汽车机械基础模块二

二、 金属材料的工艺性能
1.铸造性能
铸造是将熔化了的金属液浇入已经制好的铸型型 腔，经冷却凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能
铸造性能是指金属融化成液态后，在铸造成型时 所具有的一种特性，它常用金属的液态流动性、冷 却时的收缩率和凝固后的偏析等指标衡量。铸造生 产所采用的材料是铸造性能较好的铸铁、有色金属 及铸钢。汽车发动机上的气缸盖、气缸体、活塞、 变速器箱体、转向器壳体等均是由金属材料铸造而 成的。
1.碳素钢
碳素钢又称碳钢，是含碳量小于 2.11%（实际在1.35%以下）的铁碳合 金，并含有冶炼中难以除净的少量杂 质，如硅、锰、硫、磷等。碳钢具有 较好的机械性能，良好的工艺性能， 价格低廉、品种多样，能够满足各种 场合机械加工用钢的使用要求，碳钢 约占钢总产量的90%
知识点二 汽车常用金属材料
3）过渡配合 可能具有间隙或过盈的配合为过渡配合。此时，孔的公差
带与轴的公差带相互交叠，其极限值为最大间隙和最大过盈， 如图所示。过渡配合主要用于孔、轴的定位连接。
过渡配合
3）维氏硬度
知识点一 金属材料的性能
维氏硬度试验基本上和布氏硬度试验相同，但 压头改用相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石， 以选定的试验力49.03~980.7N压入试样表面，经 规定保持时间后，卸除试验力，用测量压痕对角线 的长度来计算硬度。维氏硬度值用HV来表示，如 700HV30/20表示用30kgf载荷保持20s测定的维 氏硬度值为700（载荷保持时间10~15s不标注）。
知识点一 金属材料的性能
4.冲击韧性
冲击载荷是一种突然作用 的载荷，通常以高速作用在零 件上，比静载荷作用的破坏性 大得多。许多机械零件和工具 在工作中往往要受到冲击载荷 的作用，如发动机活塞销、冲 模和锻模等。材料抵抗冲击载 荷的能力称为材料的冲击韧性， 冲击韧性常用一次摆锤冲击试 验来测定，冲击试验原理如图 所示。
4）颈缩阶段（de段）
过d点后，即应力达到强度极限后，在试样的某一局部范 围内，横向尺寸突然急剧缩小，形成颈缩现象，如图所示。在 σ-ε曲线图上，用原始横截面面积A算出的应力σ随着横截面面 积的迅速减小而下降到e点，试样被拉断。
颈缩现象
知识点一 金属材料的性能
2.塑性
Ø 材料经受较大塑性变形而不破坏的能力称为塑性。材料的 塑性用伸长率或断面收缩率来表示。
知识点一 金属材料的性能
3）强化阶段（c d段）
过了屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力， 要使它继续变形必须增加拉力。这种现象称为材料
d所对应的应力σ b是 材料所能承受的最大应力，称为强度极限或抗拉强 度，它表示材料抵抗断裂所能承受的最大应力。σ b 也是衡量材料强度的重要指标。
知识点一 金属材料的性能
汽车机械基础
模块二 汽车工程材料基础知识
知识点一 金属材料的性能
知识点二 汽车常用金属材料
知识点三
钢的热处理
知识点四 汽车常用非金属材料
模块二 汽车工程材料基础知识
能力目标
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模块二 汽车工程材料基础知识
案列导入
工程材料主要是指用于机械、车辆、船舶、建筑、化工、 能源、仪器仪表、航空航天等工程领域中的材料。它包括用 于制造工程构件、机械零件以及工具的材料和具有特殊性能 的材料。汽车工程材料是指用于制造汽车零部件的材料，汽 车常用工程材料如图所示。
知识点一 金属材料的性能
5.热处理性能
热处理是采用适当的方式对金属工件进行加热、保
热处理的方法有普通热处理（淬火、回火、退火、 正火），表面热处理（只改变金属表层的性能），表 面化学热处理（既改变表层化学成分，也改变表层性
热处理性能是指金属材料经热处理后所能获得不同 力学性能的可能性，一般可以通过热处理来提高金属 材料的力学性能。非铁合金一般不易进行热处理，通 常碳钢、合金钢可以用热处理来改变其内部结构组织， 达到改善材料的力学性能的目的。
知识点一 金属材料的性能
金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两方 面。使用性能是指在正常使用条件下，零部件材料 所表现出来的性质和适应能力，如物理性能、化学 性能和力学性能等。工艺性能是指材料在各种加工 过程中所表现出来的适应能力和加工难易程度。工 艺性能主要包括铸造性能、压力加工性能、焊接性 能、切削加工性能和热处理性能。金属材料的力学 性能是最为基本和重要的，它是产品设计、材料选 择、工艺评定及材料检验的主要依据。
碳大部分以渗碳体形式存在，少部分以石墨形式存在。其断口呈灰 白色相间成麻点，应用价值不大。
碳主要以片状石墨形式存在，其断口呈灰色。是应用最广泛的一类 铸铁。
碳主要以团絮状石墨形式存在，从而具有较高的韧性和塑性。
球墨铸铁 碳主要以球状石墨形式存在，因而具有更高的机械性能，并且可采 用热处理强化，使其机械性能进一步提高。
知识点一 金属材料的性能
4.切削加工性能
切削加工性能是指对材料进行切削加工的难易程 度和切削加工后材料的表面质量，其难易程度与金 属的强度、硬度、塑性和导热性有关。金属的切削 性能包括几个方面：允许的切削速度，经切削后能 达到的表面粗糙度，切削时的动力消耗及对刀具的 磨损程度等。切削加工性能好的金属对刀具磨损量 小、切削用量大、加工表面精度高。
知识点二 汽车常用金属材料
金属材料与陶瓷材料，以及高分子材料为现代 工业三大固体工程材料。
工业上，通常把金属材料分为两大类：铁碳合 金和非铁合金。
铁碳合金是指以铁和碳为主要元素组成的合金， 也称为黑色金属，钢铁材料都是铁碳合金；
非铁合金是指除钢铁材料以外的其他所有金属 材料，如铝、铜、镁及其合金，也称为有色金属。
1.强度
知识点一 金属材料的性能
低碳钢拉伸应力-应变曲线
知识点一 金属材料的性能
1）弹性阶段（Ob段）
在该段内，如果解除拉力F，则试样所产生的
变形也随之消失，这种变形称为弹性变形，因此ob
段称为弹性阶段。
弹性阶段内的Oa为一直线，在该段内，应力与
应变成正比，材料服从胡克定律，即：
σ=E ε 式中E为与材料有关的比例常数，称为弹性模量。 直线Oa的最高点所对应的应力，称为比例极限，用
使用 ωS≤0.025%，ωP≤0.025%，用来制造
工具和要求特别高的零件 主要用来制造各种工程构件（如机架、
桥梁等）。一般为中、低碳钢。 主要用来制造各种刃具，模具和量具等。
一般为高碳钢。
知识点二 汽车常用金属材料
2）常用碳素钢的性能、品牌和用途
Ø 碳素结构钢：碳含量较低，而硫、磷等含量较高，故强 度不高，但塑性、韧性较好，焊接性能好，价格低廉。 碳素结构钢的规定牌号有：Q195、Q215、Q235、 Q255、Q275五类；
知识点二 汽车常用金属材料
2） 合金结构钢
3）合金 工具钢
1）低合 金结构钢
5） 特殊性能钢
4）滚动轴 承钢
知识点二 汽车常用金属材料
3.铸铁
1）铸铁的类型
类型
特点
白口铸铁 碳主要以渗碳体形式存在，其断口呈银白色。其性能既硬又脆，很
难进行切削加工，主要用作炼钢原料，很少直接用来制造机械零件。
麻口铸铁 灰铸铁 可锻铸铁
知识点二 汽车常用金属材料
根据含碳量和组织成分的不同，铁碳合金可分为 工业纯铁、钢和白口铸铁三类。 Ø 含碳量小于0.02%的铁碳合金称为工业纯铁 Ø 含碳量在0.02%~2.11%的铁碳合金称为钢。 Ø 含碳量在2.11%~6.69%的铁碳合金称为白口铸铁。
知识点二 汽车常用金属材料
一、 钢和铸钢
知识点一 金属材料的性能
2.锻造性能
锻造是在锻压设备及工（模）具的作用下，使坯 料或铸锭产生塑性变形，以获得一定几何尺寸、形
锻造性能是指金属材料利用锻压加工方法成形的 难易程度。其优劣取决于金属材料的塑性和变形抗 力。塑性好的金属变形时不易开裂；变形抗力小的 金属锻压时省力，而且工（模）具不易磨损。例如， 碳钢在加热状态下锻造性能较好，铸铁则不能锻造。
球或硬质合金球，以相 应的试验力F压入试样表 面，保持一定时间后， 卸除试验力，用测量表 面压痕直径 d来计算硬 度的一种压痕硬度试验， 其试验原理如图所示。
布氏硬度试验原理
2）洛氏硬度
知识点一 金属材料的性能
洛氏硬度的测定是在洛氏硬度试验机上进行的， 其试验原理如图所示。能
知识点二 汽车常用金属材料
1.铝及铝合金
1）工业纯铝
• 在工业生产中，铝及其合金的应用量仅次于钢铁， 居有色金属的首位，广泛用于食品、电力和飞机制 造业，是航空工业的主要原材料。
冲击试验原理
知识点一 金属材料的性能
5.疲劳强度
在静载荷作用下，零件所 受的外力小于抗拉强度时，材 料是不会断裂的。零件在交变 载荷作用下，应力远低于该材 料的强度极限，甚至低于屈服 极限时就会发生断裂，这种现 象称为金属的疲劳，由此引起 的断裂称为疲劳断裂。
疲劳曲线示意图
知识点一 金属材料的性能
Ø 优质碳素结构钢：含碳量0.05%～0.9%，有害杂质含 量很少。应用广泛，常制造各种较重要的机械零件，比 如汽车中的大部分零件；
Ø 碳素工具钢：这类钢常用于制造刃具、量具、模具等 。
2.合金钢
知识点二 汽车常用金属材料
为改善碳钢的组织和性能，在碳钢基础 上有目的地加入一种或几种合金元素所形成 的铁基合金，称为低合金钢或合金钢。通常 加入的合金元素有：硅Si、锰Mn、铬Cr、镍 Ni、钼Mo、钨W、钒V、钛Ti等。
知识点一 金属材料的性能
一、 金属材料的力学性能
金属材料受载荷作用而发生 的几何形状和尺寸的变化称为变 形，变形有弹性变形和塑性变形 两种；根据作用的载荷方向不同， 变形又分拉压、弯曲、剪切、扭 转等形式。
知识点一 金属材料的性能