汽车材料的性能与选择_材料科学_工程科技_专业资料-课件PPT讲义(精)
汽车工程材料 第一章 材料的性能
零件选材的原则
使用性能 工艺性能 经济性
用所选材料制造的零件应满足 使用要求 用所选材料制造的零件应便于 加工
在满足使用性能和工艺性 能的前提下，具有较低的 成本 使用性能与工艺性能表现在哪些 方面？由哪些指标来衡量？
第一章 材料的性能
使用性能 力学性能 物理性能：材料的固有属性 化学性能：材料抵抗周围介质侵略的能力 铸造性能 锻造性能 焊接性能 切削加工性能 热处理性能
10
备注
1. 压痕中心 距试样边缘 不应小于压 痕平均直径 的2.5倍； 2. 两相邻压 痕中心距试 样边缘不应 小于压痕平 均直径的4 倍； 3. 试样厚度 至少为压痕 深度的10倍。 试验后试样 支撑面应无 可见变形痕 迹。
钢 、 铸 铁
≥140
10
5 2.5
30
﹤140
10 5 2.5
非 铁 金 属 材 料
压缩载荷 拉伸载荷 扭转载荷 剪切载荷 弯曲载荷
变形
材料在受到载荷的作用下，发生几 何和形状的变化
弹性变形 变形 塑性变形
材料在受到载荷的作用下，发生变 形，载荷卸除后恢复原状的变形
材料在受到载荷的作用下，发生变 形，载荷卸除后不 能恢复原状的变 形，也叫永久变形
第三节 金属材料的力学性能
金属材料的力学性能的优劣是用什么来衡量呢？ 力学性能指标： 用来表征材料力学性能的各种 临界值或规定值 强度 塑性 硬度 冲击韧性 疲劳强度 蠕变强度 断裂韧度
e
Fe A0
弹性极限σe表示保持弹性变形而不产生永久变 形的最大应力
工程中常根据σe确定弹性零件的工作应力
（3）屈服强度（σs、σ0.2）
汽车材料的选材原则
汽车材料的选材原则
汽车材料的选材是汽车制造中非常重要的一环，它直接关系到汽车的质量、性能和安全。
因此，在汽车制造中，选材是一个非常严谨的过程，需要考虑多方面的因素。
下面，我们来了解一下汽车材料的选材原则。
1. 材料的强度和刚度
汽车是一种高速运动的机械设备，因此，材料的强度和刚度是非常重要的。
在选材时，需要选择具有足够强度和刚度的材料，以确保汽车在高速行驶时不会出现变形或破裂等问题。
2. 材料的耐腐蚀性
汽车在使用过程中，会受到各种环境的影响，如雨水、雪水、盐水等，这些环境会对汽车的材料产生腐蚀作用。
因此，在选材时，需要选择具有良好耐腐蚀性的材料，以延长汽车的使用寿命。
3. 材料的重量
汽车的重量直接影响到其燃油消耗和行驶性能。
因此，在选材时，需要选择具有轻量化特性的材料，以减轻汽车的重量，提高其燃油经济性和行驶性能。
4. 材料的成本
材料的成本是汽车制造中一个非常重要的因素。
在选材时，需要选择成本合理的材料，以确保汽车的制造成本不会过高，从而保证汽车的市场竞争力。
5. 材料的可加工性
汽车的制造需要对材料进行加工，因此，在选材时，需要选择具有良好可加工性的材料，以便于汽车的制造和加工。
汽车材料的选材是一个非常严谨的过程，需要考虑多方面的因素。
只有选择合适的材料，才能保证汽车的质量、性能和安全。
新一代车辆工程中的材料科学与应用
新一代车辆工程中的材料科学与应用在当今快速发展的科技时代，车辆工程领域正经历着前所未有的变革。
其中，材料科学的创新与应用无疑是推动新一代车辆性能提升、安全性增强以及环保可持续发展的关键因素。
材料科学在车辆工程中的重要性不言而喻。
车辆的车身结构、发动机部件、内饰材料等各个方面都离不开材料的精心选择和设计。
传统的车辆制造材料，如钢铁和铝合金，虽然在过去发挥了重要作用，但随着技术的进步和对车辆性能要求的不断提高，它们逐渐暴露出一些局限性。
新一代材料的出现为解决这些问题提供了可能。
碳纤维增强复合材料是近年来在车辆工程中备受瞩目的一种新型材料。
这种材料具有极高的强度和刚度，同时重量却相对较轻。
将其应用于车身结构，能够显著减轻车辆的整体重量，从而提高燃油效率或增加电动汽车的续航里程。
此外，碳纤维增强复合材料还具有良好的抗疲劳性和耐腐蚀性，能够延长车辆的使用寿命。
除了碳纤维增强复合材料，高强度钢在新一代车辆工程中也有着重要的应用。
通过先进的冶金技术和加工工艺，高强度钢的强度和韧性得到了大幅提升。
在保证车身结构强度的前提下，可以使用更薄的钢板，从而实现轻量化的目标。
同时，高强度钢的成本相对较低，有利于大规模生产应用。
在车辆发动机领域，新型的耐热合金材料正在逐渐取代传统的金属材料。
发动机在工作时会产生高温和高压，这对材料的耐热性和耐磨性提出了极高的要求。
新型耐热合金能够在极端条件下保持良好的性能，提高发动机的效率和可靠性。
另外，纳米材料在车辆工程中的应用也展现出了广阔的前景。
纳米材料具有独特的物理和化学性质，例如纳米颗粒可以增强润滑油的性能，减少摩擦和磨损；纳米涂层可以提高零部件的表面硬度和耐腐蚀性。
随着环保意识的不断增强，可回收和可再生材料在车辆工程中的应用也越来越受到关注。
例如，一些汽车制造商开始使用植物纤维制造内饰部件，这些材料不仅环保，而且具有良好的质感和声学性能。
然而，新材料在车辆工程中的应用并非一帆风顺。
《常用汽车材料》PPT课件
常用硬度试验方法有布氏硬度和洛氏硬度
金属材料的机械性能
冲击韧性
常
金属材料在冲击载荷作用下,抵抗破坏的能力称为冲击韧性
用
疲劳强度
汽
金属材料在循环载荷作用下产生疲劳裂纹,并导致断裂称为
车
疲劳断裂
材
在无数次(钢铁约为106～107)重复交变载荷作用下不产生
料
断裂的最大应力称为疲劳强度
疲劳强度值通过疲劳试验测定
铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、 球墨铸铁和合金铸铁几种。
铸铁
白口铸铁
常
白口铸铁断口呈白色,性能硬而脆,很难进行切削
用 汽
加工,主要用来炼钢
车 灰口铸铁
材 料
灰口铸铁断口呈灰色,由于生产工艺较简单,成本
低,熔点低、收缩率小、具有良好的铸造性能,在
汽车零件上应用较多
灰口铸铁的牌号用“HT”及数字组成。 其中数 字表示最低的抗拉强度。例如HT100,是最低抗 拉强度为100N/mm2的灰口铸铁
合金钢
合金结构钢的牌号
常 用
采用两位数字和化学元素符号及数字的方法表
汽
示。
车
前面两位数字 表示钢的平均含碳量(万分之几),
材 料
后面是化学元素符号名称,如铅、铬、锰等,各
元素符号后面的数字表示元素平均含量(百分
之几)。
例如12CrNi2,表示钢的平均含碳量为 0.12%、
平均含铬量小于1.5%、平均含镍量为2%。
车
抗大气腐蚀性能好,常温下在大气中表面能生成
材 料
一层致密的氧化铝膜,阻止铝表面进一步氧化。
纯铝的强度硬度很低,但塑性很高,一般不能作为
结构件使用。
铝及铝合金
汽车零件的选材PPT学习教案
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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。
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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550~650℃ 。
中
差
好
耐高、低温制品和 绝缘件
（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。
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2）塑料的特性
(1)质轻、比强度高 塑料的密度为0.9～2.2g／cm3，只有钢铁的1／ 8～1／4。泡沫塑料的密度约0．01g／cm3。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。
15MnVB(重要螺栓)等。
汽车零件的选材课件
玻璃钢
玻璃纤维增强塑料（GFRP）
具有轻质、高强、耐腐蚀等特 点，广泛用于制造汽车车身覆 盖件和结构件
碳纤维复合材料与玻璃钢的比 较
碳纤维复合材料具有更高的强 度和刚性，而玻璃钢在成本和 易于加工方面具有优势，二者 在汽车制造中各有优劣
03
汽车发动机材料的选择
铝合金
轻量化
铝合金具有较低的密度，适用 于制造轻量化要求较高的汽车
零件。
良好的导热性
铝合金具有优良的导热性能， 有助于发动机散热。
易于加工
铝合金具有良好的塑性和切削 加工性能，便于制造各种复杂 形状的零件。
耐腐蚀性
铝合金表面容易形成致密的氧 化膜，具有良好的耐腐蚀性。
铸铁
强度高
铸铁具有较高的强度和耐磨性，适用于制造 承受高负荷的汽车零件。
成本低
铸铁制造成本相对较低，广泛用于汽车制造 。
常用的抗电磁干扰材料包括金属屏蔽材料、导电橡胶 、导电涂料等，选择时需根据具体应用场景和性能需
求进行选择。
07
汽车轻量化材料的选择
高强度钢
01
强度高、延性好，具有优良的加 工性能和焊接性能，广泛用于汽 车车身、底盘、悬架等结构件
02
成本低，易于实现工业化生产， 是传统汽车用钢的主要材质之一
重量大，不利于汽车轻量化
结构件
通过塑性加工获得各种形状和尺寸的铝合金，用于制 造车身覆盖件、结构件和加强件
铸造铝合金 变形铝合金
碳纤维复合材料
高强度碳纤维
具有高强度、高刚性和抗疲劳性 能，用于制造汽车结构件和安全
件
01
03
02 04
碳纤维复合材料
将碳纤维与树脂、金属或陶瓷等 基体结合，获得轻质、高强、耐 腐蚀等优异性能，用于制造车身 覆盖件和结构件
汽车设计中的材料科学与工程
汽车设计中的材料科学与工程在汽车设计中，材料科学与工程起着极其重要的作用。
汽车是一个综合性的机械系统，车身、发动机、悬挂系统、底盘、内饰等都需要各种不同的材料来构建。
汽车的性能、安全性和可靠性取决于所选择的材料及其制造过程。
因此，材料科学与工程在汽车设计和制造中是至关重要的。
首先，让我们来看看车身材料。
车身是汽车的主要组成部分，承担着保护乘客和车辆零部件的重要功能。
为了在发生事故时提供更好的保护，车身材料需要具备一定的韧性和抗冲击能力。
同时，为了降低车身重量，提高燃油经济性，材料的轻量化也是一个重要的考虑因素。
目前，许多汽车制造商倾向于使用高强度钢、铝合金和碳纤维复合材料等先进材料来构建车身，以实现更好的安全性和更低的油耗。
其次，发动机是汽车的核心部件。
为了提高发动机的功率、效率和可靠性，材料的选择至关重要。
发动机需要承受高温、高压和高振动等极端工况，因此需要使用具有优异的高温耐受性、高强度和低热膨胀系数的材料。
在发动机的设计中，传统的铸铁材料正在逐渐被高温合金、陶瓷和复合材料所取代，以提供更高的效率和更长的使用寿命。
此外，悬挂系统也是汽车设计中需要考虑材料科学与工程的重要组成部分。
悬挂系统直接影响汽车的稳定性、舒适性和操控性能。
为了提供更好的悬挂性能，需要选择具有适当的弹性和耐久性的材料。
许多现代汽车采用了轻质合金、纤维复合材料和高强度钢等材料来构建悬挂系统，以确保良好的悬挂效果和更好的驾驶体验。
此外，底盘和内饰等其他汽车部件也需要适当的材料来满足其功能和性能要求。
底盘需要具备足够的刚性和强度，以支撑整个汽车的重量。
内饰材料需要注重舒适性、耐磨性和阻燃性等特性，以提供良好的驾乘体验和安全性。
总而言之，材料科学与工程在汽车设计中扮演着重要角色。
随着科学技术的不断进步，新型材料的研发和应用不断涌现，为汽车设计带来了更多的机会和挑战。
通过选择合适的材料，可以提高汽车的性能、安全性和可靠性，同时达到更好的经济性和环保要求。
汽车机械基础(第一章)ppt课件
例200 HBS10/1000/30
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洛氏硬度
测试原理：采用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为 1.588mm的淬火钢球作为压头。如图所示。试验时先施加初载 荷，使压头与试样表面接触良好，保证测量准确，再施加主载 荷，保持到规定的时间后再卸除主载荷，依据压痕的深度来确 定材料的硬度值。
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疲劳试验
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疲劳曲线
疲劳强度σ-1是表示材料以周期性交变载荷作用而不致引起断 裂的最大应力，其大小与应力变化的次数有关。对于黑色金属 规定循环次数为107次，有色金属循环次数为108次。
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疲劳失效原因分析:由于材料表面或内部存在有划痕、尖 角、夹杂等缺陷，这些有缺陷部位的局部应力大于屈服 点，会产生局部变形引起微裂纹，成为疲劳源，随着应 力循环次数的增加，微裂纹逐渐扩展，使零件承载的横 截面大大减少，以至于不能承受载荷而突然断裂。
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第一讲 材料科学简介
汽车上常用的材 料有哪些？
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第一讲 材料科学简介 1.材料与人类生活 材料是人类生产和生活所必需的物质，人类社 会的发展伴随着各种材料的不断开发和利用。 人们按照在使用中占主导地位的材料划分历史： 石器时代→陶器→青铜器→铁器→钢铁→合成材 料→复合材料。
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2.材料在的现代科技中的地位
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塑性材料：断裂前有明显的塑性变形，称为塑性 断裂，塑性断裂的断口呈“杯锥”状。如低碳钢。
脆性材料：在断裂前未发生明显的塑性变形，为 脆性断裂，断口是平整的。如铸铁、玻璃等。
不同类型的材料，其σ-ε曲线有很大差异。反映出 其所具有不同的抗拉性能特点。