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模块五汽车金属材料
本章概述:
工业上把金属及其合金分为黑色金属和有色金属两大部分。黑色金属通常指铁和以铁为基的合金(包括钢、铸铁及其合金等),有色金属则是黑色金属以外的所有金属及其合金。在汽车零件所使用的金属材料中,黑色金属材料占了80%,是现代汽车工业中使用最广泛的汽车工程材料。有色金属相对于黑色金属有许多优良的特性,在工业领域尤其是高科技领域具有极为重要的地位。例如铝、钛、镁等轻金属具有相对密度小、比强度高等特点,广泛用于航空航天、汽车、船舶和军事领域;铜、银、金等贵重金属具有优良导电导热和耐蚀性,是电器仪表和通讯领域不可缺少的材料。
课题一金属材料的性能
材料的性能包括使用性能和工艺性能。
材料的使用性能:是指零部件在正常使用条件下材料所表现出来的性能。主要包括力学性能、物理性能和化学性能。
材料的工艺性能:是指材料在被制成各种零部件的过程中适应加工的性能。对于金属材料来讲,工艺性能主要包括了铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能。
一、金属材料的力学性能
金属材料的力学性能:是指材料在外加载荷作用下所表现出来的性能,包括强度、塑性、硬度、韧度、疲劳强度及断裂韧度等;
根据外加载荷的性质,载荷分为:静载荷、冲击载荷、交变载荷。静载荷指的是载荷的大小和方向不变或变动极缓慢的载荷。汽车在静止状态下,车身自重对车架的压力属于静载荷;冲击载荷是指以较高速度作用于零部件的载荷。当汽车在不平的道路上行驶时,车身对悬架的冲击即为冲击载荷;交变载荷指大小与方向随时间发生周期性变化的载荷。运转中的发动机曲轴、齿轮等零部件所承受的载荷均为交变载荷。根据加载形式的不同,外加载荷可以分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷。
金属材料受载变形可以分为:弹性变形和塑性变形,弹性变形指的是载荷卸除后能恢复原状,而塑性变形指的是载荷卸除后不能恢复,也叫永久变形。
课题一金属材料的性能

材料的强度和塑性是金属材料最重要的力学性能指标。
强度是指材料抵抗塑性变形或断裂的能力。塑性是指材料在断裂前产生永久变形的能力。通常采用拉伸实验来测定材料的强度与塑性的各种力学性能指标。
(1)拉伸试验指的是将标准拉伸式样材料装在材料拉伸试验机上,缓慢的加载进行拉伸,试样逐渐伸长,直至断裂。在拉伸实验过程中,自动记录装置可给出反映静拉伸载荷F与试样伸长量Δl对应关系的拉伸曲线,即F-Δl曲线,低碳钢的F-Δl曲线,如图1-5所示。
课题一金属材料的性能
图5-1低碳钢的F-Δl曲线
课题一金属材料的性能

材料抵抗其他硬物压入其表面的能力称为硬度。硬度是衡量材料软硬程度的力学性能指标。
最常用的硬度有布氏硬度和洛氏硬度。此外,还有维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和锤击式布氏硬度等。

材料抵抗冲击载荷的能力,是指材料在受到冲击载荷而断裂之前吸收能量并进行塑性变形的能力。
根据不同的冲击载荷,分别采用了冲击韧度和多冲抗力两个指标来衡量材料的冲击性能。

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。
课题一金属材料的性能
二、金属材料的理化性能

金属材料的物理性能指材料的固有属性,如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性和色泽等。如图5-1所示
图5-1金属材料的物理性能
课题一金属材料的性能

化学性能:是指材料抵抗周围介质侵蚀的能力。
对于金属材料来说,指耐蚀性和抗氧化性;非金属材料,还存在着化学稳定性、抗老化能力和耐热性等问题。
1)耐蚀性
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。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。
课题一金属材料的性能
三、金属材料的工艺性能
工艺性能是指金属材料对不同加工方法的适应能力。它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。
在铸造、锻压、焊接、热加工等加工前后过程中,一般还要进行不同类型的热处理,因此一个由金属材料制得的零件其加工过程十分复杂。工艺性能直接影响零件加工后的质量,是选材和制定零件加工工艺路线时应当考虑的因素之一。
1. 铸造性能
2. 锻造性能
3. 焊接性能
4. 切削加工性能
5. 热处理工艺性能
课题二金属材料的组织结构与结晶
金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间