第七章典型汽车零件金属材料的选用
汽车机械基础(高教版)教案：课后习题答案 吴建蓉 编.doc
汽车机械基础课后习题答案第七章汽车的常用材料1、金属材料的工艺性能指在制造零件的过程中，采用某种加工方法制造成品的难易程度，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能。
金属材料的使用性能指在使用条件下所表现出来的性能，包括物理性能、化学性能和力学性能。
金属工艺性能的好坏，关系零件加工的质量、成本和寿命，影响到汽车的安全使用和品牌的声誉；金属材料的机械零件大多以力学性能为设计依据的，掌握金属材料的力学性能至关重要。
2、金属抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。
常用的强度指标如下：（1）上屈服强度ReH金属材料在拉伸试验时，试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。
（2）下屈服强度ReL在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。
（3）抗拉强度Rm表示金属材料抵抗塑性变形不致断裂的最大应力。
金属局部体积内表面抵抗塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。
（1）布氏硬度符号为HBW。
（2）洛氏硬度根据所用压头和标尺不同，洛氏硬度符号有HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK等，其中HRC最为常用。
金属材料在载荷的作用下，断裂前产生塑性变形的能力称为塑性。
常用拉伸试样断裂前的最大相对变形量来表示塑性好坏的指标，该指标分为断后伸长率和断面收缩率两种。
（1）断后伸长率用A来表示；（2）断面收缩率用Z来表示。
α表示。
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。
用冲击韧度kR等表示。
材料承受无数次交变循环应力而不破坏的最大应力值，称为疲劳强度。
用1-3、（1）低碳钢，碳的质量分数低于0.25%（2）中碳钢，碳的质量分数在0.25%~0.6%之间（3）高碳钢，碳的质量分数高于0.60%4、灰铸铁的抗拉强度低，塑性和韧性差，但具有良好的切削性、耐磨性、润滑性、减振性和铸造性。
不可以铸造。
5、相同点：都是用铸造的方法形成毛坯；不同点：含碳量不同、力学性能不同等。
如，当零件的形状较为复杂，或零件的质量较大，而零件的力学性能要求又较高，不能选用铸铁代替，用型钢或锻造又不能实现时，只能采用铸钢。
第七章 合金钢简答题
第七章合金钢碳钢具备很多优点，在机器制造业中获得了广泛应用。
但是碳钢淬透性低、回火抗力差、不具备特殊的物理、化学性能，且屈强比低，约为0.6。
而合金钢屈强比一般为0.85～0.9。
在零件设计时，屈服强度是设计的依据。
所以，碳钢的强度潜力不能充分发挥。
为了满足使用要求，必须选用合金钢。
1、合金元素对钢中基本相有哪些影响？答：⑴与碳亲合力很弱的合金元素，溶入铁素体内形成合金铁素体，对基体起固溶强化作用，与碳不发生化合反应。
⑵与碳亲合力较强的合金元素，一般能置换Fe3C中的铁原子，形成合金Fe3C。
合金Fe3C较Fe3C稳定性略高，硬度较为提高，是低合金钢中存在的主要碳化物。
⑶与碳亲合力很强的合金元素，且含量大于5％，易形成特殊碳化物。
它比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度、耐磨性和回火稳定性。
2、普通低合金钢与含碳量相同的碳素钢相比有什么特点？这类钢常用于哪些场合？钢中合金元素主要作用是什么？答：普通低合金钢是一种低碳、低合金含量的结构钢，其含碳量＜0.2％，合金元素含量＜3％。
与具有相同含碳量的碳素钢相比具有较高的强度，较高的屈服强度，因此，在相同受载条件下，使结构的重量减轻20～30％。
具有较低的冷脆转变温度（-30℃）。
普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。
因此它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。
钢中合金元素的主要作用：Mn—强化铁素体基体；V、Ti—细化铁素体晶粒，形成碳化物起弥散强化的作用；Cu、P—提高钢对大气的抗蚀能力。
3、普通低合金钢常用于哪些场合？对性能有何要求？如何达到这些性能要求？答：普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。
由于它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。
因此对它的性能要求如下：良好的综合力学性能，σs＝350～650 MPa，δ＝16～23％，αk＝60～70 J/cm2；良好的焊接性、冷热加工性；较好的抗蚀性；低的冷脆转化温度，一般为-30℃。
金属材料在汽车上的应用
（二）汽车冷冲压零件用材 在汽车零件中，冷冲压零件种类繁多，
约占总零件数的50%～60%。汽车冷冲压零 件的材料有钢板和钢带，其中主要是钢板， 包括热轧钢板和冷轧钢板，如08、20、25 和Q345等。
热轧钢板主要用来制造一些承受一定 载荷的结构件，如保险杠、刹车盘、纵梁 等。这些零件不仅要求钢板具有一定刚度、 强度，而且还要具有良好的冲压成型性能。 冷轧钢板主要用来制造一些形状复杂，受 力不大的机器外壳、驾驶室、轿车的车身 等覆盖零件。这些零件对钢板的强度要求 不高，但却要求具有优良的表面质量和冲 压性能，以保证高的成品合格率。
2．汽车发动机曲轴 （1）汽车发动机曲轴的工作条件 曲轴 在工作中受到弯曲、扭转、剪切、拉压、 冲击等交变应力。而且，应力分布极不均 匀；曲轴颈与轴承还发生滑动摩擦。 （2）曲轴的主要失效形式 疲劳断裂和 轴颈严重磨损两种。
（3）对曲轴的性能要求： 1）高的强度； 2）一定的冲击韧度； 3）足够的弯曲、扭转疲劳强度； 4）足够的刚度；轴径表面有高的硬度和 耐磨性。
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。
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 ℃ 。
下料→模锻→调质→切削加工→轴颈表 面淬火
3．汽车板簧 （1）汽车板簧失效形式及性能要求
汽车板簧用于缓冲和吸振，承受很大 的交变应力和冲击载荷。汽车板簧的主要 失效形式为刚度不足引起的过度变形或疲 劳断裂。因此，对汽车板簧的性能要求是 材料要有较高的屈服强度和疲劳强度。
（2）典型板簧选材 汽车板簧一般选用弹性高的合金弹簧
课题6 汽车金属材料的选用
课题6 汽车金属材料的选用课题引入首先请大家思考以下几个问题：➢如何在品种繁多的金属材料中选择合适机械零部件要求的材料？➢选择材料时要考虑哪些方面的因素？➢选好材料后如何确定合理的加工及热处理工艺路线？➢在不同类型的汽车零部件中常用的金属材料有哪些课题说明学习金属材料和热处理的主要目的是为了在工业上能正确的选择材料和应用材料。
机器、汽车等机械设备都是由各种零件组合而成，所以，零件的制造是生产出合格机械产品的基础，而要生产出一个合格的零件，必须解决为三个关键问题：即合理的零件结构设计，恰当的材料选择以及正确的加工工艺。
这三个关键环节相互依存缺一不可，其中任何一个环节出了差错，都将严重影响零件的质量，甚至使零件不能使用而报废。
当零件有了合理的结构设计后，那么选材及材料的后续加工就是至关重要的了，它将直接关系到产品的质量及生产效益。
因此，掌握各种工程材料的性能，合理的选择材料和使用材料，正确的制定热处理工艺，是从事汽车制造工程技术人员必须具备的知识。
课题目标✧了解机械零件的常见失效形式。
✧掌握金属材料工程选用的一般原则。
✧掌握轴类零件常用的金属材料及选用✧掌握齿轮类零件常用的金属材料及选用✧掌握各类刃具和模具常用的金属材料及选用✧了解各类机械零件的加工工艺规程✧了解汽车覆盖件板料的性能特点及选用6.1金属材料的选材原则在机械制造工业中，要获得质量高且成本低的零部件，首先在机械设计过程中要科学合理，其中机械零部件材料及热处理工艺的设计是一个重要的环节。
选用的材料必须保证使用过程中具有良好的工作能力；必须保证零件便于加工制造；必须保证零件总成本最低。
即主要综合考虑选用材料的使用性能、工艺性能和经济性能这三个方面。
6.1.1零件的失效1．失效的概念零件质量的重要评价标准即为零件的服役时间的长短。
要合理正确的选材，必须首先了解各类零件的主要失效形式。
机械零件的失效是指零件由于某种原因丧失了正常的工作能力。
具体表现为：①零件完全破坏，不能继续工作；②零件严重损伤，继续工作不安全；③不能满意地达到预期的作用。
《金属材料与热处理》教材习题答案：第七章 有色金属及硬质合金
《金属材料与热处理》教材习题答案第七章有色金属及硬质合金1.纯铜的性能有何特点？纯铜的牌号如何表示？答：铜的密度为8.96 ×103 kg/m3，熔点为1083℃，其导电性和导热性仅次于金和银，是最常用的导电、导热材料。
它的塑性非常好，易于冷、热压力加工，在大气及淡水中有良好的抗蚀性能，但纯铜在含有二氧化碳的潮湿空气中表面会产生绿色铜膜，称为铜绿。
纯铜强度低，虽然冷加工变形可提高其强度，但塑性显著降低，不能制作受力的结构件。
按化学成分不同可分为工业纯铜和无氧铜两类，我国工业纯铜有三个牌号：即一号铜（99.95%Cu）、二号铜（99.90%Cu），三号铜（99.7%Cu），其代号分另为T1、T2、T3；无氧铜，其含氧量极低，不大于0.003%，其代号有TU1、TU2，“U”是“无”字汉语拼音字首。
2.铜合金有哪几类？它们是根据什么来区分的？答：常用的铜合金有黄铜、青铜、白铜三大类。
黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金，白铜是以镍为主加合金元素的铜合金，除了黄铜和白铜外，所有的铜基合金都称为青铜。
按主加元素种类的不同，青铜又可分为锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。
3.锌的含量对黄铜的性能有何影响？答：锌含量在32％以下时，随锌含量的增加，黄铜的强度和塑性不断提高，当锌含量达到30％一32％时，黄铜的塑性最好。
当锌含量超过39％以后，强度继续升高，但塑性迅速下降。
当锌含量大于45％以后，强度也开始急剧下降，所以工业上所用的黄铜Zn含量一般不超过47％。
4.青铜按生产方式分为哪两类？它们的牌号如何表示？答：按生产方式也可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。
压力加工青铜的代号由“Q”＋主加元素的元素符号及含量＋其他加人元素的含量组成，如QSn4一3。
铸造青铜的牌号表示方法由“ZCu”+主加元素符号+主加元素含量+其他加入元素的元素符号及含量组成。
如ZCuSn5Pb5Zn5等。
5.含锡量对锡青铜的性能有何影响？答：锡含量较小时，随着锡含量的增加，青铜的强度和塑性增加，当锡含量超过5%~6%时，其塑性急剧下降，强度仍然高。
第七章金属磨损和接触疲劳
第七章金属磨损和接触疲劳机器运转时，相互接触的机器零件总要相互运动，产生滑动、滚动、滚动＋滑动，都会产生摩擦，引起磨损。
如:轴与轴承、活塞环与气缸、十字头与滑块、齿轮与齿轮之间经常因磨损和接触疲劳，造成尺寸变化，表层剥落，造成失效。
有摩擦必将产生磨损，磨损是摩擦的必然结果。
磨损是降低机器和工具效率、精确度甚至使其报废的重要原因，也是造成金属材料损耗和能源消耗的重要原因。
据不完全统计，摩擦磨损消耗能源的1/3～1/2，大约80％的机件失效是磨损引起的。
汽车传动件的磨损和接触疲劳是汽车报废的最主要原因，所以，耐磨成了汽车档次的一个重要指标。
因此，研究磨损规律，提高机件耐磨性，对节约能源，减少材料消耗，延长机件寿命具有重要意义。
第一节磨损概念一、摩擦与磨损现象1、摩擦两个相互接触的物体作相对运动或有相对运动趋势时，接触表面之间就会出现一种阻碍运动或运动趋势的力，这种现象成为摩擦。
这种作用在物体上并与物体运动方向相反的阻力称为摩擦力。
最早根据干摩擦的试验，得到摩擦力F正比于两物体之间的正压力（法线方向）N的经典摩擦定律，即F=μN，式中μ称为摩擦系数。
后来发现这个定律只对低速度、低载荷的干摩擦情况是正确的，然而在许多场合下还是被广泛应用。
摩擦力来源于两个方面：①由于微观表面凸凹不平，实际接触面积极少(大致可在1/10000～1/10的范围内变化)，这部分的接触应力很大，造成塑性变形而引起表面膜（润滑油膜和氧化膜等）的破裂，促使两种金属原子结合（冷焊）；②由于微观表面凸凹不平，导致一部分阻止另一部分运动。
要使物体继续移动，就必须克服这两部分阻力。
用来克服摩擦力所做的功一般都是无用功，在机械运动中常以热的形式散发出去，使机械效率降低。
减小摩擦偶件的摩擦系数，可以降低摩擦力，即可以保证机械效率，又可以减少机件磨损。
而要求增加摩擦力的情况也很多，在某些情况下却要求尽可能增大摩擦力，如车辆的制动器、摩擦离合器等。
《汽车材料》教案
课堂小结二：对照能力要求，每个人给自己打分，明确自己要努力的方向。
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授课日期 授课班级
广西物资学校教师备课教案
课 时授课计划
12 汽修八班
编号：002
授课时数 4
课 题： 第一章 汽车燃料 教学目的：一、掌握并了解石油、汽油、柴油等各种燃料的使用性能及注意事项；
二、了解汽车的一些常用代用燃料。 教学重点：汽油的使用性能及注意事项 教学难点：汽油的使用性能及注意事项 教学方法：讲授法、观察法 教具：多媒体、PPT 课件、车辆 教学环节：
1.工业纯铜；
2.铜合金的种类；
实训室实践 参观
3.常用铜合金及其性能和应用； 4.铜及铜合金在轿车上的应用。 三、滑动轴承合金
1.概述；
2.常用轴承合金；
课堂小结：请根据所学，说出滑动轴承合金的工作条件是怎样的？
课堂练习：铜、铝合金在轿车上的应用。
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授课日期 授课班级
广西物资学校教师备课教案
课时授课计划
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广西物资学校教师备课教案
教学过 程及 教学设计 组织教学：4 节课课堂教学,2 节课实践教学。
引入新课：参观车辆，说说车辆上哪些地方使用的是玻璃？哪些地方使用的是塑料？
PPT 课件
讲授新课：一、塑料 1.车用塑料的分类、性能特点及应用；
2.汽车塑料件的位置、名称和车身塑料产品的鉴别方法；
二、玻璃
课堂练习：缸盖螺栓的失效形式是怎样的？
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授课日期 授课班级
广西物资学校教师备课教案
课时授课计划
12 汽修八班
编号：008
授课时数 6
课 题： 第八章 塑料、玻璃（遇元旦放假冲突，应调整授课时间） 教学目的：一、掌握汽车用塑料的性能、种类及应用；
07第七章汽车零件失效分析
Ⅲ阶段是汽车零件的极限磨损期。使用中的汽车零 件进入该时期后，由于配合副间隙已达到或超过极 限值，使零件表面间冲击载荷增大，而且由于间隙 过大，使润滑油流失严重，流体润滑油膜极易遭到 破坏，从而使零件的磨损率急剧增大，磨损量也因 此大幅度增加。若不加修理而继续使用，则势必使 汽车零件的磨损由正常磨损转化为事故性磨损，造 成零件迅速损坏，技术状况急剧变坏，工作能力迅 速下降。
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.1920. 10.19Monday, October 19, 2020
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。1 4:09:5414:09:5 414:091 0/19/2020 2:09:54 PM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.1914: 09:5414:09Oct -2019- Oct-20
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月19日星期 一下午2 时9分5 4秒14:09:5420. 10.19
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 下午2时 9分20.1 0.1914: 09October 19, 2020
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2 020年1 0月19日星期 一2时9分54秒1 4:09:541 9 October 2020
（4）腐蚀磨损。
零件表面被腐蚀，腐蚀层被磨去再腐蚀再磨去 的反复过程称为疲劳磨损。
按照机理，疲劳磨损分为化学腐蚀磨损和电 化学腐蚀磨损。
典型的电化学腐蚀磨损为汽缸的低温磨损，发动 机温度低，在汽缸壁上会吸附一层水膜，水膜溶 解燃烧废气中的酸性气体，如SO2和其他的酸性 气体。这些物质均会腐蚀汽缸壁，引起腐蚀磨 损，所以发动机应避免低温运行。
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第一节 零件选材原则
金属材料加工的工艺路线复杂，变化多。 (1)金属材料的一般加工过程(图7-1) (2)金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能见表7-2。 (3)金属材料的典型工艺路线金属材料根据不同的性能，其
工艺路线也不同，主要典型路线有以下几种。 3.经济性原则 必须考虑材料的价格、零件的总成本与国家的资源等，采用
便宜的材料，把总成本降至最低，取得最大的经济效益，使 产品在市场上具有最强的竞争力。
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第二节 汽车零件选材与工艺
一、汽车零件用材现状与趋势 1.汽车零件用材的选择 发动机和传动系统零件这两部分包括的零件很多，其中有大
量的齿轮和各种轴，同时还有在高温下工作的零件(进/排气 阀、活塞等)，它们的用材都比较重要，目前一般都是根据使 用经验来选材。 2.汽车零件用材选择趋势 随着能源和原材料供应的日趋短缺，人们对汽车节能降耗的 要求越来越高，而减轻自重可提高汽车的重量利用系数，减 少材料消耗和燃油消耗，这在资源、能源的节约和经济价值 方面具有非常重要的意义。
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表7-2金属材料的工艺性能
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图7-1金属材料的一般加工过程示意图
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表7-1 常用零件的工作条件和失效形式
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第二节 汽车零件选材与工艺
3.气门 气门材料应选用耐热、耐蚀、耐磨的材料。进气门一般可用
40Cr, 35CrMo, 38CrSi,42 Mn2 V等合金钢制造，而 排气门则要求用高铬耐热钢制造，采用4Cr10Si2Mo。 4ห้องสมุดไป่ตู้连杆 连杆材料一般采用45钢、40Cr或者40MnB等调质钢。 5.半轴 中、小型汽车的半轴一般用45钢、40Cr，而重型汽车用 40MnB, 40CrNi或40CrMnMo等淬透性较高的合金制造。
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第二节 汽车零件选材与工艺
二、汽车零件所选用的金属材料 1.缸体、缸盖和缸套 缸体常用的材料有灰铸铁和铝合金两种。缸盖应用导热性好、
高温机械强度高、能承受反复热应力、铸造性能良好的材料 来制造。 2.活塞、活塞销和活塞环 活塞材料一般用20钢或20Cr, 20CrMnTi等低碳合金钢。 活塞销外表面应进行渗碳或碳氮共渗处理，以满足外表面硬 而耐磨，材料内部韧而耐冲击的要求。
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第二节 汽车零件选材与工艺
6.汽车齿轮 汽车的重要齿轮都用渗碳、淬火进行强化处理，因此这类齿
轮一般都用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi等制造，特别是 后者在我国汽车齿轮生产中应用最广。 7.钢板 钢板有08, 20, 25和16Mn等。热轧钢板主要用来制造一 些承受一定载荷的结构件，如保险杠、刹车盘、纵梁等。 8.汽车板簧 汽车板簧一般选用65Mn, 60Si2Mn钢制造。重型载重汽车 大截面板簧用SSSiMnMoV,55 SiMnMoVNb钢制造。
第七章 典型汽车零件金属材料的选用
第一节 零件选材原则 第二节 汽车零件选材与工艺
第一节 零件选材原则
汽车零件材料选择的一般原则主要包括以下几个方面。 1.使用性原则 使用性能主要指零件在使用状态下应具有的力学性能、物理
性能和化学性能。对机器零件和工程构件而言主要是机械性 能，而对一些特殊条件下工作的零件，则必须根据要求考虑 到材料的物理、化学性能。 表7-1所示为常用零件的工作条件和失效形式。 2.工艺性原则 工艺性能表示材料加工的难易程度，材料的工艺性能应满足 生产工艺的要求。加工工艺不仅影响零件的成形，还大大影 响其最终性能。