汽车应用材料第2版第一章概论新课件

汽汽车应用材料用材料 第一章第一章第一章第一章 汽车材料概论汽车材料概论.6/18/20241汽车应用材料第一章.8/10/20231本章导入本章导入 1.1.材料是人类生产和生活所必需的物质，人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类社会的发展伴随着各种材料的不断开发和利用。利用。材料科学简介材料科学简介2.2.材料、能源、信息被称为现代技术的三大材料、能源、信息被称为现代技术的三大支柱支柱 3.3.材料是汽车工业的基础。材料是汽车工业的基础。.6/18/20242本章导入 1.材料是人类生产和生活所必需的物质，人类社会的发汽汽车应用材料用材料 第一章第一章1.1.材料发展经历的几个时代材料发展经历的几个时代 石器石器 青铜器青铜器 铁器铁器 钢铁、钢铁、铝合铝合金金 复合材料、钛镁金属、纳复合材料、钛镁金属、纳米材料米材料新石器时代的石制农具新石器时代的石制农具司母戊鼎司母戊鼎通高133厘米,横长110厘米,宽78厘米,重875公斤.根据目前发掘的商代熔铜坩锅,一次约能熔铜12.7公斤.铸造司母戊这样的大鼎,就需要七十多个坩锅.如果一个坩锅配备三至四人,就需要二、三百人同时操作。云版又叫“点”，是军营中遇有急事敲打报警用的。此块云版用生铁铸成，上下两端勾卷如云，故名。材料科学简介材料科学简介.6/18/202431.材料发展经历的几个时代 石器 青铜器 铁器汽汽车应用材料用材料 第一章第一章2.2.材料在的现代科技中的地位材料在的现代科技中的地位 2121世纪三大科技世纪三大科技 信息技术信息技术 生物技术生物技术 纳米材料材料超微外观 大体结构纳米人工骨一张纳米光盘将可记录1000部电影 材料科学材料科学是其基础是其基础 能源技术能源技术.6/18/202442.材料在的现代科技中的地位 21世纪三大科技 信息3.3.材料是汽车工业的基础材料是汽车工业的基础 汽车应用材料包括了制造汽车各种零部件汽车应用材料包括了制造汽车各种零部件用的汽车工程材料，以及汽车在使用过程中使用的汽车工程材料，以及汽车在使用过程中使用的燃料和工作液等汽车运行材料。用的燃料和工作液等汽车运行材料。.6/18/202453.材料是汽车工业的基础 汽车应用材料包括了制造汽车各一、汽车的主要构成一、汽车的主要构成 二、汽车应用材料的组成二、汽车应用材料的组成三、汽车应用材料张望三、汽车应用材料张望四、该课程的性质、任务和学习方法四、该课程的性质、任务和学习方法第一节第一节 汽车应用材料概述汽车应用材料概述.6/18/20246一、汽车的主要构成 第一节 汽车应用材料概述.8/10/2典型轿车构造图典型轿车构造图.6/18/20247典型轿车构造图.8/10/20237一一.汽车的结构组成（三大部分）汽车的结构组成（三大部分）发动机：发动机：内燃机（动力、原动部分）内燃机（动力、原动部分）底盘底盘：传动系、转向系、制动系、传动系、转向系、制动系、行驶系（传动、控制部分）行驶系（传动、控制部分）车身车身:（工作部分）（工作部分）.6/18/20248一.汽车的结构组成（三大部分）发动机：内燃机（动力、原动部分发动机发动机底盘底盘车身车身汽车结构组成.6/18/20249发动机底盘车身汽车结构组成.8/10/20239 通常，一辆汽车由约通常，一辆汽车由约3 3万个零部件组装而成。万个零部件组装而成。汽车上每个汽车零件的生产制造都涉及到材料汽车上每个汽车零件的生产制造都涉及到材料问题。问题。据统计，汽车上的零部件采用了据统计，汽车上的零部件采用了4 4千余种千余种不不同的材料加工制造。从汽车的同的材料加工制造。从汽车的设计、选材、加设计、选材、加工制造工制造，到汽车的，到汽车的使用、维修和养护使用、维修和养护无一不涉无一不涉及到材料。及到材料。二二.汽车应用材料的组成汽车应用材料的组成现代汽车要满足现代汽车要满足:安全、舒适、自重轻、污染排放低、能耗小、价格安全、舒适、自重轻、污染排放低、能耗小、价格低等要求低等要求.材料是首要考虑方面。材料是首要考虑方面。.6/18/202410 通常，一辆汽车由约3万个零部件组装而成。汽车上每个汽车1.1.汽车工程材料汽车工程材料:(包括分类包括分类,性能性能,牌号牌号,热处理工艺及应用热处理工艺及应用)2.2.汽车运行材料汽车运行材料:二二.汽车应用材料的组成汽车应用材料的组成.6/18/2024111.汽车工程材料:二.汽车应用材料的组成.8/10/2023汽汽车应用材料用材料 第一章第一章 1.1.汽车工程材料的分类汽车工程材料的分类 金属材料金属材料（纯金属及合金）黑色金属（黑色金属（钢铁钢铁)有色金属有色金属(Cu(Cu、AlAl、TiTi、Mg)Mg)有机高分子材料（主要成分、）有机高分子材料（主要成分、）塑料、橡胶、塑料、橡胶、合成纤维等合成纤维等 无机材料无机材料 玻璃、水泥、陶瓷等玻璃、水泥、陶瓷等 非金属材料非金属材料 复合材料复合材料玻璃纤维增强塑料等.6/18/202412 1.汽车工程材料的分类 金属材料（纯金属及合 以现代轿车用材为例，按照重量来换算，以现代轿车用材为例，按照重量来换算，o钢材占汽车自重的钢材占汽车自重的55%-60%55%-60%，o铸铁占铸铁占12%-5%12%-5%，o有色金属占有色金属占6%10%6%10%，o塑料占塑料占8%12%8%12%，橡胶占，橡胶占4%4%，玻璃占，玻璃占3%3%，o其他材料（油漆、各种液体等）占其他材料（油漆、各种液体等）占12%6%12%6%。2.汽车材料的应用汽车材料的应用.6/18/202413 以现代轿车用材为例，按照重量来换算，2.汽车材料的应 车用汽油车用汽油 燃料燃料 轻柴油轻柴油 其它代用燃料其它代用燃料 发动机油发动机油 车辆齿轮油车辆齿轮油 润滑油润滑油 液力传动油液力传动油 液压油液压油 润滑脂润滑脂 制动液制动液 工作液工作液 减振器液减振器液 发动机冷却液发动机冷却液 制冷剂制冷剂 轮胎轮胎汽车运行材料汽车运行材料3.汽车运行材料汽车运行材料.6/18/202414 三三.汽车材料的展望汽车材料的展望o汽车工业发展的方向汽车工业发展的方向:汽车轻量化和减少污染汽车轻量化和减少污染o汽车材料总的发展趋势是：汽车材料总的发展趋势是：结构材料中钢铁材料所占比例将逐步下降，有色金属、陶瓷材料、复合材料、高分子材料等新型材料的用量有所上升。在性能可靠的条件下，将尽可能多地采用铝合金、复合材料等轻型、新型材料取代钢铁材料。.6/18/202415三.汽车材料的展望汽车工业发展的方向:汽车轻量化和减少污染.汽汽车应用材料用材料 第一章第一章 几种新兴材料简介几种新兴材料简介1.1.镁合金镁合金 magnesium magnesium 密度低、比强度和比刚度较高。密度低、比强度和比刚度较高。镁镁铝铝钛钛铁铁密度密度1.741.742.72.74.54.57.87.8 镁、铝合金和复合材料镁、铝合金和复合材料 汽车轻量化的材料汽车轻量化的材料 减少油耗减少油耗镁合金方向盘骨架镁合金汽车轮镁合金汽车轮毂毂镁合金汽缸盖镁合金汽缸盖.6/18/202416 几种新兴材料简介1.镁合金 magnesium 密度低、汽汽车应用材料用材料 第一章第一章2.2.形状记忆合金形状记忆合金应用应用:丰田汽车的散热器护拦活门丰田汽车的散热器护拦活门.日产汽车冷却风扇离合器日产汽车冷却风扇离合器.6/18/2024172.形状记忆合金应用:丰田汽车的散热器护拦活门.8/10/汽汽车应用材料用材料 第一章第一章3.3.复合材料复合材料 玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）比强度高、耐腐蚀比强度高、耐腐蚀.直升飞机的旋翼直升飞机的旋翼.6/18/2024183.复合材料 玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）比强度高、耐汽汽车应用材料用材料 第一章第一章4.4.纳米材料纳米材料 颗粒直径颗粒直径 0.l 0.l100 100 纳米（原子、分子尺度）纳米（原子、分子尺度）具有卓越的性能和特殊功能，如：具有卓越的性能和特殊功能，如：纳米级铜不导电；纳米级铜不导电；纳米冰柜可抑制细菌生长。纳米冰柜可抑制细菌生长。5.5.其它材料其它材料 超导材料 贮氢材料 分离膜材料.6/18/2024194.纳米材料 颗粒直径 0.l100 纳米（原子、分子尺u认识汽车工程材料性能特点及控制技术认识汽车工程材料性能特点及控制技术u掌握汽车工程材料的类型、性能特点、牌掌握汽车工程材料的类型、性能特点、牌号及应用。号及应用。u了解新型材料应用及发展趋势了解新型材料应用及发展趋势四四.本课程学习目的及要求本课程学习目的及要求.6/18/202420认识汽车工程材料性能特点及控制技术四.本课程学习目的及要求.抓好基本学习环节抓好基本学习环节注重理论知识的实际应用注重理论知识的实际应用总结归纳总结归纳本课程学习方法本课程学习方法.6/18/202421 本课程学习方法.8/10/202321第二节第二节 材料的性能材料的性能 一一.材料的力学性能材料的力学性能 二二.材料的物理性能材料的物理性能 三三.材料的化学性能材料的化学性能 四四.材料的工艺性能材料的工艺性能.6/18/202422第二节 材料的性能.8/10/202322一一.材料的力学性能材料的力学性能 u材料的力学性能：材料的力学性能：是指材料在是指材料在外加载荷外加载荷作用作用 下下所表现出来的性能。所表现出来的性能。包括包括强度强度、塑性塑性、硬度硬度、韧度韧度、疲劳强度疲劳强度及及断裂韧断裂韧度度等；等；u力学性能指标力学性能指标：用来表征材料力学性能的各种临用来表征材料力学性能的各种临界值或规定值界值或规定值.可通过可通过试验测定试验测定.6/18/202424一.材料的力学性能 材料的力学性能：是指材料在外加载荷作用根据根据外加载荷外加载荷的性质，载荷分为：的性质，载荷分为：1 1、静载荷、静载荷 2 2、冲击载荷、冲击载荷 3 3、交变载荷。、交变载荷。金属材料金属材料 （受载）（受载）-变形变形,分：分：弹性变形弹性变形：载荷卸除后恢复原状：载荷卸除后恢复原状 塑性变形塑性变形：载荷卸除后不能恢复：载荷卸除后不能恢复,也叫永也叫永久变形。久变形。(如图如图)一一.材料的力学性能材料的力学性能.6/18/202425根据外加载荷的性质，载荷分为：一.材料的力学性能.8/1拉压实验拉压实验拉压图拉压图应力应变图应力应变图力学性能（指力学性能（指标）标）1)1)弹性弹性：材料保持弹性变形的能力：材料保持弹性变形的能力.（弹性（弹性模量，弹性极限）模量，弹性极限）2)2)强度强度：指材料抵抗破坏（塑性变形或断裂）：指材料抵抗破坏（塑性变形或断裂）的能力。的能力。3)3)塑性塑性：指材料在断裂前产生永久变形而不：指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。被破坏的能力。(一一)材料的拉压试验材料的拉压试验.6/18/202426拉压实验拉压图应力应变图力学性能（指标）(一)材料的拉1 1拉伸试验拉伸试验 o根据国家标准金属材料拉伸试验（根据国家标准金属材料拉伸试验（GB228-GB228-20022002）规定，将材料制成标准拉伸试样，在试验）规定，将材料制成标准拉伸试样，在试验机上加载拉伸至断裂，得机上加载拉伸至断裂，得 拉伸图拉伸图：F-LF-L曲线；曲线；再作出再作出 应力应力-应变图应变图，图图1-71-7为低碳钢应力为低碳钢应力-应变曲线。应变曲线。(一一)材料的拉压试验材料的拉压试验.6/18/2024271拉伸试验 根据国家标准金属材料拉伸试验（GB228-图图1-71-7低碳钢的低碳钢的-曲线曲线 (一一)材料的拉材料的拉压试验.6/18/202429图1-7低碳钢的-曲线(一)材料的拉压试验.8/10/塑性材料塑性材料：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：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-曲线有很大差异。反映出其所具有不同的抗拉性能特点。(一一)材料的拉压试验材料的拉压试验.6/18/202430 塑性材料：断裂前有明显的塑性变形，称为塑性断裂,塑性 2.2.材料的材料的弹性弹性指标指标 （1 1）弹性模量弹性模量E E 表征了材料抵抗弹性变表征了材料抵抗弹性变形的能力，也称之为形的能力，也称之为刚度刚度E=/=tan E=/=tan （MPaMPa）式中，式中，为弹性变形阶段的应力，为弹性变形阶段的应力，为相为相应的应变，应的应变，tantan为拉伸曲线的斜率。为拉伸曲线的斜率。(一一)材料的拉压试验材料的拉压试验.6/18/202431 2.材料的弹性指标 （1）弹性模量E 表 (2)(2)弹性极限弹性极限e e ：指材料在弹性变形阶段所能承受的最大应力。指材料在弹性变形阶段所能承受的最大应力。e e=F=Fe e/A/A0 0 （MPaMPa）式中，式中，F Fe e是试样不产生塑性变形时的最大载荷（是试样不产生塑性变形时的最大载荷（N N）；）；A A0 0是试样的原始横截面积（是试样的原始横截面积（mmmm2 2）。）。e e表示材料保持表示材料保持弹性变形的最大应力。弹性变形的最大应力。2.2.材料的弹性指标材料的弹性指标(一一)材料的拉压试验材料的拉压试验.6/18/202432 (2)弹性极限e：指材料在弹性 3.3.材料的材料的强度强度指标指标 （1 1）屈服点屈服点ss ：表示材料产生屈服时对应的应力。：表示材料产生屈服时对应的应力。屈服点也称为屈服强度。屈服点也称为屈服强度。s=Fs/Ao s=Fs/Ao （MPaMPa）式中，式中，FsFs为试样发生屈服变形时的载荷（为试样发生屈服变形时的载荷（N N），），A A0 0为为试样原始横截面积（试样原始横截面积（mmmm2 2）。）。（2 2）抗拉强度抗拉强度b b 指试样在拉伸过程中所能承受的最大指试样在拉伸过程中所能承受的最大应力值。应力值。b b=F=Fb b/A/Ao o （MPaMPa）式中，式中，F Fb b是试样断裂前所承受的最大载荷是试样断裂前所承受的最大载荷(N),A(N),Ao o是是试样的原始横截面积试样的原始横截面积(2 2)。.6/18/202433 3.材料的强度指标 （1）屈服点s ：表示材料 抗拉强度抗拉强度：b b，它是设计和选材的主要依据之一，是它是设计和选材的主要依据之一，是工程技术上的主要强度指标。工程技术上的主要强度指标。屈强比：屈强比：s s/b b，是一个有意义的指标。其比值越大，是一个有意义的指标。其比值越大，越能发挥材料的潜力。但是为了使用安全，该比值亦不越能发挥材料的潜力。但是为了使用安全，该比值亦不宜过大，适当的比值一般在宜过大，适当的比值一般在0.650.650.750.75之间。之间。比强度：比强度：b b/，它表征了材料强度与密度之间的关，它表征了材料强度与密度之间的关系。在考虑汽车轻量化的问题时，常常用到这个指标。系。在考虑汽车轻量化的问题时，常常用到这个指标。3.3.材料的材料的强度强度指标指标 .6/18/202434 抗拉强度：b，它是设计和选材的主要依据之一，是工程技术4.4.材料的塑性指标材料的塑性指标（1）伸长率伸长率：是指试样拉断后，标距伸长量与是指试样拉断后，标距伸长量与原始标距的百分比。即原始标距的百分比。即式中，式中，l l1 1是试样断裂后的标距（），是试样断裂后的标距（），l l 0 0是试样是试样的原始标距（），同一材料的伸长率与试样的原始标距（），同一材料的伸长率与试样尺寸有关。尺寸有关。.6/18/2024354.材料的塑性指标（1）伸长率：是指试样拉断后，标距伸 （2 2）断面收缩率断面收缩率：是指试样拉断后横截是指试样拉断后横截面积的缩减量与原始横截面积之比。面积的缩减量与原始横截面积之比。即即=（A A0 0-A-A1 1）/A/A0 0 100%100%式中式中,A,A1 1是试样断裂处的最小横断面积是试样断裂处的最小横断面积（2 2），），A A0 0 是试样的原始横截面积是试样的原始横截面积(2 2)。4.4.材料的塑性指标材料的塑性指标.6/18/202436 （2）断面收缩率：是指试样拉断后横截面积的缩减量与(二二)硬度硬度 材料抵抗其他硬物压入其表面的能力。衡材料抵抗其他硬物压入其表面的能力。衡量材料软硬程度量材料软硬程度最常用的硬度试验为最常用的硬度试验为 布氏硬度（布氏硬度（HBHB）(如图）如图）洛氏硬度洛氏硬度(HR)(HR).此外，还有维氏硬度此外，还有维氏硬度(HV)(HV)、肖氏硬度（弹性回跳、肖氏硬度（弹性回跳法）、显微硬度和锤击式布氏硬度等。法）、显微硬度和锤击式布氏硬度等。.6/18/202437(二)硬度 材料抵抗其他硬物压入其表面的能1 1布氏硬度布氏硬度 测试原理：用一定大小的载荷测试原理：用一定大小的载荷F F，把直径为，把直径为D D的的硬质合金球硬质合金球压入被测试样表面，保持规定时压入被测试样表面，保持规定时间后卸除载荷，移去压头，用读数显微镜测出间后卸除载荷，移去压头，用读数显微镜测出压痕平均直径压痕平均直径d d。用载荷。用载荷F F除以压痕的表面积所除以压痕的表面积所得的商，即为被测材料的布氏硬度值。得的商，即为被测材料的布氏硬度值。.6/18/2024391布氏硬度 测试原理：用一定大小的载荷 用用硬质合金球硬质合金球作为压头所测得的布氏硬度用作为压头所测得的布氏硬度用符号符号HBWHBW表示，适用于测量表示，适用于测量硬度不超过硬度不超过650650的材料。的材料。1 1布氏硬度布氏硬度.6/18/202441 1布氏硬度.8/10/20 u 布氏硬度的布氏硬度的表示方法表示方法规定为：规定为：符号符号HBSHBS和和HBWHBW前面的数值为硬度值，符号后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（）面按以下顺序表示试验条件：压头球体直径（）、试验载荷（、试验载荷（KgfKgf）、试验载荷保持时间）、试验载荷保持时间（S S）（）（101015S15S不标注）。不标注）。例例120 HBW10/1000/30120 HBW10/1000/30 实验测量实验测量dd查表查表硬度硬度1 1布氏硬度布氏硬度.6/18/202442 布氏硬度的表示方法规定为：1布氏硬度2.2.洛氏硬度洛氏硬度 洛氏硬度采用直接测量压痕深度来确定度洛氏硬度采用直接测量压痕深度来确定度值的。值的。试验原理试验原理如图如图1 1-9-91 1-9-9所示。所示。我国常用的是我国常用的是HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC三种，试验三种，试验条件及应用范围见表条件及应用范围见表1-21-2。洛氏硬度值的表示方法洛氏硬度值的表示方法规定为：硬度符号规定为：硬度符号前面注明硬度值，例如前面注明硬度值，例如52HRC52HRC、70HRA70HRA。在硬度和强度之间，存在着一定的换算关在硬度和强度之间，存在着一定的换算关系，如表系，如表1-31-3所示。所示。.6/18/2024432.洛氏硬度 洛氏硬度(三三)冲击韧度冲击韧度 材料抵抗冲击载荷的能力，是指材料在受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到冲击载荷而断裂之前吸收能量并进行塑性变形的能力。形的能力。对于两种不同的冲击载荷，分别采用了对于两种不同的冲击载荷，分别采用了冲击韧度冲击韧度和和多冲抗力多冲抗力两个指标来衡量材料的冲击两个指标来衡量材料的冲击性能。性能。.6/18/202446(三)冲击韧度 材料抵抗冲击载荷的能力，是指1.1.冲击韧度冲击韧度 冲击韧度通常是采用一次摆锤冲击试验来冲击韧度通常是采用一次摆锤冲击试验来测定的。测定的。冲击试验冲击试验的原理如图的原理如图1-101-10所示。所示。在忽略机械摩擦和空气阻力等条件下，摆在忽略机械摩擦和空气阻力等条件下，摆锤冲断试样所消耗的冲击功锤冲断试样所消耗的冲击功A Ak k可以从试验机刻可以从试验机刻度盘上直接读出。且度盘上直接读出。且 A Ak k=G(H-h)=G(H-h)（J J）式中，式中，G G为摆锤产生的重力（为摆锤产生的重力（N N）。）。.6/18/2024471.冲击韧度 冲击韧度通常是采用一次摆锤冲 将冲将冲击功功Ak除以缺口除以缺口处的截面的截面积，即，即为材材料的冲料的冲击韧度度ak,则ak=（Jcm2）根据根据试样缺口形式的不同，缺口形式的不同，U型缺口型缺口试样测得的冲得的冲击韧度用度用aku表示，表示，V型缺口型缺口测得的冲得的冲击韧度用度用akv 表示。表示。1.1.冲击韧度冲击韧度.6/18/202449 将冲击功Ak除以缺口处的截面积，即为材料2.2.多冲抗力多冲抗力 多冲抗力一般采用小能量多冲试验进多冲抗力一般采用小能量多冲试验进行测定。图行测定。图1-91-9所示为落锤式多次冲击弯所示为落锤式多次冲击弯曲试验示意图，将材料制成标准试样放在曲试验示意图，将材料制成标准试样放在试验机上，使之受到锤头的小能量（试验机上，使之受到锤头的小能量（1500J)1500J)多次冲击。多次冲击。(三三)冲击韧度冲击韧度.6/18/2024502.多冲抗力 多冲抗力一般采用小能量多冲试验3.3.材料的低温冲击性能材料的低温冲击性能 材料材料韧性韧性状态变为状态变为脆性脆性状态的温度状态的温度TKTK称称为该材料的脆性转变温度。为该材料的脆性转变温度。材料冲击韧性与温度有关材料冲击韧性与温度有关。(三三)冲击韧度冲击韧度.6/18/2024513.材料的低温冲击性能 材料韧性状态变为(四四)疲劳强度疲劳强度 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，强度的情况下较长时间工作时，会产生裂纹或突然断裂，这种现象称为这种现象称为疲劳失效或疲劳破坏疲劳失效或疲劳破坏。疲劳失效疲劳失效原因分析原因分析:由于材料表面或内部存在有划由于材料表面或内部存在有划痕、尖角、夹杂等痕、尖角、夹杂等缺陷缺陷，这些有缺陷部位的局部应力大，这些有缺陷部位的局部应力大于屈服点，会产生局部变形于屈服点，会产生局部变形引起微裂纹引起微裂纹，成为疲劳源，成为疲劳源，随着应力循环次数的增加，微裂纹逐渐随着应力循环次数的增加，微裂纹逐渐扩展扩展，使零件承，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载的横截面大大减少，以至于不能承受载荷而突然断裂断裂。可以通过疲劳试验，绘制疲劳曲线进行测定。可以通过疲劳试验，绘制疲劳曲线进行测定。.6/18/202453(四)疲劳强度 承受交变应力的零件，在工1.1.疲劳曲线疲劳曲线 测定材料的疲劳强度。测定材料的疲劳强度。2.疲劳极限疲劳极限:使试样不发生疲劳断裂的最大循环应力。使试样不发生疲劳断裂的最大循环应力。(四四)疲劳强度疲劳强度.6/18/2024541.疲劳曲线 测定材料的疲劳强度。2.疲劳极限:(四)疲劳.6/18/202455.8/10/2023553.3.断裂韧度断裂韧度:材料抵抗裂纹扩展断裂的能力材料抵抗裂纹扩展断裂的能力。实际上零件内往往存在着实际上零件内往往存在着微裂纹、以及夹微裂纹、以及夹杂、气孔杂、气孔等类裂纹的缺陷。当材料受外力作用等类裂纹的缺陷。当材料受外力作用时，这些裂纹的尖端附近便出现应力集中，形时，这些裂纹的尖端附近便出现应力集中，形成一个裂纹尖端应力场，可能产生失稳而扩展，成一个裂纹尖端应力场，可能产生失稳而扩展，导致机件断裂。导致机件断裂。(四四)疲劳强度疲劳强度.6/18/2024563.断裂韧度:材料抵抗裂纹扩展断裂的能力。二二.材料的理化性能材料的理化性能 指材料的固有属性，指材料的固有属性，如如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性和色泽磁性和色泽等。等。1 1材料的物理性能材料的物理性能.6/18/202457二.材料的理化性能 指材料的固有属性，1材料的物理性能2.2.材料的化学性能材料的化学性能 化学性能化学性能:是指材料抵抗周围介质侵蚀的是指材料抵抗周围介质侵蚀的能力。能力。对于金属材料来说，指对于金属材料来说，指耐蚀性耐蚀性和和抗氧化性抗氧化性。对于非金属材料，还存在着对于非金属材料，还存在着化学稳定性、化学稳定性、抗老化能力和耐热性抗老化能力和耐热性等问题。等问题。二二.材料的理化性能材料的理化性能.6/18/2024602.材料的化学性能 化学性能:是指材料抵抗铸造性能：铸造性能：流动性、收缩性、偏析流动性、收缩性、偏析热处理性能：热处理性能：淬透性淬透性锻造性能：锻造性能：塑性、变形抗力塑性、变形抗力焊接性能：焊接性能：焊接性、碳当量焊接性、碳当量切削性能：切削性能：表面粗糙度、刀具寿命表面粗糙度、刀具寿命三三.材料的工艺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是指材料在被制成各种零部件的过程中适应加工的性能。包括的性能。包括:.6/18/202463铸造性能：流动性、收缩性、偏析热处理性能：淬透性锻造性能：塑1.1.零件的失效形式零件的失效形式2.2.零件零件的的选材原则选材原则第三节第三节 零件材料的选用零件材料的选用学习目标学习目标:认识零件失效形式，掌握选材的一般认识零件失效形式，掌握选材的一般原则和方法，典型零件的选材分析原则和方法，典型零件的选材分析 学习内容学习内容:.6/18/2024641.零件的失效形式第三节 零件材料的选用学习目标:认识零一一.零件的失效形式零件的失效形式 o失效的概念失效的概念:零件由于某种原因而丧失原设计所规定的功能。零件由于某种原因而丧失原设计所规定的功能。完全破坏完全破坏 包括包括 严重损坏严重损坏 未达功能要求（安全工作）未达功能要求（安全工作）.6/18/202465一.零件的失效形式 失效的概念:零件由于某种原因而丧失原设(一一)零件常见的失效形式零件常见的失效形式u过量变形失效过量变形失效弹变、塑变、蠕变弹变、塑变、蠕变u断裂失效断裂失效过载断裂，疲劳断裂过载断裂，疲劳断裂u表面损伤失效表面损伤失效磨损，点蚀、胶合磨损，点蚀、胶合一一.零件的失效形式零件的失效形式.6/18/202466(一)零件常见的失效形式过量变形失效弹变、塑变、蠕变一.1.1.轮齿折断轮齿折断 ：轮齿象一个悬臂梁，受载后齿根部轮齿象一个悬臂梁，受载后齿根部 产生的弯产生的弯曲应力最大。当该应力值超过材料的弯曲疲劳极限时，齿根曲应力最大。当该应力值超过材料的弯曲疲劳极限时，齿根处产生疲劳裂纹，并不断扩展使轮齿断裂。此外，突然过载、处产生疲劳裂纹，并不断扩展使轮齿断裂。此外，突然过载、严重磨损及安装制造误差等也会造成轮齿折断。严重磨损及安装制造误差等也会造成轮齿折断。提高轮齿抗折断能力的措施之一：提高轮齿抗折断能力的措施之一：对轮齿进行表面处理以提高齿面硬对轮齿进行表面处理以提高齿面硬度度。齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式:.6/18/2024671.轮齿折断：轮齿象一个悬臂梁，受载后齿根部 产生的弯曲应2.2.齿面磨损：齿面磨损：灰尘、砂粒、金属微粒等落入轮齿间，会使齿灰尘、砂粒、金属微粒等落入轮齿间，会使齿面间产生摩擦磨损。严重时会因齿面减薄过多而折断。磨损面间产生摩擦磨损。严重时会因齿面减薄过多而折断。磨损是开式传动的主要失效形式。是开式传动的主要失效形式。主要措施：主要措施：采用闭式传动；提高齿面硬度；降低齿面粗糙采用闭式传动；提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；采用清洁的润滑油。度；采用清洁的润滑油。齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式:.6/18/2024682.齿面磨损：灰尘、砂粒、金属微粒等落入轮齿间，会使齿面间产3.3.齿面点蚀：齿面点蚀：轮齿工作面某一固定点受到近似脉动的变应力作用，由于疲劳而产生的麻点状剥蚀损伤的现象。点蚀是闭式传动常见的失效形式。开始齿轮由于磨损很少出现点蚀。点蚀首先出现在节线附近。主要措施：主要措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑油粘度；采用合理变位。油粘度；采用合理变位。.6/18/2024693.齿面点蚀：轮齿工作面某一固定点受到近似脉动的变应力作用，4.4.齿面胶合：齿面胶合：高速重载传动中，齿面间压力大，瞬时温度高，高速重载传动中，齿面间压力大，瞬时温度高，润滑油模被破坏，齿面间会发生粘接在一起的现象，在轮齿润滑油模被破坏，齿面间会发生粘接在一起的现象，在轮齿表面沿滑动方向出现条状伤痕，称为胶合。表面沿滑动方向出现条状伤痕，称为胶合。防止胶合的措施：防止胶合的措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑油粘度；限制油温。滑油粘度；限制油温。齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式:.6/18/2024704.齿面胶合：高速重载传动中，齿面间压力大，瞬时温度高，润滑5.5.塑性变形：塑性变形：重载且摩擦力很大时，齿面较软的轮齿表面就会沿摩擦力方向产生塑性变形。措施：措施：提高齿面硬度；增大润滑油粘度。提高齿面硬度；增大润滑油粘度。主动齿轮齿面所受摩擦力背离节线，齿面在节线附近下凹；从动齿轮齿面所受摩擦力指向节线，齿面在节线附近上凸。齿轮常见的失效形式齿轮常见的失效形式.6/18/2024715.塑性变形：重载且摩擦力很大时，齿面较软的轮齿表面就会沿摩(二二)失效原因失效原因 u1.1.设计不合理设计不合理u2.2.选材不合理选材不合理u3.3.加工工艺不当加工工艺不当u4.4.安装使用不正确安装使用不正确一一.零件的失效形式零件的失效形式.6/18/202472(二)失效原因 1.设计不合理一.零件的失效形式.8/10二二.选材原则选材原则 选材的动机选材的动机 开发新产品、产品的改进和开发新产品、产品的改进和 更新换代。更新换代。选材原则选材原则使用性能使用性能 工艺性能工艺性能 经济性经济性 环境与资源原则环境与资源原则.6/18/202473二.选材原则 选材的动机 开发新产品、产品的改进1.1.材料的使用性能材料的使用性能 首要原则首要原则)零件的工作条件和失效形式零件的工作条件和失效形式 零件零件工作条件工作条件常见失效形式常见失效形式性能要求性能要求应力应力种类种类载荷载荷性质性质受载受载状态状态螺栓螺栓拉、剪拉、剪静载静载-过量变形，断裂过量变形，断裂强度，塑性强度，塑性传动轴传动轴弯、扭弯、扭循环循环冲击冲击轴颈轴颈摩擦摩擦疲劳断裂，过量变疲劳断裂，过量变形，轴颈磨损形，轴颈磨损综合力学性能综合力学性能传动齿轮传动齿轮压、弯压、弯循环循环冲击冲击摩擦摩擦振动振动断齿，磨损，断齿，磨损，疲劳断裂，接触疲疲劳断裂，接触疲劳劳表面高硬度及疲劳极表面高硬度及疲劳极限，心部强度及韧性限，心部强度及韧性弹簧弹簧扭、弯扭、弯交变交变冲击冲击振动振动弹性失稳，弹性失稳，疲劳破坏疲劳破坏弹性极限，屈强比弹性极限，屈强比，疲劳极限，疲劳极限零件失效的原因零件失效的原因 设计、材料、加工、安装和使用设计、材料、加工、安装和使用。.6/18/2024741.材料的使用性能 首要原则)零件的工作条件和失效)工作环境工作环境 温度，介质（如腐蚀，摩擦）。温度，介质（如腐蚀，摩擦）。)特殊功能要求特殊功能要求 导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。)性能要求的指标化性能要求的指标化 如强硬度、塑韧性等的具体数值。如强硬度、塑韧性等的具体数值。手册数据、经验公式的局限性手册数据、经验公式的局限性 力学性能与零件尺寸有力学性能与零件尺寸有关关4040钢不同尺寸毛坯的力学性能钢不同尺寸毛坯的力学性能 热处理条件热处理条件毛坯尺寸毛坯尺寸/mm/mmb/MPa/%AKU/J850淬火淬火580016120307501580500回火回火5070015561006001340.6/18/202475)工作环境 温度，介质（如腐蚀，摩擦）。)特殊功能2 2、工艺性能、工艺性能 铸、锻、焊、机加工、热处理铸、锻、焊、机加工、热处理零件的加工工艺路线零件的加工工艺路线一般零件一般零件 毛坯毛坯 正火或退火正火或退火 切削加工切削加工轴、齿轮等轴、齿轮等毛坯毛坯 预先热处理（正火、退火）预先热处理（正火、退火）粗粗加工加工 最终热处理（淬火回火，时效，渗最终热处理（淬火回火，时效，渗C C等）等）精精加工加工.6/18/2024762、工艺性能 铸、锻、焊、机加工、热处理零件的加工工艺3 3、经济性、经济性 根本原则根本原则)产品成本分析产品成本分析基本材料的成本（价格、利用率）基本材料的成本（价格、利用率）占总成本的占总成本的3070%3070%制造（加工）成本制造（加工）成本 约占零件成本的约占零件成本的30%30%加工成本加工成本=工具与设备费用工具与设备费用+每件产品成本每件产品成本 生产批量生产批量材材 料料美元美元 /t材材 料料美元美元 /t铂铂26,000,000工业金刚石工业金刚石900,000,000金金19,100,000硼硼环氧树脂复合材料环氧树脂复合材料330,000钨钨26,000碳纤维复材料碳纤维复材料200,000钛合金钛合金10,19012,720 玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料24003300 黄铜（型材）黄铜（型材）16502336 尼龙尼龙663289铝合金（型材）铝合金（型材）20002440 环氧树脂环氧树脂1650低碳钢（型材）低碳钢（型材）440480 天然橡胶天然橡胶1430铸铁铸铁260氧化铝氧化铝1100-1760硬质合金硬质合金66,000玻璃玻璃1500.6/18/2024773、经济性 根本原则)产品成本分析基本材料的成本（4 4、环境与资源原则、环境与资源原则)减少材料使减少材料使用量、延长零用量、延长零件寿命、材料件寿命、材料再利用。再利用。)环境污染小环境污染小废气排放少废气排放少材料回收及降解材料回收及降解储量（储量（10106t）可用年数可用年数再生率再生率(%)(%)Fe110610931.7Al11703516.9Cu3082440.9Zn1231821.2Mo5.436Ag0.21441.0Cr775112Ti14751 贯穿材料生产、使用、废弃的全过程贯穿材料生产、使用、废弃的全过程重要金属的世界储量.6/18/2024784、环境与资源原则)减少材料使用量、延长零件寿命、材料选材方法与步骤选材方法与步骤三、汽车零件的选材三、汽车零件的选材 1）周密分析零件的工作特性和使用条件。找出主要损坏周密分析零件的工作特性和使用条件。找出主要损坏形式，提出主要抗力指标，如表形式，提出主要抗力指标，如表1-61-6所示。所示。2)2)根据零件的工作条件，提出必要的设计制造技术条件。根据零件的工作条件，提出必要的设计制造技术条件。3 3）根据所提出的技术条件、要求，结合考虑工艺性、经）根据所提出的技术条件、要求，结合考虑工艺性、经济性，对材料进行预选择济性，对材料进行预选择.(.(可以通过与相类似机器零可以通过与相类似机器零件的比较和已有的实践经验的判断，或者通过各种材件的比较和已有的实践经验的判断，或者通过各种材料选用手册来进行选择料选用手册来进行选择).).6/18/202479选材方法与步骤三、汽车零件的选材 1）周密分析零件的工作特性4)4)预选方案材料进行计算，以确定是否能满足上述工预选方案材料进行计算，以确定是否能满足上述工作条件要求。作条件要求。5)5)二次（或最终）选择。选择方案可以是若干种方案。二次（或最终）选择。选择方案可以是若干种方案。6)6)通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验，最终通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验，最终确定合理选材方案。确定合理选材方案。7)7)最后，在中试生产的基础上，接受生产考验，以检最后，在中试生产的基础上，接受生产考验，以检验选材的合理与否。验选材的合理与否。选材方法与步骤选材方法与步骤:三、汽车零件的选材三、汽车零件的选材.6/18/2024804)预选方案材料进行计算，以确定是否能满足上述工作条件要求。图图1-12 1-12 零件的一般选材步骤零件的一般选材步骤 .6/18/202481图1-12 零件的一般选材步骤.8/10/202381小小 结结:u本章重点本章重点:1.1.本课程的学习内容本课程的学习内容.汽车材料的组成汽车材料的组成.2.2.材料的性能及性能指标材料的性能及性能指标.3.3.汽车零件失效形式及选材原则汽车零件失效形式及选材原则.u基本概念基本概念:材料性能材料性能,强度强度,塑性塑性,弹性弹性,硬度硬度,韧性韧性,工艺性能工艺性能,失效失效.6/18/202482小 结:本章重点:1.本课程的学习内容.汽车材料的组成.2.6/18/202483谢谢大家！.8/10/202383在线教务辅导网：在线教务辅导网：http:/更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网.6/18/202484在线教务辅导网：http:/www.shangfuwang.6/18/202485汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202385汽车应用材料 第一章.6/18/202486汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202386汽车应用材料 第一章.6/18/202487汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202387汽车应用材料 第一章.6/18/202488汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202388汽车应用材料 第一章.6/18/202489汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202389汽车应用材料 第一章馋死.6/18/202490汽汽车应用材料用材料 第一章第一章馋死.8/10/202390汽车应用材料 第一章.6/18/202491汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202391汽车应用材料 第一章.6/18/202492汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202392汽车应用材料 第一章.6/18/202493汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202393汽车应用材料 第一章.6/18/202494汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202394汽车应用材料 第一章.6/18/202495汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202395汽车应用材料 第一章.6/18/202496汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202396汽车应用材料 第一章.6/18/202497汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202397汽车应用材料 第一章.6/18/202498汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202398汽车应用材料 第一章.6/18/202499汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/202399汽车应用材料 第一章.6/18/2024100汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/2023100汽车应用材料 第一章.6/18/2024101汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/2023101汽车应用材料 第一章.6/18/2024102汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/2023102汽车应用材料 第一章P P T研 究 院P O W E R P O I N T A C A D E M Y.6/18/2024103汽汽车应用材料用材料 第一章第一章PPT研究院POWERPOINT ACADEMY.8/10/.6/18/2024104汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/2023104汽车应用材料 第一章.6/18/2024105汽汽车应用材料用材料 第一章第一章.8/10/2023105汽车应用材料 第一章