高职《汽车机械基础》项目二汽车常用金属材料课件.ppt
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1、汽车机械基础,授课:胡志恒,项目二 汽车常用工程材料,P.23,汽车上应用最多的是金属材料,金属材料的选用主要依据就是其使用性能和工艺性能。,任务一 金属材料的主要性能,任务描述,力学性能是最重要的使用性能,不仅是一般机械零部件在设计、制造时选择材料的主要依据,而且也是验收、鉴定材料性能的重要参数之一。,任务一 金属材料的主要性能,知识准备,金属材料性能,使用性能,工艺性能 铸、锻、焊、切削加工.,物理、化学性能,力学性能,(1)使用性能 金属材料在使用中所表现出来的性能。 包括 物理、化学性能和力学性能。,(2)工艺性能 金属材料在加工制造过程中所表现出来的性能。 包括 铸造性、锻造性、焊接
2、性、热处理加工性、切削加工性等等。,金属材料性能 金属材料在给定外界条件下的抵抗能力。,任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能,力学性能 是指材料在不同环境下,承受各种外加载荷时所表现出的力学特征。 主要包括 强度、塑性、硬度和韧性和抗疲劳性等。,金属材料的变形 材料在载荷作用下产生的尺寸和形状的变化.,变形分为: 弹性变形和塑性变形(永久变形),载荷类型,图2-1-1 圆形拉伸试样图,1. 强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形或断裂的能力.,任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能,拉伸试验: 强度指标获得的方法. 试样、试验机 试验结果:拉伸曲线,2-1-
3、2低碳钢的拉伸曲线图,载荷F和伸长量之间的关系曲线,称为拉伸曲线,如图2-1-2所示。,曲线的几个变形阶段:,弹性变形阶段,屈服阶段,强化阶段,明显塑性变形阶段,缩颈阶段,试样发生断裂,1. 强度 拉伸曲线,任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能,1)弹性极限 材料不产生永久变形时所承受的最大应力,以e 表示,即:,2)屈服极限 表示在外力作用下,材料刚开始产生塑性变形时的最小应力值,以 s 表示,即:,1. 强度 强度指标:由拉伸曲线试验数据确定,任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能,3)抗拉强度 材料在断裂前所承受的最大拉应力,以b 表示,即,塑性是金属在外力作用
4、下,断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。,1)断后伸长率 试样拉断后标距长度的伸长量与其原始标距之比值的百分率,用符号表示。 即:,2. 塑性 塑性指标:也由拉伸曲线试验数据确定,任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能,2)断面收缩率 试件拉断后断口处(缩紧处)横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比,用符号 表示。即:,硬度是衡量软硬程度的指标,表示抵抗局部变形和破坏的能力,是重要的力学性能指标之一。 试验方法:汽车制造和维修常用压入法测定硬度。,。,3. 硬度,任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能,硬度指标分类:洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度,其中应用最广泛的是洛
5、氏硬度 HRC 和布氏硬度 HB。,汽车上许多零件要受冲击载荷,如在汽车起步、制动或改变速度时,钢板弹簧、钢板吊耳均要受到冲击。 冲击试验,a) 试样安放 b)装置示意图 图2-1-5 冲击实验装置示意图,4.韧度,任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能,疲劳现象:是指零件在交变应力作用下,过早发生破坏的现象。,5. 疲劳强度,任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能,交变应力,是指应力的大小、方向或大小和方向都呈周期性变化的应力。,危害性:疲劳破坏事先没有明显的征兆,具有很大的突发性和危险性,往往会造成严重事故,如汽车的轴颈、缸盖、齿轮、弹簧等零件的损坏失效大部分属于疲
6、劳破坏。,疲劳强度是指材料经受无数次应力循环而不被破坏的最大应力值。 任何材料发生脆断,都是材料中微小裂纹扩展的结果。,1) 设计方面,尽量使零件避免尖角、缺口和截面突变,以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。 2) 材料方面,减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当而引起的缺陷,如疏松、气孔和表面氧化等。 3) 机械加工方面,要降低零件表面的表面粗糙度值,表面刀痕、碰伤和划痕都是疲劳裂纹源。 4) 零件表面强度方面,可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面涂层等,在零件表面造成压应力,以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹的可能性。,5. 疲劳强度,任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学
7、性能,提高材料的疲劳强度的措施:,1. 冲压性能 冲压加工,用压力机和模具使材料发生塑性变形,获得所零件形状尺寸的方法。,任务一 金属材料的主要性能 二、金属材料的工艺性能,工艺性能 金属材料在加工制造过程中所表现出来的性能。,冲压性好的材料: 黄铜、防锈铝合金、中低碳钢(冷轧薄钢板、热锻)等。,包括 铸造性、冲压(锻造)性、焊接性、热处理加工性、切削加工性等等。,不能冲压的材料:铸铜、铸铝、铸铁、高碳钢等。,2. 焊接性能,任务一 金属材料的主要性能 二、金属材料的工艺性能,焊接性好的材料: 低碳钢板、中碳钢。,不易焊接的材料:铝合金、铸铁、高碳钢等。,焊接加工,用焊机设备对材料进行高温熔合
8、连接加工的方法。,3. 铸造性能,铸造性好的材料: 铸铁、青铜、铸铝合金。,不易铸造的材料:铸钢等。,铸造加工,将加热熔化的金属浇入砂型或模具中,凝固后得到所需复杂零件毛坯的方法。,切削加工,在机床上用刀具对零件毛坯进行切削加工,获得所零件形状尺寸的方法。包括车、钳、刨、铣、磨等等。,任务一 金属材料的主要性能 二、金属材料的工艺性能,切削加工性好的材料: 铝合金、铜合金、铸铁、低中碳钢等。,不易切削的材料:不锈钢、钛合金。,4. 切削加工性能,钢铁材料是现代汽车工业中应用最为广泛的材料,占汽车用材总量的65%70%,同时为了减重节能,实现汽车轻量化,铝、镁等有色金属合金也得到了广泛的应用。,
9、钢铁材料通常都是用铁碳合金。以铁和碳为主要组成元素的合金,统称为铁碳合金。 含碳量在0.0218%2.11%范围内的铁碳合金叫碳素钢,简称碳钢;含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁;含碳量低于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。,任务二 汽车常用金属材料,P.29,1. 杂质元素对钢性能的影响碳钢是工业上用量最多的金属材料,碳钢中除了含有铁元素和碳元素之外,还含有少量的杂质元素,如Si、Mn、S、P等元素,他们对钢的性能都有一定的影响。,任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢,P.29,2. 碳钢的分类 1)按碳含量分类: 低碳钢 含碳量wc0.25 中碳钢 含碳量wc0.250.6 高碳钢
10、含碳量wc0.6 2)按质量分类(主要根据有害杂质硫、磷的含量分类): 普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质碳素钢,任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢,P.29,1)按碳含量分类: 2)按质量分类 3)按冶炼时的脱氧程度 沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。 4)按用途或使用特性 结构钢 主要用于制造工程结构、桥梁、建筑结构和机器零件等,一般为低、中碳钢。 工具钢 主要用于制造各种刃具、模具和量具。一般为高碳钢。,2. 碳钢的分类,3. 常用碳钢的牌号、性能及主要用途1)碳素结构钢 牌号:例如 Q 235 A F,表示屈服强度为235MPa的A级质量的碳素结构钢,属于沸腾钢。此类钢通常不处理,用于受力不大的
11、非重要场合。,任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢,P.30,牌号:用两位平均含碳量的万分数表示。如:45号钢表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。 08F 、10、15、20、25、30、35、40、45、45Mn、50、55、60、65Mn、70 低碳钢 中碳钢 高碳钢 热处理:此类钢通常要通过热处理来提高力学性能。 用途:用于汽车上比较重要的零件。如轴、齿轮、弹簧等。,任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢,P.30,3. 常用碳钢的牌号、性能及主要用途 2)优质碳素结构钢,2)优质碳素结构钢,任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢,P.30,3. 常用碳钢的牌号、性能及主要用途,碳素工具钢
12、的含碳量在0.7%1.4%。其牌号以“T”后面加数字表示钢中平均含碳量的千分数,若是高级优质碳素工具钢,则在数字后面加“A”,如T10A等,任务二 汽车常用金属材料 一、碳钢,P.30,3. 常用碳钢的牌号、性能及主要用途,3)碳素工具钢,2.合金结构钢 合金结构钢用于制造重要工程构件和机器零件,是合金钢中用途最广、用量最大的一种钢。按用途的不同,合金结构钢可以分为以下四种,1.合金钢的分类 合金钢的种类繁多、分 类方法有多种 ,常见 的分类方法有以下两种: 1)按其合金元素总含量的多少分类: 低合金钢:中合金钢 :高合金钢 2) 按用途分类: 合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢,合金渗碳钢
13、、 合金调质钢、 合金弹簧钢、 滚动轴承钢,任务二 汽车常用金属材料 二、合金钢,P.30,喷油泵柱塞,2.合金结构钢,任务二 汽车常用金属材料 二、合金钢,P.30,1)合金刃具钢 合金刃具钢主要是制造切削金属用的刀具材料。,2.合金工具钢,2) 合金模具钢 合金模具钢主要用于制造各种金属成型用的工、模具,一般分为冷变形模具钢和热变形模具钢。,3)合金量具钢,任务二 汽车常用金属材料 二、合金钢,P.30,1. 白口铸铁(少用),2. 灰铸铁 灰铸铁断口呈暗灰色,是使用最广泛的一种铸铁,因为其铸造性能、切削加工性、耐磨性能和减振性等都优于其他铸铁,且生产方便,成品率高,成本低。,图 2-2-
14、7 发动机汽缸体,任务二 汽车常用金属材料 三、铸铁,P.35,牌号 如:HT200 HT350,3球墨铸铁,球墨铸铁是力学性能最好的一种铸铁,与钢接近,如疲劳强度与中碳钢接近,屈服强度比钢还高。此外,球墨铸铁还可以通过热处理。常用于制造柴油机曲轴、凸轮轴、齿轮、连杆(见图2-2-8)。 牌号 如:QT40018 QT9002,任务二 汽车常用金属材料 三、铸铁,P.36,4可锻铸铁 5. 蠕墨铸铁,为了实现汽车轻量化,各汽车制造厂家都扩大了铝、镁合金和塑料的应用。铝及铝合金的密度小,属轻金属。若采用铝合金制造汽车的缸体和车身,整个汽车的自重可减轻40%,这样,汽车的速度和载重增大了,而蚝油量
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