汽车材料的基础知识.ppt

第一章 汽车材料的基础知识,汽车是现代交通的重要工具。汽车作为现代高速行走机械，其发明、发展和完善经历了一个漫长的过程。下面，就让我们遵循历史的足迹走进汽车的世界吧。,认识汽车,人类历史上的第一部车是中华民族的祖先发明的。在公元前2000多年的夏初大禹时代，有一个叫奚仲的人，他发明的车由两个车轮架起车轴，车轴固定在带辕的车架上，车架附有车箱，用来盛放货物，这就是世界上的第一辆车。,最初的车辆，都是由人力来推动的，称为人力车。后来人们开始用牛、马拉车，称为畜力车。在历代车辆发展过程中，有重要技术价值的还要数指南车和记里鼓车。,马钧发明的指南车,记里鼓车,最早的一辆蒸汽汽车是法国人居纽在1769年制造的。,蒸汽三轮车,1825年英国公爵古涅制成了第一辆蒸汽公共汽车。,第一辆蒸汽公共汽车,为了纪念奥托对内燃机发展所作的贡献，人们称这种循环为奥托循环。奥托本人的那个试制车间后来发展成为赫赫有名的道依茨（DEUTZ）发动机公司。,随着石油开始取代煤气，以及汽油汽化性好这一特点被研究者所注意。在奥托四冲程煤气机和梅巴克关于汽化器设想的基础上，1886年，戴姆勒将他制造的排量为0.46L、功率为0.82kW、转速为650rmin的发动机装在一辆据说由美国制造的马车上，最高车速达到18kmh。这辆车被公认为是世界上第一辆汽油发动机驱动的四轮汽车。,戴姆勒制造的汽油发动机,1886年戴姆勒的装有汽油机的四轮汽车,也是在1886年，另一位德国人卡尔本茨研制成功一台单缸两冲程汽油机，并将其装在一辆三轮车上进行了公开试车。,卡尔本茨,卡尔本茨的妻子（贝尔塔）在试车,这辆车可以说是近代汽车的原型。该车的单缸机排量为0.576L，输出功率约0.52kW，转速为300rmin，车速约15kmh。,具备了近代汽车的一些基本特点，如：火花点火、水冷循环、钢管车架、后轮驱动。前轮转向、带制动手把等。这辆车现保存在慕尼黑科学博物馆内。,1886年奔驰制造的装有汽油机的三轮汽车,为了纪念这两位天才的发明家，人们把戴姆勒和卡尔本茨称为汽车之父，并把1886年作为现代汽车的诞生元年。,从一百多年的汽车发展史表明，汽车诞生于德国，成长于法国，成熟于美国，兴旺于欧洲，挑战于日本。目前，美国、日本和欧洲3个区域是世界汽车生产的中心。德国人发明了汽车，但在促进汽车初期发展方面作出贡献最多的却是法国人。,1889年法国人标致研制成功齿轮变速器、差速器；,1891年法国人首次采用前置发动机后轮驱动，开发出摩擦片式离合器；1895年法国人开发出充气式橡胶轮胎；1898年法国的雷诺1号车采用了箱式变速器、万向节传动轴和齿轮主减速器；1902年法国的狄第安采用了流传至今的狄第安后桥半独立悬架；1919年，法国的海斯柏诺-索扎公司制成用脚踏板统一控制的四轮鼓式制动器等。,汽车诞生于欧洲，但最早形成的汽车工业却在美国。说到汽车工业的形成，汽车大王美国人亨利福特功不可没。,福特于1903年成立了福特汽车公司，提出了将汽车由奢侈品变为人们必需品的主张，要求汽车可靠、耐用、操作简便、售价低廉、使用和维护费用低，即生产普及型汽车。此后，福特致力于普及型轿车T型车的开发。,1908年秋，令人注目的福特T型车隆重问世了。T型车在设计思路、生产工程、零售定价、销售组织、售后服务等许多方面都采用了与众不同的方法。,T型车的各种零件被首次设计成统一规格，实现了总成互换；在大型总装车间，钟表制造业采用的总成装配法被他发展成为了由机械传送带运送零件和工具的流水线装配法，极大地提高了工作效率。,福特T型车,福特汽车生产流水线,1917年，美国的凯迪拉克公司研制了第一个电起动器。,1921年，美国的杜森伯格公司又推出了液压助力器。,1929年，凯迪拉克公司首先研制出同步器。这样只要有一个离合器就行了，换档时既轻便又不打齿，换档时间也大大缩短了。,同步器,1905年，在美国的圣路易斯发生了最初的汽车被盗事件，于是发明了带钥匙的点火开关。,福特汽车公司的T型轿车从1908年到1927年间共生产了1500万辆。据记载，到1923年美国已有23的家庭拥有一辆轿车。,美国农民开着福特T型车给蔬菜销售网点送货,1910年，英国修筑了沥青公路；1914年开始出现了水泥公路。,1924年，意大利首先建造了高速公路，当然它还达不到现代高速公路的标准。1942年，为了战时的需要，德国修筑了符合现代标准的高速公路。以后，尤其是第二次世界大战之后，欧美各国都相继修筑大量的高速公路，其中美国的高速公路修得最长，多达70000km。,当汽车已经发展起来后，公路却还是由碎石和土填成的，汽车行驶时不仅颠簸，而且扬起大量尘土。,第二次世界大战期间，各国汽车工业均为军事目的服务，生产坦克、装甲车等军用装备和物资。这也起到了缓和美国与欧洲汽车工业竞争的作用。,二战前，德国汽车工业已具有很好的基础，戴姆勒-奔驰、奥迪、大众、宝马等汽车公司均形成一定规模。二战期间，汽车工业转为为战争服务，大部分工厂遭到破坏。,被炸成一片废墟的宝马工厂,在德国汽车发展史上，最值得一提的是“甲壳虫”汽车的发展。,1972年2月，甲壳虫汽车的累计生产量高达15007034辆，成为了世界上最畅销和最流行的车型。,德国的汽车厂总数不多，但是却个个大名鼎鼎，如：奔驰、宝马、大众、奥迪、欧宝、波尔舍（保时捷）、曼等都是在全球范围内久负盛名的企业。,1892年的标致汽车,1902年的梅赛德斯汽车,1902年的雷诺汽车,最早出现的汽车，其车身造型基本上沿用了马车的形式，因此称为“无马的马车”。1908年福特推出T型车时，车身由原来的敞开式改为封闭式，其舒适性、安全性都有很大的提高。,1908年开始生产的美国福特T型轿车,19世纪流行于欧洲的马车,1928年的奥斯汀12型汽车,随着车速的提高，迎面风使乘员难以忍受，为此考虑到改变汽车的外型，出现箱型汽车。这种造型的汽车，从整体上看是四方形的，形似箱子，并装有车门和车窗，称箱型汽车。,1932年的杜森博格SJ高级轿车,1934年克莱斯勒气流牌轿车,1940年的林肯高级轿车,1946年的福特轿车,从20世纪30年代流线型汽车开始普及到40年代末的20多年间，是甲壳虫型汽车的黄金时代。,1949年起，无论是美国还是欧亚大陆均风靡船型车身，这种车身是既考虑了机械工程学、流体力学诸因素，又强调了以人为主体，注重乘员舒适性和驾驶员操纵性的新车型。,1952年的福特轿车,1952年的别克轿车,1956年的雪佛兰轿车,1959年的凯迪拉克轿车,为了克服船型汽车的尾部过分向后伸出，在汽车高速行驶时会产生较强的空气涡流作用这一缺陷，人们又开发出像鱼的脊背的鱼型汽车。,1969年 的jaguar轿车,设计师在鱼型汽车的尾部安上了一个上翘的“鸭尾巴”以此来克服一部分空气的升力，这便是“鱼型鸭尾式”车型。,1992 porsche turbo鱼型鸭尾式轿车,有“鸭尾形”尾翼的汽车,为了从根本上解决鱼型汽车的升力问题，人们设想了种种方案，最后终于找到了一种楔型设计方法。1963年阿凡提第一次设计了楔型小客车。楔型车在高速汽车设计方面已接近于理想的造型。,雪佛莱子弹头汽车,兰博基尼康塔什跑车,法拉利521型跑车,阿库拉NSX跑车,1996年的莲花跑车,奥迪A6汽车,日本汽车制造业的开山者是吉田真太郎，1904年他成立了东京汽车制造厂（现五十铃汽车公司），3年后制造出第一辆日产汽油轿车“太古里号”。随后日本国内出现了众多汽车制造厂，情形不亚于80年代的中国。,出于军事的需要，政府颁布了军用汽车补助法，对汽车厂商进行扶持，这成为早年日本汽车业发展的原动力。,在第二次世界大战期间，日本的汽车工业为侵略战争服务，到 1941 年年产量5万辆，绝大部分是载货车。,1950年，朝鲜战争爆发。日本的特殊地理位置使它成为美国军需的一个重要供应基地，美国为不景气的日本汽车工业输血，极大地刺激了日本汽车工业的发展。,1960年时，日本汽车年产量仅为16万辆，远远低于同时期美国和西欧各主要汽车生产国的产量。然而仅仅过了年时间，日本汽车年产量就奇迹般地达到了300万辆，超过欧洲各主要汽车生产国产量，跃居世界第二位。,丰田、本田、日产、富士重工、铃木等公司迅速成为世界级的汽车生产厂，丰田公司在1972年到1976年的4年间就生产了1000万辆汽车。,1980年，日本汽车总产量达到1104万辆，超过美国而成为世界最大的汽车生产国和出口国，日本终于成为美国和欧洲之后世界第三个汽车工业发展中心。,日本凭借着汽车国内销售和出口量双高速增长的现实创造了世界汽车工业发展的奇迹。,1901年（大清光绪27年）是慈禧的66岁寿辰，直隶总督袁世凯买了一辆洋汽车，献给慈禧作为寿礼。,而今，这辆珍贵的汽车中国头号汽车古董，仍然静静地停放在北京颐和园的“德和园”，这是中国第一辆进口汽车。,经考证，该车是由设在美国马萨诸塞州的图利亚汽车与弹簧公司于1896年制造的图利亚（DURYEA）牌汽车。,想象一下慈禧老佛爷当年坐着这辆车是何感觉呢？,新中国成立后，建立自己的汽车工业被提到重要的议事日程上。,1950年初，毛泽东主席和周恩来总理在莫斯科与斯大林会谈时，建设汽车制造厂便被作为第一个五年计划期间苏联援助中国的重要项目之一。,斯大林馈赠的“吉斯防弹车”,1953 1984年期间是中国汽车工业的起步阶段。,1951年批准初步设计方案。1952年开始进行技术设计和施工设计。1953年6月，中央指示力争3年建成第一汽车制造厂，同年7月15日正式破土动工，并由毛泽东主席亲自题写奠基纪念。,1950年4月，中央人民政府重工业部成立了汽车工业筹备组，确定在吉林省长春市建立第一汽车制造厂。,毛泽东主席亲自题写的第一汽车制造厂奠基纪念,长春第一汽车制造厂正门（今一汽集团公司1号门）,1956年7月14日，第一批解放牌 CA10 型4t 载货汽车出厂，当年生产了 1600 多辆。此后，经过改进设计，陆续开始生产解放CA15、CA10B型等载货汽车。,1965年，出于国际形势和国家安全等各方面的考虑，开始在湖北十堰筹建第二汽车制造厂（东风汽车厂）。,4 年之后，二汽破土动工，并从一汽抽调人员援建二汽。全国 500 多家机床厂、大专院校和科研单位为二汽设计、制造了各种设备一万多台，以一汽为主的国内30多家工厂、企业包建二汽的各个分厂，从产品设计、工艺工装、人员培训直至调试生产完全是自力更生。,东风EQ240 2.5t越野汽车下线仪式,我国自行研制1984式火箭布雷车就是采用EQ240型66越野车为载具。,在中国汽车的起步阶段里，轿车也曾短暂地繁荣过。1958年，一汽相继生产了“东风”和“红旗”两种轿车，并在“乘东风，展红旗，造出高级轿车去见“毛主席”的口号中，把小轿车送进了中南海。,中国第一辆轿车“东风”牌轿车,中国第一辆“红旗”牌高级轿车,同样在1958年，北京汽车制造厂研制的“井冈山”牌小轿车、上海打造的“凤凰”牌轿车也被作为向共和国献的礼物生产出来。,19841994年期间是中国汽车工业与国外汽车制造商合资合作阶段。,北京吉普汽车公司、上海大众汽车公司、南京菲亚特汽车公司、广州标致汽车公司等都是这一时期合资合作的产物。,从1994年至今，是中国汽车工业的快速发展阶段。,全国的主要工科大学也都开设了汽车专业，一批又一批带着汽车设计师梦想的青年人走进了汽车的殿堂。,同时，汽车工业本身散、乱、规模小的劣势也愈发明显。,在企业层面，新的合资项目越来越多，而像吉利、奇瑞这样的民企也得以进军轿车领域。,吉利汽车,奇瑞汽车,红旗最高端的豪华轿车红旗检阅车造价400万元,经过近年来的快速发展，我国汽车产品的品种与质量提高，品种增加，产品全面更新换代。,纵观我国汽车工业的发展历程，尽管遭受了各种艰难险阻，经过多年建设，特别是近十几来在改革开放的方针指引下加快发展，已经初步建立了一定规模具有中国特色的汽车工业体系，取得了不少经验和教训，培养了一大批从事汽车研究、设计、生产、管理的人才，这些都为我国汽车工业的腾飞奠定了基础。,1、中国汽车企业仍不具备自主开发能力，这也是 中国汽车业最大的软肋。,2、汽车产业存在多年的散乱局面仍未改观。,3、汽车消费环境仍有待改善。,存在不足主要有以下几个方面：,汽车工业从美国首先发展，其后重心转移，经欧洲到日本，现在正向发展中国家进一步转移。,经典跑车欣赏,想一想,请同学们谈谈汽车，世界名牌汽车。比一比，看谁知道得更多？,11 汽车材料概述,进入二十一世纪，汽车工业迅速发展，不论从设计、选材、加工制造，到使用、维修和养护等都涉及到材料。,材料是指能为人类制造有用器件的物质。如钢 铁、橡胶、泥巴、塑料、玻璃等等。,汽车工业更是伴随着汽车材料及其加工工艺的发展而发展的。,1、石器时代 2、青铜器时代3、铁器时代 4、钢铁时代 5、人工合成材料时代,人类认识和使用材料的各个阶段,石器时代,旧石器 新石器,距今6000至4000年左右，分为旧石器时代和新石器时代。旧石器时代，人类只会采用敲打而成的石头作为简单的工具；新石器时代，人类已学会通过磨制的方法将石头制成工具，后期还学会用泥土来制作陶器。,青铜器时代,青铜器时代约从公元前4000年至公元初年，希腊、埃及始于公元前3000年以前，中国始于公元前1800年。青铜器时代标志着人类开始学会冶炼和使用金属材料。,商代四羊方尊,铁器时代,世界上最早锻造出铁器的国家是距今约3400年前的赫梯王国（今土耳其境内）。由于铁器比青铜器的硬度高4倍，所以极大地促进了社会生产力的发展。,战国铁锄,钢铁时代,18世纪的工业革命使人类使用材料的历史产生了重大突破，人类掌握了炼钢的方法。钢铁时代的到来和蒸汽机的发明，使人类的生产力有了空前的发展，人们不再简单的使用工具，而开始使用真正意义的机器，这标志着工业时代的来临。,现代工业炼钢,人工合成材料时代,20世纪初酚醛树脂的合成标志着人类进入到了人工合成材料时代。目前，传统合成材料已有几十万种，而新材料的数量正在以每年约5的速度增长；世界上现有800多万种人工合成的化合物，而且还以每年25万种的速度增长，其中相当一部分将成为工业化生产的新材料，为人类社会和科学技术的发展服务。,汽车材料：是指汽车生产制造以及汽车运用中所用到的材料。,一、汽车零部件材料,通常把用于制造汽车的工程材料称为汽车零部件材料。汽车零部件数量大（有一万多零部件）、品种多，几乎涵盖了所有传统的和新兴的机械工程材料。据统计，全世界钢材产量的1/4和橡胶产量的1/2,都用于汽车及其相关工业。,汽车零部件材料,金属材料,非金属材料,复合材料,钢铁材料,有色金属,高分子材料,陶瓷材料,金属基复合材料,非金属基复合材料,碳素钢,合金钢,铸铁,铝及铝合金,铜及铜合金,其它有色金属,塑料,橡胶,胶粘剂,陶瓷,玻璃,汽车零部件材料的分类,汽车零部件材料以金属材料为主，金属材料中又以钢铁材料的用量最多。,汽车的发展趋势：安全、舒适、经济、节能、环保，要求汽车轻量化。所以在汽车制造中，钢铁用量有所下降，而有色金属、非金属材料和复合材料等新材料的用量正在上升。,铝合金的活塞,锌合金车门把手,ABS粉末冶金齿环,铝合金、镁合金加工的汽车构件,镁合金发动机,铝合金轮圈,汽车内饰覆盖件,工程塑料加工的汽车零件,汽车保险杠,复合材料加工的汽车构件,汽车车身,汽车保险杠（玻纤复合材料）,陶瓷、合成纤维、高分子材料,陶瓷刹车片,塑料方向盘,胶粘剂,汽车上常用的非金属材料,塑料（内、外饰件）,橡胶（轮胎、缓冲胶垫、密封圈）,胶粘剂（AB胶水、密封胶水）,陶瓷（火花塞）,玻璃（车窗、挡风玻璃）,二、汽车运行材料,通常把汽车在运行过程中所消耗的材料称为汽车运行材料。,汽车运行材料,汽车燃料,润滑材料,汽车工作液,汽油轻柴油,制动液发动机防冻液液力传动油减振器油液压油制冷剂,发动机润滑油车辆齿轮油润滑脂,1、汽车燃料 汽车作为交通工具在道路上行驶，需要消耗燃料以提供动力。,目前汽油和轻柴油是汽车的主要燃料，而近年来为了减少石油的消耗，降低排放的污染，开发了乙醇汽油、液化石油气和天然气等汽车新能源。,使用液化石油气的轿车,加注乙醇汽油的汽车,2、润滑材料 汽车在运行中，为了减少各运动零部件之间的摩擦和磨损，延长机件的使用寿命，就必须使用各种润滑材料。,传动轴滑动叉,常用的润滑材料有发动机润滑油、车辆齿轮油、润滑脂。,3、汽车工作液 汽车的各个工作系统需使用各种工作介质来保障汽车的正常工作和安全行驶。如：刹车油、防冻液、液压油、制冷剂、减振器油、液力传动油等工作介质。,制冷剂（雪种）,方向机,随着人们对汽车美观和乘坐舒适性要求的提高，出现了许多新型的汽车美容与装饰材料。如：汽车清洗剂、车蜡、汽车保护剂、车膜、真皮内装饰件等。,汽车清洗剂,汽车打蜡、抛光,真皮座椅,汽车贴保护膜,汽车材料是汽车制造、运行和维护的基础。汽车的各项使用性能和使用寿命都离不开所用材料的性能。因此，只有了解汽车材料的性能及其应用，才能正确、合理地选用材料，使汽车充分发挥其良好的技术性能和经济性能。,三、学习本课程的目的,12 金属材料的性能,金属材料是主要的汽车零部件材料，汽车中有80%的零件是用金属材料制成的。只有充分了解金属材料的性能及用途，才能正确、合理地选用材料。,金属材料的性能,工艺性能,使用性能,物理性能化学性能力学性能,一、金属的物理性能金属的物理性能是金属材料的固有性能。它包括密度、熔点、导电性、热膨胀性和磁性等。,1、密度密度是指物质单位体积的质量，用符号表示，单位为kg/m。重金属：510kg/m，如铜、铁等。轻金属：510kg/m，如铝、钛等。,例如：汽车发动机活塞运动速度快，要求质量轻、运动惯性小，因此常用密度小的铝合金来制造。,活 塞,2、熔点熔点是指金属从固态转变为液态时的最低温度。高熔点金属：钨、铬等。低熔点金属：锡、铅等。,液态金属,固态金属,熔点低的金属加工时易于铸造和焊接。,钨丝灯泡,焊锡丝,电路板焊接,知识补充,铸造：铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。,发动机壳体,前桥拐臂,知识补充,焊接：焊接是通过加热、加压，或两者并结合，使两个分离的物体产生原子（分子）间结合而连接成整体的过程。,3、导电性金属传导电流的性能称为导电性。通常用电阻率来衡量金属的导电性。越小，金属的导电性越好。导电性好的金属：银、铜、铝等，工业上常用铜、铝及其合金作为导电材料。,银,铜,铝,既然常用金属导电性排序：银、铜、铝。为什么电线电缆不用银来制造呢？,想一想,4、导热性金属传导热的性能称为导热性。通常用热导率来衡量金属的导热性。越高，导热性越好。导热性好的金属散热性好。所以汽车散热器常用的导热性好的铝、铜等金属材料制造。,汽车水箱,CPU散热器,5、热膨胀性金属在受热时膨胀，冷却时缩小的特性称为热膨胀性。通常用线膨胀系数来衡量金属的热膨胀性。越大，金属的热膨胀性越大。,汽车轴瓦,活塞销,6、磁性金属导磁的性能称为磁性。通常用磁导率表示。越高，金属的磁性越好。常用的磁性材料：铁、钴、镍。磁性材料应用：汽车电机、仪表等电气设备。,磁铁,汽车发电机定子,金属的磁性是否恒定不变呢？,想一想,答：不一定是恒定的。即使励磁电流不变，但电压变了或有用功变了，金属的磁性就改变了。,常见金属的物理性能,二、金属的化学性能金属的化学性能是指金属材料与周围介质接触时抵抗发生化学反应或电化学反应的性能。,1、耐腐蚀性金属在常温下抵抗各种腐蚀介质侵蚀的能力。,常用的金属防腐方法有哪些？,想一想,答：一般是用的不锈钢或者不锈铁，也有用表面镀铬防护的；其他的一般是用涂层的方式，就是刷防锈漆等。,2、抗氧化性金属在高温下抵抗氧化作用的能力。例如：发动机排气门耐热钢由于排气门及气门座尤其是排气门座经常处于高温高压、强腐蚀等严酷条件下工作，对装在高负荷发动机上的排气门及气门座来讲，工作温度一般可达500800，因此要求气门及气门座在高温下应具有优良的抗热性能。,进气行程,排气门关闭,进气门开启,活塞,温度370440 K，压力7590 kPa,压缩行程,进气门关闭,排气门关闭,活塞,压缩比：=Va/Vc,温度600800K，压力6001500 kPa,进气门关闭,排气门关闭,活塞,瞬时最高：温度22002800 K，压力35MPa,作功终了：温度15001700 K，压力300500 kPa,作功行程,进气门关闭,排气门打开,活塞,温度9001200 K 压力105125 kPa,残余废气,排气行程,三、金属的力学性能金属的力学性能是指金属在外力作用下表现出来的性能。,金属材料在加工和使用过程中，都会受到外力的作用，这种外力称为载荷。按作用性质不同，载荷可分为：静载荷、冲击载荷、交变载荷三种。（1）静载荷大小和方向不变或变化过程缓慢的载荷。,太神奇了,科技名词定义：作用在给定物体系统上，大小、方向和作用点都不随时间变化的载荷。当轴承套圈或垫圈相对旋转速度为零时（向心或推力轴承）或当滚动体在滚动方向无运动时（直线轴承），作用在轴承上的载荷。,静载荷,（2）冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷，指突然增加的载荷。,冲击载荷,（3）交变载荷：指大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。周期性变化，可以是力，也可以是方向，也可以现时是力和方向的变化。比如工作中的转轴、齿轮、连杆和弹簧等机械零件就受到交变载荷。,根据作用形式不同，载荷又可分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等。,a)拉伸 b)压缩 c)弯曲d)剪切 e)扭转载荷的作用形式,机械零件在使用中常见的损坏形式有变形、断裂及磨损等。（1）变形：零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化称为变形。变形一般分为弹性变形和塑性变形。,1）弹性变形：外力消除后能够恢复的变形。如弹簧，弓上的弦，跳水时的跳水板等。,弹 簧,跳 水 板,2）塑性变形：外力消除后无法恢复的永久变形。造成零件损坏的变形，通常是指塑性变形。如：弯曲的螺栓等。,变形的齿轮,弯曲的螺栓,虽然塑性变形会造成零件损坏，但是塑性变形也有有利的一面，可以作为零件成形和强化的一种重要手段。,折弯的零件、生活用品,弹性变形,塑性变形,想一想,（2）断裂：零件在外力作用下发生开裂或折断称为断裂。,（3）磨损：因摩擦而使零件尺寸、表面形状和表面质量发生变化的现象称为磨损。,齿轮磨损,金属材料的选用离不开对金属力学性能的分析。材料的力学性能是影响材料选用的至关重要的因素。例如：桥梁钢缆，必须能满足桥梁使用的的负载要求；汽车轮胎紧固螺栓，必须保证在使用过程中螺栓不会由于承受不住剪切力而扭断，从而保障驾乘人员的安全。,桥梁钢缆,汽车轮胎螺栓,金属材料的力学性能主要有：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。,强度塑性硬度韧性疲劳强度,力学性能,1、强度金属材料在载荷作用下抵抗变形或破坏的能力称为强度。强度大小常用应力表示。应力单位面积上的抵抗变形或破坏的抵抗力，用符号表示，单位为Pa。,强度,抗拉强度抗压强度抗弯强度抗剪强度抗扭强度,工程上通常把抗拉强度作为金属材料的基本强度指标。抗拉强度指标可以通过拉伸试验测定。,拉伸前,拉伸后,拉伸试样的颈现象,抗拉强度指标有屈服强度和抗拉强度。（1）屈服强度 ReL当试样上的载荷增加到一定值后，载荷不再增加，而试样仍继续变形，这一现象称为屈服。金属材料在产生屈服时的应力称为屈服强度。因此，屈服强度表示金属材料抵抗微量塑性变形的能力。注意：零件的工作应力应低于零件的屈服强度，否则零件就会因过量的塑性变形而报废。,（2）抗拉强度 Rm金属材料在被拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度。注意：零件在工作时承受的最大应力不允许大于抗拉强度，否则就会发生断裂破坏。因此，屈服强度和抗拉强度是零件设计和选材的主要依据之一。,2、塑性金属材料在载荷作用下发生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。主要指标有：（1）断后伸长率（2）断面收缩率塑性好的金属材料易于通过压力加工制成形状复杂的零件；偶尔发生过载时，由于塑性变形而能避免发生突然断裂而造成事故。,3、硬度金属材料抵抗其他硬物压入其表面的能力称为硬度。,常用的有布氏硬度和洛氏硬度两种。硬度可通过试验来测定。,布氏硬度 HB 洛氏硬度 HR 维氏硬度 HV,硬度,硬度越高，材料的耐磨性越好,布氏硬度试验机,洛氏硬度试验机,维氏硬度试验机,（1）布氏硬度布氏硬度试验是使用一定直径的硬质合金球体，以规定试验力压入试样表面，保持规定时间后卸除试验力，然后测量表面压痕直径查表得到布氏硬度值。布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受的平均压力来表示，单位为MPa，但一般均不标出，用符号HBW表示表示方法：布氏硬度用硬度值、硬度符号、压头直径、实验力及实验力保持时间表示。当保持的时间为1015s时可不标。,例如：（1）170HBW10/1000/30 直径10mm的压头，在9807N（1000kg）的试验力作用下，保持30 s时测得的布氏硬度值为170。（2）600HBW1/30/20：直径为1mm压头，在294.2N（30kg）的试验力作用下，保持20 s时测得的布氏硬度值为600。,应用范围：主要用于测定铸铁、有色金属及退火、正火、调质处理后的各种软钢等硬度较低的材料。,转向器壳体,柴油发动机,（2）洛氏硬度洛氏硬度试验采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头压入金属表面，保持一定时间后卸除试验力，以测得的压痕深度来计算洛氏硬度。表示方法，用符号HR表示。根据不同的试验标尺，常用的有HRC、HRB、HRA三种。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度标尺。HRC、HRB、HRA分别是测得的硬度，不可直接比较大小。50HRC70HRA,洛氏硬度试验原理,洛氏硬度计表盘,常用的三种洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围,一般来说，金属材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的硬度（常用布氏硬度）和强度有一定的关系，一般硬度高，其强度也高。因此，硬度可用来作为估算材料强度的参考。,例如：（1）HRC50表示用C标尺测定的洛氏硬度值为50。（2）HRC45表示用C标尺测定的洛氏硬度值为45。（3）HRB60、HRA80,4、韧性金属材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力称为韧性。冲击韧度表示试样在冲断时单位面积上所消耗的冲击力，用冲击韧度k表示。韧性可通过在冲击试验机上作冲击试验来测定。冲击韧度越高，表示材料的韧性越好。许多零件在工作中常受到冲击载荷的作用，如汽车发动机的活塞、活塞销、连杆和曲轴等均受到冲击载荷的作用。,5、疲劳强度金属材料在长时间交变载荷作用下发生断裂的现象称为金属的疲劳。金属的疲劳断裂往往突然发生，因此具有很大的危害性，易造成严重事故。金属材料在无数次交变应力作用下，而不发生断裂的最大应力称为疲劳强度，用符号R-1表示，单位为Pa，可通过疲劳试验来测定。许多零件在工作中常承受交变载荷，如汽车的曲轴、齿轮、钢板弹簧等。,1943年美国T-2油轮发生断裂,课外阅读（二）2002年5月25日，华航CI611班次波音747-200型客机，由台北中正机场飞往香港的的途中，坠毁在澎湖外海，事故造成机上的225名旅客及机组人员全部罹难。事故调查报告指出，华航飞机由于金属疲劳，造成空中解体。,人工作久了会感到疲劳，金属工作久了也会产生疲劳。现代社会里，大型的金属构件愈来愈广泛被应用到各个行业，但随之而来的材料失效现象却给我们的生产和生活带来了巨大的损失和灾难。尤其是断裂失效和金属疲劳更有不易预测的突发性，往往让人措手不及。有时一条肉眼难以发现的裂纹就会酿成大祸。,四、金属的工艺性能金属的工艺性能是指金属材料适应各种加工工艺方法的能力。它包括：金属的铸造性能、压力加工性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。1、铸造性能铸造性能是指金属材料是否能用铸造方法获得优良铸件的能力。一般来说，铸铁、铸造铝合金具有良好的铸造性能。,2、压力加工性能压力加工性能是指金属材料在冷、热状态下进行压力加工的难易程度。压力加工方法：可轧制（冷、热）、锻造、挤压、拉拔、冲压和旋压等。通常塑性好的材料，压力加工性能也好。低碳钢具有良好的压力加工性能，而铸铁不能。,冷轧钢板,3、焊接性能焊接性能指金属材料对焊接加工的适应性。低碳钢具有良好的焊接性能，高碳钢、铸铁和铝合金的焊接性能较差。,电弧焊,气焊,4、切削加工性能切削加工性能是指金属材料用切削刀具切削加工的难易程度，加工方法有：车削、铣削、刨削、磨削、钻削和抛光等。铸铁、铝合金具有良好的切削加工性能，高合金钢的切削加工性能较差。,切削加工车削,5、热处理性能热处理性能是指金属材料是否适应各种热处理方法的能力。热处理的目的是：改善材料的性能、充分发挥材料的能力，延长其作用寿命等。按热处理的方式不同，常用的有普通热处理和表面热处理两大类。各类钢一般都可以通过热处理来改善性能。,作业,练习册P1一、填空题114 二、判断题112P2 三、选择题15P3四、问答题14,Thank You!,