耐腐蚀等性能进行互补，将陶瓷微粒分散于金属基体中，使两者复合为一体。例如，钨钴类硬质合金刀具就是一种金属陶瓷。,
