汽车工程材料(更新版)
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）
《汽车工程材料》课后习题答案
课题一：汽车工程材料概述1．填空题（1）固体中的结合键有四种：离子键、共价键、金属键和分子键。
相应地，固体可分为离子晶体、共价晶体、金属晶体和分子晶体。
（2）工程材料的分类方法有很多，一般根据材料的本性或其结合键的性质进行分类，可分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料四大类。
（3）汽车工程材料根据材料的性能使用来分，可分为汽车结构材料和汽车功能材料；根据材料的用途来分，可分为汽车制造材料和汽车运行材料。
（4）其中以碳为主要合金元素的钢称为碳素钢，其价格低廉，工艺性能好。
为了提高或改善钢的性能，向钢中加入某些合金元素，就得到合金钢，用于制造性能要求更高的重要零件。
（5）陶瓷材料在汽车上的应用主要包括结构陶瓷和功能陶瓷。
（6）汽车高分子材料主要包括车用橡胶和工程塑料。
2．选择题：（1）熔点和硬度最高，耐磨性最好的材料是（A）。
A．陶瓷材料 B. 金属材料 C.高分子材料 D.玻璃钢（2）小轿车的轮毂一般由（C）制作。
A．合金钢 B.镁合金 C.铝合金 D.碳纤维增强金属（3）汽车的（ A）一般由工业铸铁制造而成。
A．发动机缸体 B.发动机曲轴 C.车门 D.减振弹簧（4）下列不属于汽车运行材料的是（B）。
A．制动液 B.挡风玻璃 C.机油 D.轮胎（5）下列不属于汽车轻量化发展方向的选材是（C）。
A．工程塑料 B.铝合金 C.镁合金 D. 铜合金3．判断题：（1）金属材料比高分子材料和陶瓷材料的强度、硬度都高。
（×）（2）金属材料具有良好的导热导电性是因为结合键中有自由电子。
（√）（3）因为有色金属及合金性能优良，是汽车工业中用量最大的金属材料。
（×）（4）玻璃钢就是钢化玻璃。
（×）（5）为了保证使用寿命，汽车发动机汽缸体一般由高强度合金钢制作。
（×）4．简答题（1）工程材料按组成特点和性质分为哪几类？主要性能有何区别？答：工程材料按其组成特点和性质可分为金属材料（如钢铁、铝合金）、有机高分子材料（如塑料、橡胶）、无机非金属材料（如陶瓷、水泥、玻璃）及复合材料（由前三种材料中的两种或以上的材料复合而成，如钢筋混泥土、碳纤维增强塑料）四大类。
电子教案与课件：《汽车工程材料》 第7章-7.1-7.2
。
7.1.1 汽油
• 1．汽油的主要使用性能及评定指标
• 2）抗爆性 • ② 提高汽油抗爆性的主要方法和措施 • a. 采用先进的汽油炼制工艺，如催化裂化、加氢裂化和催
化重整等工艺，生产高辛烷值的汽油。 • b. 在汽油中加入抗爆添加剂。 • c. 在汽油中加入辛烷值改善组分——含氧系燃料组分。
• ② 诱导期 是指在规定的加速氧化条件下,油品处于稳定状 态所经历的时间周期,其单位为 min 。它用于判断汽油氧化 变质的倾向,诱导期越长,汽油越不易被氧化。国标规定,车 用汽油的诱导期不小于 480min 。
7.1.1 汽油
• 1．汽油的主要使用性能及评定指标
• 4）腐蚀性 • 评定汽油腐蚀性的指标有以下几项： • ① 硫含量。 硫含量表示油品中硫及其衍生物的含量，用
质量分数表示。 • ② 硫醇含量。 汽油中的硫醇和硫化氢属活性硫化物，对金
属有强烈的腐蚀作用，其中硫醇还会促进胶质生成，影响 汽油的氧化安定性，因此应严格控制。 • ③ 酸度。酸度是指中和 100mL 油品中的酸性物质所需要 的氢氧化钾质量 (以毫克计),以 mgKOH / 100mL 表示。 • ④ 水溶性酸或碱。水溶性酸或碱用于判定油品中是否存在 无机酸、低分子有机酸或水溶性氢氧化物,这些物质是石油 炼制过程中残留下来的,有.1 汽油
• 1．汽油的主要使用性能及评定指标
• 3）氧化安定性
• 氧化安定性是指汽油在储存使用过程中抵抗氧化生胶的能 力,用于判定汽油能否使用或继续储存。
• 评定汽油氧化安定性的指标有实际胶质和诱导期。
• ① 实际胶质 是指在规定条件下测得的燃料的蒸发残留物, 用 100mL 试样中所含胶质质量 (以毫克计)表示,主要用于判 断汽油生成胶质的倾向。国标规定,车用汽油的实际胶质不 大于 5mg / 100mL 。
《汽车工程材料》PPT课件
1．铸造性能
2．锻造性能
3．焊接性能
4．切削加工性能
汽车机械基础
1．铸造性能 铸造性能是指金属在铸造生产中表现出的工艺性能。
2．锻造性能 锻造性能是指锻造金属材料的难易程度。
3．焊接性能 焊接性能是指金属材料对焊接成形的适应性，也就是指在
一定的焊接工艺条件下，金属材料获得优质焊接接头的难易 程度。
（2）晶格和晶胞 晶体结构：指在晶体内部，原子、离子或原子集团规则排列的方
式。 晶格：抽象的用于描述原子在晶体中排列方式的空间几何格架。
原子排列
晶格
晶胞
晶胞：组成晶格的能反映其特征和规律的最基本几何单元。
汽车机械基础
（3）三种典型的金属晶体结构 ① 体心立方晶格 α-铁（912℃以下的钝铁）、 铬、钼、钨、钒
实际金属晶体结构
汽车机械基础
晶体缺陷： 实际晶体中，排列不规则的区域称为晶体缺陷。
① 点缺陷：不规则区域在空间三个方向上的尺寸都很小，主 要是空位、间隙原子、置换原子。
在实际晶体结构中，晶格的某些结点上没有原子，则称这结 点为空位。位于晶格空隙之间的原子称为间隙原子。
汽车机械基础
② 线缺陷：不规则区域在一个方向的尺寸很大，在另外两个方 向的尺寸都很小，主要是位错，即晶体中某处有一列或若干列原 子发生有规律的错排现象。
汽车机械基础
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汽车机械基础
任务一 汽车常用材料主要性能分析
汽车机械基础
任务引入
图1-1 汽车曲轴、活塞、齿轮
汽车曲轴、活塞、齿轮的主要性能有哪些？
汽车工程材料1
图1-7低碳钢的σ-ε曲线
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。
2.材料的弹性指标
（1）弹性模量E 表征了材料抵抗弹性 变形的能力，也称之为刚度。 E=σ/ε=tanα （MPa） 式中，σ为弹性变形阶段的应力，ε为 相应的应变，tanα为拉伸曲线的斜率。
3.材料的低温冲击性能
材料韧性状态变为脆性状态的温度TK称
为该材料的脆性转变温度。
材料冲击韧性与温度有关。
(四)疲劳强度
承受交变应力的零件，在工作应力低于材料的屈服 强度的情况下较长时间工作时，会产生裂纹或突然断裂， 这种现象称为疲劳失效或疲劳破坏。 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，以至于不能承受荷载而突然断裂。 可以通过疲劳试验，绘制疲劳曲线进行测定。
布氏硬度的表示方法规定为：
符号HBS和HBW前面的数值为硬度值，符号 后面按以下顺序表示试验条件：压头球体直径 （㎜）、试验荷载（Kg· f）、试验荷载保持时 间（S）（10～15S不标注）。 例120 HBW10/1000/30
实验测量d—查表—硬度
2.洛氏硬度
洛氏硬度采用直接测量压痕深度来确定 度值的。试验原理如图1-9Ａ＆1 - 9Ｂ所示。 我国常用的是HRA、HRB、HRC三种，试 验条件及应用范围见表1-2。 洛氏硬度值的表示方法规定为：硬度符 号前面注明硬度值，例如52HRC、70HRA。 在硬度和强度之间，存在着一定的换算 关系，如表1-3所示。
第5章 汽车工程材料
1)耐蚀性
材料在常温下抵抗周围介质（如大气、燃气、水、 酸、碱、盐等）腐蚀的能力。 化学腐蚀 电化学腐蚀。 腐蚀防护途径： 1、采用耐蚀性好的不锈钢、铝合金等， 2、采用适当的涂料进行涂覆； 3、结构设计（防行成闭合回路）， 4、阴极保护。
2) 抗氧化性
指材料在高温下抵抗氧化的能力，又称为热 稳定性。 在钢中加入Cr、Si等元素，可大大提高钢 的抗氧化性。
L1 L0 / L0 100%
式中，L1为拉伸试验时试样拉断后将试样断口对合起来 后的标距长度；L0为试样原始标距长度。 断面收缩率的表达式为:
F0 F1 / F0 100%
式中， F0 为拉伸试验时试样拉断后原横截面积； F1 为与断 口细颈处最小截面积。
式中， 为拉伸试验曲线 上o-e线与水平轴o-t的夹角。 弹性模数是反映金属材 料刚性的指标（金属材料受 力时抵抗弹性变形的能力称 金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的最大能 力称为塑性，通常以拉伸试验时的试样标距长度延伸率 （％）和试样断面收缩率 （％）表示。
熔点
导热性
指材料传导热量的能 力。 材料传导电流的能力 称为导电性。
λ ρ
瓦特每米开 尔文
W/(m· K)
材料的热导率越大， 导热性就越好。
导电性
Ω .cm 1/(Ω .cm)
名称
定义
表示符 号
线膨胀系 数αL和 体膨胀系 数αv
单位
意义
生产中，在热加工和 热处理时要考虑材料 的热膨胀性的影响， 可减少工件的变形和 开裂。
3.金属的工艺性能 金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺 性能，主要有以下5个方面。 1）切削加工性能 切削加工性能反映的是用切削工具对金属材料进行切削 加工（例如车削、铣削、刨削、磨削等）的难易程度。 2）可锻性
汽车常用工程材料
料的循环次数取107次。 整理ppt
8
图6-6 疲劳曲线示意图
6.1.2 金属材料的物理、化学及工艺性能
1． 材料的物理性能 材料的物理性能是指材料的固有属性，如密度、熔点、
导热性、导电性、热膨胀性、磁性和色泽等。常用金属 材料的物理性能见表6-1 表6-1 常用金属材料的物理性能
整理ppt
用 3．钢热处理的特点、方法及应用 4．汽车新型材料的选用
整理ppt
4
6.1 金属材料的主要性能
6.1.1金属材料的力学性能
金属材料的力学性能主要决定于材料本身的化学成分、 组织结构、冶金质量、表面和内部的缺陷等内在因素， 但一些外在因素如载荷性质、温度、环境介质等也会影 响到材料的力学性能。因此，力学性能不仅是验收，鉴 定材料性能的主要依据，而且也是零件设计和选择材料 的重要依据。
整理ppt
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普通碳素结构钢常用于制造汽车传动轴间支架、发动机 前后支架、后视镜支杆、三、四、五档同步器锥盘、差 速器螺栓锁片、车轮轮辐、驻车制动操纵杆棘爪和齿板 等零件。
2. 优质碳素结构钢
优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，该数字表示钢 的平均碳的含量的万分数，如牌号45表示其平均碳的含 量为0.45%。对于较高锰含量的优质碳素结构钢，则在 对应牌号后加“Mn”表示，如45Mn、65Mn等。
（2）硅 硅也是钢的有益元素。 （3）硫 硫是钢的有害元素，是在炼钢时由矿石和燃料带入钢中
的，难以除尽。
（4）磷 磷是钢中的有害元素，也在炼钢时由矿石带入钢中的。
整理ppt
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（二）碳钢的分类
碳碳碳素素素钢钢钢
碳素结构钢
普通碳素结构钢 Q195、Q215、 … 优质碳素结构钢 08、10、15、…
汽车工程材料概述-课件2
钨与碳形成的碳化钨有很 高的硬度和耐磨性。在工具钢 中加入钨，可显著提高红硬性 和热强性，因此钨是高速钢的 主要合金元素。
子课题二 钢的热处理工艺
3）淬火加热缺陷及其防止
钢在淬火加热时可能导致的材料缺陷主要为过热、过烧、氧化和脱碳。 （1）轻微的过热可通过延长回火时间来补救，严重的过热则需进行 一次细化晶粒退火，然后再重新淬火。 （2）过烧是加热温度太高而导致奥氏体晶界出现局部熔化或氧化的 现象，为严重的加热缺陷。工件一旦出现过烧就无法补救，只能报废。 （3）氧化和脱碳是钢制零件在加热时与周围介质相互作用形成的缺 陷。采用盐浴加热、真空加热或都可有效防止氧化和脱碳的发生。
子课题二 钢的热处理工艺
子课题二 钢的热处理工艺
子课题二 钢的热处理工艺
二、钢的正火
正火是将钢加热至Ac3或Accm以上30~50 ℃并保温适当时间， 在空气中冷却的工艺方法。
子课题二 钢的热处理工艺
应用 （1）改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性。 （2）作为普通结构零件或大型及复杂零件的最终热处理。 （3）作为中碳和低碳合金结构钢重要零件的预备热处理。 （4）消除过共析钢中的网状二次渗碳体。
3 子课题六 热处理工艺的位置安排及方案选择
子课题一
钢的热处理原理
--钢在加热时的转变 --钢在冷却时的转变
子课题一 钢的热处理原理
钢的热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以 改变钢的组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺。热 处理的基本工艺过程，通常用在温度-时间坐标上绘出的热 处理工艺曲线表示。
子课题二 钢的热处理工艺
2、淬火冷却介质 1）淬火冷却介质的性能要求
冷却速度是淬火工艺上的最主要问题。 一方面，淬火时要求得到马氏体，冷却速 度必须大于临界冷却速度；另一方面，过 快的冷却速度会产生热应力和组织应力， 从而容易导致淬火工件的变形和开裂。冷 却速度主要通过选择合理的淬火冷却介质 （淬火剂）来控制。
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汽车工程材料(更新版)
汽车工程材料
Editor by D_san
1. 填空
2. 选择
3. 判断
4. 名词解释
5. 综合题:15+20=35
第二章：汽车运行材料 1．汽油牌号：90，93, 95, 97
2 . 柴油牌号: -50, -35, -20, -10, 0, 5, 10
(了解)润滑油使用条件:正确选用润滑油的使用等级,选用适当黏度润滑油,保持正常的油面
高度,定期或按质换油,不同牌号的不能混合使用,换油时需放净废油.
齿轮油使用条件:严防水分的混入,不可用掺兑柴油或裂化煤油来降低凝点,不同产地
齿轮油不混用,定期检测,重新换油.
第三章: 钢铁材料及其在汽车上的应用
(补充：通常用强度、塑性、硬度、韧性、抗疲劳性等性能指标来衡量金属材料的力学性能。
强度是材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力；塑性是金属在断裂前产生永
久变形或破坏的能力；硬度是金属材料抵抗局部变形或破坏的能力。
1. 内部质点呈规律性和周期性排列的物质称为晶体,如石墨,金刚石,一般金属材料.
2. 内部质点无规律排列的物质称为非晶体,如玻璃,沥青,石蜡.无固定外形,熔点. 3, 了解晶体结构;p62
晶格：原子按一定规律，一定几何规则排列的空间格架形状
晶面：晶体中原子所构成的平面
晶胞：晶格取出的，并能够完整地反映出晶格排列特征的最小几何单元。
晶向：晶体中两个或两个以上原子中心的连线，代表空间的一定方向。
4. 晶体缺陷：
点缺陷：指晶体中呈点状的晶体缺陷，常见的是空位和间隙原子，会使硬度，强度提
高，塑性，韧性下降。
线缺陷：指在三维空间的一个方向尺寸很大，其余的两个方向尺寸很小的晶体缺陷。
主要是指各种类型的位错。
面缺陷：指两个方向尺寸很大，第三个方向尺寸很小，呈面状分布的晶体缺陷，通常称为晶界。
能使金属材料的塑性变形抗力增大，其强度和硬度也有所提高。
5. 熟悉晶体结晶p64(冷却曲线,过冷度):
实际结晶速度Tn低于理轮结晶温度T0的现象成为过冷
现象,过冷是结晶的必要条件，To与Tn的差值成为过冷度.晶体结晶时,冷却速度越快,过冷度越大，晶粒越细小, 金属强度和硬度越高,塑性和韧性越好,细化晶粒(增加冷却速度,变质处理,物理方法)是强化金属材料的一个有效途径.
6.了解合金相结构(固溶体,金属化合物,机械混合物)p65 合金相结构分为：固溶体，金属化合物，机械混合物
7.
1熟记铁碳合金相图★★★★ p67 2铁素体F, ○
奥氏体A,
渗碳体Fe3C,
珠光体P,
莱氏体Ld
3液相线ACD: 此线以上区域的合金为液态L.ωc%的合金冷却至CD温度线结晶出渗碳体。
固相线AECF:液态合金冷却至此温度线以下完成结晶,全部转变为固体状态. AE线:合金完成结晶全部转变为奥氏体的温度线.
共晶线ECF:共晶线是一条水平恒温线.wc为%~%的液态合金冷却至此温度线时发生共晶转变，结晶出A和Fe3C的机械混合物：Ld
ES线:碳在奥氏体中的溶解度曲线,用Acm表示.随温度降低，慢慢析出二次渗碳体。
GS线;冷却时奥氏体开始析出
铁素体，向铁素体转变的温度线，用A3表示。
共析线PSK：共析线是一条水平恒温线，用A1表示。
Wc>%的铁碳合金冷却至727时会发生共析转变，生成P PQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线。
合金727 oc缓冷时，F中的碳将以渗碳体
形式析出，Fe3CⅢ
共析钢：指S点ωc=%的钢，其在室温下为珠光体组织铁碳合金的平衡组织铁素体和渗碳体两相组成
8. 钢的热处理：
热处理过程都有加热，保温，冷却三个阶段，其工艺参数：加热温度，保温时间，冷
却速度。
1. 冷却方式，冷却速度及冷却介质是决定钢的性能的关键因素，冷却方式包括等温冷却和连续冷却，冷却介质包括空气，水，油，盐碱溶液。
2. 退火：将钢加热至适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。
退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、
去应力退火、再结晶退火。
！退火的目的：1，细化晶粒，改善钢的力学性能，2.降低硬度，提高塑性，3.消除前道工序产生的内应力。
3. 正火：将钢加热到Ac3以上，保温一段时间，随后取出置于静止空气中冷却。
4. 淬火：将钢加热到AC3以上30~50度，保温一段时间，随后用大于临界冷却速度的方法进行冷却，以获得马氏体组织的热处理方法。
淬火冷却方法：单液淬火，双液淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火。
深冷处理
矿物油，盐碱溶液。
！淬火的缺陷：1.硬度不足，2.过热或过烧，3.变形或开裂。
5. 回火：将淬火后的工件加热至低于A1的某一温度，保温一段时间，然后冷却至室
温的工艺。
分类：低温回火，中温回火，高温回火
！目的：1，减少或消除淬火内应力，2，提高韧性，降低强硬度，3，稳定
组织，使零件使用过程不发生形变。
！9.钢的分类及应用
1.合金的分类及牌号：1.普通碳素结构钢：Q235-A〃F
2.优质碳素结构钢：45钢为%C 50Mn
3.碳素工具钢：T+数字，例：T8MnA。
2，！常见钢种：渗碳钢：牌号：20CrMnTi；热处理方
法：渗碳+淬火+低温回火；
目的：消除锻造缺陷，调整硬度，便于切削加工
组织：表：M回+K+A‘；心：M低碳，达到表硬心韧。
调质钢：牌号：40CrNi ；热处理方法：正火+调质
目的：同上，满足整体力学性能要求，良好综合力学性能组织：表：M回+A‘，心：S回
弹簧钢：牌号：60Si2Mn；热处理方法：淬火+中温回火+喷丸
目的：200~300度去应力
轴承钢: 牌号：GCr15simn；热处理方法：锻炼+球化退火+机加工+
淬火+低温回火+磨加工
组织：回火马氏体+粒状碳化物+A‘
高速工具钢：牌号：W18Cr4V；热处理方法：分级淬火+回火
目的：击碎粗大碳化物，使之均匀分布
第四章：非铁金属及其在汽车的应用
1. 铝合金可分为变形铝合金和铸铁合金
变形铝合金分为热处理可强化铝合金和热处理不可强化铝合金
防锈铝，牌号：铝锰系合金,3A21，铝镁系合金，5A02 硬铝，牌号：2A12 超硬铝，牌号：7A04
锻铝，牌号：2A50 2.铸造铝合金
铝硅合金：牌号：ZALSi2 铝铜合金：牌号：ZALCu5Mn 铝镁合金：牌号：ZALMg10 铝锌合金: 牌号：ZALZn11Si7 锡基和铅基滑动轴承合金又称巴氏合金
Ps:若发现有遗漏或错误的知识点，请自己补充完整~O(∩_∩)O。