金属材料在汽车上的应用课件

一、典型汽车零件的选材一、典型汽车零件的选材二、金属材料在汽车上的应用二、金属材料在汽车上的应用金属材料在汽车上的应用金属材料在汽车上的应用一、典型汽车零件的选材二、金属材料在汽车上的应用11 1汽车齿轮的选材汽车齿轮的选材1）齿轮的作用）齿轮的作用传递扭矩、调节速度、改变运动方向。传递扭矩、调节速度、改变运动方向。2）工作条件）工作条件（1）齿根受很大交变弯曲应力作用、齿面）齿根受很大交变弯曲应力作用、齿面受较大接触应力并有强烈的摩擦和磨损。受较大接触应力并有强烈的摩擦和磨损。（2）承受一定的冲击载荷。）承受一定的冲击载荷。汽车齿轮的工作条件远比机床齿轮恶劣，汽车齿轮的工作条件远比机床齿轮恶劣，特别是主传动系统中的齿轮，它们受力较大，特别是主传动系统中的齿轮，它们受力较大，超载与受冲击频繁，因此对材料的要求更高。超载与受冲击频繁，因此对材料的要求更高。一、典型汽车零件的选材一、典型汽车零件的选材1汽车齿轮的选材1）齿轮的作用一、典型汽车零件的选材2（3）失效形式）失效形式轮齿折断、齿面磨损、齿面剥落、齿面点蚀、轮齿折断、齿面磨损、齿面剥落、齿面点蚀、过载断裂。过载断裂。（4）对汽车齿轮的性能要求）对汽车齿轮的性能要求1 1）高的弯曲疲劳强度；）高的弯曲疲劳强度；2 2）高的接触疲劳强度耐磨性；）高的接触疲劳强度耐磨性；3)3)较高的强度和冲击韧性；较高的强度和冲击韧性；4)4)较好的热处理性能，热处理变形小。较好的热处理性能，热处理变形小。（3）失效形式轮齿折断、齿面磨损、齿面剥落、齿面点蚀、过载3 汽车齿轮用材是合金渗碳钢汽车齿轮用材是合金渗碳钢20Cr20Cr或或20CrMnTi20CrMnTi，并经渗碳、淬火和低温回火。渗碳、淬火、回火并经渗碳、淬火和低温回火。渗碳、淬火、回火后，还可采用喷丸处理，增大表面应压力，有利后，还可采用喷丸处理，增大表面应压力，有利于提高疲劳强度，并清除氧化皮。于提高疲劳强度，并清除氧化皮。例：北京牌吉普车后桥圆锥主动齿轮。例：北京牌吉普车后桥圆锥主动齿轮。性能要求：性能要求：齿面硬度齿面硬度HRC58HRC58HRC62HRC62，心部硬度，心部硬度HRC33HRC33HRC48HRC48。（5）典型汽车齿轮选材）典型汽车齿轮选材汽车齿轮用材是合金渗碳钢20Cr或20CrMn4n材料：材料：20CrMnTi钢。钢。热处理：渗碳、淬火、低温回火，渗碳层深热处理：渗碳、淬火、低温回火，渗碳层深1.2mm1.6mm。工艺路线：工艺路线：下料下料锻造锻造正火正火切削加工切削加工渗碳、淬火、低渗碳、淬火、低温回火温回火喷丸喷丸磨削。磨削。金属材料在汽车上的应用课件5图图 汽车变速齿轮汽车变速齿轮 图汽车变速齿轮62 2汽车发动机曲轴汽车发动机曲轴（1 1）汽车发动机曲轴的工作条件）汽车发动机曲轴的工作条件 曲轴在曲轴在工作中受到弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击工作中受到弯曲、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。轴颈与轴承还发生滑动摩擦。（2 2）曲轴的主要失效形式）曲轴的主要失效形式 疲劳断裂和轴疲劳断裂和轴颈严重磨损两种。颈严重磨损两种。2汽车发动机曲轴（1）汽车发动机曲轴的工作条件7（3 3）对曲轴的性能要求：）对曲轴的性能要求：1 1）高的强度；）高的强度；2 2）一定的冲击韧性；）一定的冲击韧性；3 3）足够的弯曲、扭转疲劳强度；）足够的弯曲、扭转疲劳强度；4 4）足够的刚度；轴径表面有高的硬度和耐）足够的刚度；轴径表面有高的硬度和耐磨性。磨性。（3）对曲轴的性能要求：1）高的强度；2）一定的冲击韧性8（4 4）典型曲轴的选材）典型曲轴的选材 锻钢曲轴一般采用优质中碳钢和中碳合锻钢曲轴一般采用优质中碳钢和中碳合金钢制造，如金钢制造，如3030、4545、35Mn235Mn2、40Cr40Cr、35CrMo35CrMo等。等。铸铁曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光铸铁曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等制造，如体可锻铸铁及合金铸铁等制造，如ZG230-450ZG230-450、QT600-3QT600-3、QT700-2QT700-2、KTZ450-5KTZ450-5、KTZ500-4KTZ500-4等。等。（4）典型曲轴的选材锻钢曲轴一般采用优质中碳钢和中9（5 5）曲轴典型的工艺路线）曲轴典型的工艺路线可根据材质不同分为两类：可根据材质不同分为两类：1 1）铸铁曲轴的典型工艺路线）铸铁曲轴的典型工艺路线：铸造铸造正火正火调质调质切削加工切削加工轴颈气体轴颈气体渗渗碳碳2 2）锻钢曲轴的典型工艺路线）锻钢曲轴的典型工艺路线：下料下料模锻模锻调质调质切削加工切削加工轴颈表面轴颈表面淬火淬火（5）曲轴典型的工艺路线可根据材质不同分为两类：1）铸铁103 3汽车半轴汽车半轴n汽车半轴是典型的受扭转的轴件，但工作应力较汽车半轴是典型的受扭转的轴件，但工作应力较大，且受相当大的冲击载荷，其结构如图所示。大，且受相当大的冲击载荷，其结构如图所示。n3汽车半轴11n为了提高淬透性，并在油中淬火防止变形和开裂，为了提高淬透性，并在油中淬火防止变形和开裂，中、小型汽车的半轴一般用中、小型汽车的半轴一般用40Cr制造，重型车用制造，重型车用40CrMnMo等淬透性很高的钢制造。等淬透性很高的钢制造。n例：例：130载重车半轴载重车半轴材料：材料：40Cr。热处理：整体调质。热处理：整体调质。性能要求：杆部性能要求：杆部HRC37HRC44；盘部外圆；盘部外圆HRC24HRC34。工艺路线：工艺路线：下料下料锻造锻造正火正火机械加工机械加工调质调质盘部钻孔盘部钻孔磨花键。磨花键。为了提高淬透性，并在油中淬火防止变形和开裂，中、小型汽车的半124 4汽车板簧汽车板簧（1 1）汽车板簧失效形式及性能要求）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。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因此，对汽车板簧的性能要求是材料要有较高的弹性极限、屈服强度和疲劳强度。高的弹性极限、屈服强度和疲劳强度。4汽车板簧（1）汽车板簧失效形式及性能要求汽车13（2 2）典型板簧选材）典型板簧选材 汽车板簧一般选用弹性高的合金弹簧钢汽车板簧一般选用弹性高的合金弹簧钢来制造，如来制造，如65Mn65Mn、65Si2Mn65Si2Mn钢等。对于中型或钢等。对于中型或重型汽车，板簧还采用重型汽车，板簧还采用50CrMn50CrMn、55SiMnVB55SiMnVB钢；钢；对于中型载货汽车用的大截面板簧，则采用对于中型载货汽车用的大截面板簧，则采用55SiMnMoV55SiMnMoV、55SiMnMoVNb55SiMnMoVNb钢制造。钢制造。（2）典型板簧选材汽车板簧一般选用弹性高的合金弹簧14（3 3）工艺路线）工艺路线 热轧钢板冲裁下料热轧钢板冲裁下料压力成型压力成型淬火淬火中温中温回火回火喷丸强化喷丸强化喷丸强化也是表面强化的手段，目的是提高喷丸强化也是表面强化的手段，目的是提高零件的疲劳强度。零件的疲劳强度。（3）工艺路线热轧钢板冲裁下料压力成型淬火中温回15二、金属材料在汽车上的应用二、金属材料在汽车上的应用二、金属材料在汽车上的应用16（一）汽车结构零件用材（一）汽车结构零件用材1.1.发动机缸体和缸套材料发动机缸体和缸套材料 发动机缸体：发动机缸体：缸体常用的材料有灰铸铁缸体常用的材料有灰铸铁和铝合金两种。铝合金的密度小，但刚度差、和铝合金两种。铝合金的密度小，但刚度差、强度低、价格贵。所以，除了某些发动机为强度低、价格贵。所以，除了某些发动机为减轻重量而采用铝合金外，一般缸体材料均减轻重量而采用铝合金外，一般缸体材料均采用灰铸铁。采用灰铸铁。二、金属材料在汽车上的应用二、金属材料在汽车上的应用（一）汽车结构零件用材1.发动机缸体和缸套材料17 缸套材料：缸套材料：气缸的缸体一般采用普通气缸的缸体一般采用普通铸铁或铝合金，而气缸工作面则用耐磨材料，铸铁或铝合金，而气缸工作面则用耐磨材料，制成缸套镶入气缸。制成缸套镶入气缸。常用缸套材料为耐磨合金铸铁，主要有常用缸套材料为耐磨合金铸铁，主要有高磷铸铁、硼铸铁、合金铸铁等。高磷铸铁、硼铸铁、合金铸铁等。为了提高为了提高缸套的耐磨性，可以用镀铬、表面淬火、喷缸套的耐磨性，可以用镀铬、表面淬火、喷镀金属钼或其他耐磨合金等办法对缸套进行镀金属钼或其他耐磨合金等办法对缸套进行表面处理。表面处理。缸套材料：气缸的缸体一般采用普通铸铁或铝合金，而气182 2发动机缸盖发动机缸盖 缸盖主要用来封闭气缸构成燃烧室。目缸盖主要用来封闭气缸构成燃烧室。目前使用的缸盖材料有两种：一种是灰铸铁或前使用的缸盖材料有两种：一种是灰铸铁或合金铸铁；另一种是铝合金。铸铁发动机缸合金铸铁；另一种是铝合金。铸铁发动机缸盖具有高温强度、铸造性能好、价格低等优盖具有高温强度、铸造性能好、价格低等优点，但其导热性差。铝合金重量轻，但其高点，但其导热性差。铝合金重量轻，但其高温强度低，使用中容易变形、成本较高。温强度低，使用中容易变形、成本较高。2发动机缸盖缸盖主要用来封闭气缸构成燃烧室。目前19金属材料在汽车上的应用课件203 3活塞组活塞组 活塞、活塞销和活塞环等零件组成活塞活塞、活塞销和活塞环等零件组成活塞组。组。常用的活塞材料是铝硅合金常用的活塞材料是铝硅合金，其性能特，其性能特点是导热性好、密度小、膨胀系数减小，耐点是导热性好、密度小、膨胀系数减小，耐磨性、耐蚀性、硬度、刚度和强度提高。铝磨性、耐蚀性、硬度、刚度和强度提高。铝硅合金活塞需进行固溶处理及人工时效处理，硅合金活塞需进行固溶处理及人工时效处理，以提高表面硬度。以提高表面硬度。3活塞组活塞、活塞销和活塞环等零件组成活塞组。常21 活塞销材料活塞销材料一般用一般用2020、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi等低碳、低碳合金钢，表面进行渗碳或碳氮等低碳、低碳合金钢，表面进行渗碳或碳氮共渗处理，以满足材料外表面硬而耐磨、内共渗处理，以满足材料外表面硬而耐磨、内部韧而耐冲击的要求。部韧而耐冲击的要求。活塞销材料一般用20、20Cr、20CrMnTi等低22 活塞环材料活塞环材料目前一般多用珠光体基体的目前一般多用珠光体基体的灰铸铁或合金铸铁，也有的采用球墨铸铁或灰铸铁或合金铸铁，也有的采用球墨铸铁或可锻铸铁。为了改善活塞环的工作性能，活可锻铸铁。为了改善活塞环的工作性能，活塞环宜进行表面处理。目前应用最广泛的是塞环宜进行表面处理。目前应用最广泛的是镀铬，可使活塞环的寿命提高倍。其镀铬，可使活塞环的寿命提高倍。其他表面处理的方法还有喷钼、磷化、氧化、他表面处理的方法还有喷钼、磷化、氧化、涂敷合成树脂等。涂敷合成树脂等。活塞环材料目前一般多用珠光体基体的灰铸铁或合金铸铁，23 连杆材料连杆材料一般采用一般采用4545钢、钢、40Cr40Cr或或40MnB40MnB等调质钢。等调质钢。连杆材料一般采用45钢、40Cr或40MnB等调质钢24气门气门进气门进气门一般可用一般可用40Cr40Cr、35CrSi35CrSi、38CrSi38CrSi、42Mn2V42Mn2V等合金钢制造；等合金钢制造；排气门排气门则要求用高铬耐热钢制造，采用则要求用高铬耐热钢制造，采用4Cr10Si2Mo4Cr10Si2Mo作为排气门材料时工作温度可达作为排气门材料时工作温度可达550650 550650 。气门进气门一般可用40Cr、35CrSi、38CrS25螺栓、铆钉等冷镦零件螺栓、铆钉等冷镦零件 常用的螺栓材料有常用的螺栓材料有1010、1515（木螺栓，铆钉）（木螺栓，铆钉）、35(35(普通螺栓普通螺栓)、40Cr40Cr和和15MnVB(15MnVB(重要螺栓重要螺栓)等。等。螺栓、铆钉等冷镦零件常用的螺栓材料有10、15（木26（二）汽车冷冲压零件用材（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，在汽车零件中，冷冲压零件种类繁多，约占总零件数的约占总零件数的50%50%60%60%。汽车冷冲压零件。汽车冷冲压零件的材料有钢板和钢带，其中主要是钢板，如的材料有钢板和钢带，其中主要是钢板，如0808、2020、2525和和Q345Q345等。等。（二）汽车冷冲压零件用材在汽车零件中，冷冲压零件种27 热轧钢板主要用来制造一些承受一定载热轧钢板主要用来制造一些承受一定载荷的结构件荷的结构件，如保险杠、刹车盘、纵梁等。，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，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。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，冷轧钢板主要用来制造一些形状复杂，受力不大的受力不大的机器外壳、驾驶室、轿车的车身机器外壳、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。能，以保证高的成品合格率。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28思考题n1.选用材料一般应注意哪些基本原则？选用材料一般应注意哪些基本原则？n2.下列发动机零件在选材时应考虑哪些问题？下列发动机零件在选材时应考虑哪些问题？选择哪些材料较适宜。选择哪些材料较适宜。n1）活塞；）活塞；2）曲轴；）曲轴；3）排气阀；）排气阀；4）气门）气门弹簧；弹簧；5）滑动轴承）滑动轴承思考题29