《汽车材料》教案.doc

绪论 一、现代社会生产的三大支柱是：材料、能源和信息。（而材料的品种、数量和质量是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志之一） 二、目前世界上的材料品种有40余万种，并以每年5%的速率递增。 一、汽车材料： I.金属材料，包括黑色金属（钢和铁），有色金属材料（铝、铜、铅等）及其合金； II.非金属材料，分为有机分子材料（塑料、橡胶），无机非金属材料（玻璃、陶瓷等）以及新型的复合材料。 III.汽车运行材料，汽车运行过程中所消耗的燃料、润滑油，工作液和轮胎等。第1章 金属材料力学性能指标教学目标1. 了解金属材料力学性能指标的概念2. 了解金属材料的拉伸试验、强度试验及冲击试验重点和难点金属材料的强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳的基本概念金属材料的性能一般分为两大类，见下表使用性能金属在使用过程中表想出来的特性力学性能强度、塑性、硬度、冲击韧性、抗疲劳性等物理性能密度、导电性、导热性、热膨胀性、磁性、熔点等化学性能抗氧化性、抗腐蚀性等其他性能耐磨性、吸振性等工艺性能金属在使用过程中表现出来的特性铸造、压力加工、焊接、切削加工、热处理性能等加工制造过程中，表想出来的是否容易被加工成形及加工的特性等1.1 强度与塑性强度-在外力作用下，金属材料抵抗永久变形和断裂的能力塑性-在外力作用下,金属材料产生永久变形而不断裂的能力1.1.1载荷载荷；金属材料在使用过程中所受的外力称为载荷载荷的类型见下表载荷的分类根据外力作用的类型可分为拉伸载荷抗拉强度拉钩、绳、螺栓压缩载荷抗压强度活塞、连杆弯曲载荷抗弯强度曲轴、摇臂剪切载荷抗剪强度销、轴扭转载荷扭转扭转曲轴等旋转零件根据作用力的方向、时间可分为静载荷缓慢增加后保持大小和方向不变的载荷冲击载荷不仅和作用力有关，而且作用时的速度有关交变载荷力的大小、方向随时间作周期性变化1.1.2 拉伸试验与拉伸图（详见课本）1.1.3强度强度的大小用应力表示，金属材料在受到外力作用时必然在材料内部产生与外力相等的抵抗力，即内力。单位截面上的内力称为应力。用符号表示，单位：Pa=通过拉伸试验得到的指标有；弹性极限、屈服强度、抗拉强度。1.1.4 塑性塑性：指材料受力时在断裂前产生永久变形的能力。通过拉伸试验得到的指标有指标：伸长率（）和断面收缩率（）1.1.4.1伸长率（）=100 L0-试样原始标距长度，。L1-试样拉断后的标距长度，100指L0=100mm的延伸率1.1.4.2断面收缩率（）=100S0-试样原始横截面积S1-试样拉断后的横截面积，伸长率、断面收缩率与塑性的关系：、值越大，塑性越好。1.2硬度硬度：指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。常用硬度试验法；布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV1.2.1 布氏硬度HB主要用于测定铸铁、有色金属、及其合金，低合金结构钢以及非金属材料。1.2.2洛氏硬度HRC主要用于测定铜、铝等有色金属及其合金、硬质合金、表面淬火、滲碳件以及退火、正火和淬火。1.2.3维氏硬度HV主要用于测定金属镀层、薄片金属以及化学热处理后的硬度。硬度与耐磨性的关系：硬度越大，耐磨性也越好。1.3冲击韧性冲击韧性：材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。指标：冲击韧度k=Ak/S1.4金属疲劳的概念1.4.1交变应力：许多零件，在工作过程中往往受到大小或大小及方向随时间呈周期性变化的应力作用，此应力称为交变应力。1.4.2金属的疲劳：金属材料在交变应力的长期作用下，虽然应力远小于材料的抗拉强度，甚至低于屈服点，也会发生突然断裂，这种现象叫金属疲劳。总结：强度与塑性、硬度、冲击韧性及金属疲劳概念作业：1、已知某材料的截面积为500mm2,工作时受到拉伸载荷为12000N，求该材料的抗拉强度。 2、硬度常用试验方法有哪些？它与耐磨性有和联系。 3、强度与塑性、硬度、冲击韧性及金属疲劳是金属的什么性能？ 第2章 黑色金属教学目标1. 了解铁碳合金基础知识，以及碳对铁碳合金性能的影响2. 了解金属和合金的内部结构及导致金属性能不同的根本原因重点与难点1. 碳对铁碳合金组织和性能的影响2. 钢的热处理2.1 铁碳合金的内部结构2.1.1 金属和合金的内部结构主要指的是：晶体结构和显微组织金属和合金的内部结构主要指的是：晶体结构和显微组织2.1.1.1金属和合金的晶体结构一切金属在固态下都是晶体。晶体是指其原子具有规则排列的物体。晶体中原子（离子或分子）在空间的排列方式称为晶体结构2.1.1.2金属晶格的基本类型：晶格是指描述晶体排列规律的空间格架。从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最基本的几何单元称为晶胞。1）面心立方晶格：属于这类金属：-铁、铜、镍、金、银、铝2）体心立方晶格：属于这类金属有：铁、铬、钼、钒、钨等3）密排六方晶格：属于这类金属的：镁、钛、锌、铍等注意：晶格是指描述晶体排列规律的空间格架，从晶格中取出最能代表原子排列特征的最基本的几何单元，成为晶胞4） 、实际金属的晶体结构：实际金属都是多晶体。在显微镜下观察都是有小晶体组成的，这些小晶体为晶粒。2.1.2铁碳合金的组元与基本相：1.铁碳合金的组元：铁的熔点为1538。C同素异构转变：金属在固态下随温度的变化由一种晶格转变为另一种晶格的现象1)Fe组元（纯铁） -Fe -1394-Fe-912- a -Fe (同素异构转变)强度低、硬度低、韧性、塑性好2)在固态下，碳在铁碳合金中可以3种形式存在：自由态石墨、碳溶解于铁的晶格中形成固态碳、碳与铁作用形成化合物。2.铁碳合金的基本相：1)相 铁素体（F ）：（C固溶到 -Fe中相）强度低、硬度低、塑性好、韧性好（室温：C%=0.0008%, 727 C%=0.0218%）2)相 奥氏体（A）：（C固溶到-Fe中相） 强度低、硬度低，塑性、韧性比 铁素体F高3)渗碳体（Fe3C）： 铁和碳形成的具有稳定成分的化合物，渗碳体硬度高、塑性韧性极差4)珠光体（P） ： 由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）组成的复相化合物，2.1.3碳合金状态图：（相图）（简介）三条水平线和三个重要点液固相线,液相线ACD,固相线AECF溶解度线 ES线 碳在A中的固溶线，1148 ，2.11%727, 0.77%,Fe3CIIPQ线 碳在F中的固溶线，727 ,0.0218%室温 , 0.0008%，Fe3CIIIGS线包晶转变线HJB：1495 ，C%=0.09-0.53%LB+H-AJ 即 L0.53+ 0.09- A0.17 共晶转变线ECF,1148 度，C%=2.11-6.69%L4.3- A2.11+Fe3C（共晶渗碳体）Le4.3 高温莱氏体 Le，Ld共析转变线PSK，727，C%=0.0218-6.69%As-FP+Fe3C（共析渗碳体）A0.77- F0.0218+Fe3CP（珠光体）珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和F之间Le- P+Fe3CII+Fe3C共晶-低温莱氏体 Le五个基本区（请学生找）：ABCD以上-液相区（L） AHNA-固溶体（）NJESGN-奥氏体（A） GPQ以左-铁素体（F）铁素体DFKL垂线-渗碳体“区“七个两相区L+；L+A；L+F3C；+A；A+F；A+ F3C；F+ F3C小结：金属晶格的基本类型铁碳合金相图作业：（1）金属晶格的基本类型有哪些？奥氏体、铁素体、渗碳体特点是什么？2.2 碳对铁碳合金组织和性能的影响根据含碳量不同铁碳合金分为：碳钢（含碳量为0.0218-2.11）铸铁(含碳量大于2.11)2.2.1 成分对组织的影响:工业纯铁-C0.0218-F+Fe3CIII亚共析钢- C0.0218-0.77-F+P共析钢- C0.77-P过共析钢- C0.77-2.11-P+Fe3CII亚共晶白口铁- C2.11-4.3- P+Fe3CII+Ld共晶白口铁- C4.3- Ld过共晶白口铁- C4.3-6.69- Ld+ Fe3CI2.2.2成分、组织对性能的影响 图见课本看图请同学分析：HB线图 C 硬度高的渗碳体含量增多 硬度低的渗碳体减少 b线图C亚共析钢中珠光体（强度高）增多，铁素体（强度低）减少。随含碳量的增加合金的强度增加。但当含碳量超过共析成分后，由于强度底，脆性成分大Fe3C析出，合金的强度增加变慢，含碳量超过1时，Fe3C的数量增多，钢的强度增大 线图 线图C铁素体不断减少渗碳体增加合金的塑性、韧性减少线图随着含碳量的增加，硬度高的渗碳含量增多。硬度低的铁素体含量减少从而使合金的硬度呈直线上升。为使铁碳合金具有适当的塑性和韧性铁碳合金中碳的质量分数，通常在1.3%-1.4%之间。2.3碳钢2.3.1碳钢的分类：1）按化学成分分类：低碳钢、中碳钢、高碳钢2）按用途分类：结构钢、工具钢、特殊性能钢3）按质量分类：普通钢、优质钢、高级优质钢2.3.2碳钢中的杂质元素对性能的影响 锰、硅有益； 硫、磷-有害杂质；1.普通碳素结构钢：牌号用Q+屈服强度值+等级+脱氧方法。如：Q235-A.F 即表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。2.优质碳素结构钢钢号用平均碳含量的万分数的数字表示。如：08F，20A，45，15Mn。（F表沸腾钢） （0.20%C，后有“A”表高级优质钢） （表含Mn量高）制作各种机器零件，一般进行热处理。08F 塑性好，冷冲压件10，20 冷冲压件，焊接件，渗碳处理。35，45 40，50? 齿轮、轴类60，65 弹簧3.碳素工具钢 0.65-1.35C%， 用以制作刃具、量具、模具钢号用平均碳含量的千分数的数字和T一起表示。如：T10A, T9 , T12, （1.0%C，A表示高级优质碳素工具钢） （0.9%C） （ 1.2%C,） T7，T8，强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头T9，T10，T11，强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、丝锥、手锯及冷作模具。T12，T13， 硬度很高，韧性低，可制作锉刀、刮刀、量规。总结含碳量对钢性能的影响掌握钢、铁的分类及碳钢分类及牌号作业：1）钢和铸铁铁的划分 2）碳钢的分类 3）钢中杂质的影响 4）20钢属( )钢，其含碳量为( )；45钢属( )钢，其含碳量为( )；T8钢属( )钢，其含碳量为( )。2.4合金钢 合金钢：钢中除了锰、硅、硫、磷等常存杂质外，有时还专门加入某些元素（如铬、钼、钨、钛等），使其具有一定的特殊性能，这种钢叫做合金钢。合金钢可以用加入的元素命名，如锰钢、鎳钢、鎳铬钢等 合金钢的分类：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢2.4.1合金结构钢；合金钢用途最广，用量最大的一种钢.1.合金结构钢的分类及编号1）按用途可分为：普通低合金高强度钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢2）合金结构钢 编号原则：两位数+合金元素+(数字) 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量1.5%、2.5%、3.5%时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4等。例如18Cr2Ni4WA。钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。 高级优质钢应在钢号最后加“A”，以区别于一般优质钢。专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀）代表该钢种用途的符号。例如，铆螺专用的30CrMnSi钢，钢号表示为ML30CrMnSi。2.用途 1）普通低合金高强度钢：主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、农机2）弹簧钢:主要用于制造弹簧和弹性元件。 3）滚动轴承钢：用于制造滚动轴承的滚动体、内外套圈等。钢号冠以字母“G”，表示滚动轴承钢类。 4）合金渗碳钢：主要用于表面受损，受冲击较大的零件 5）调质钢：主要运用于承受较大循环载荷与冲击载荷或各种复合应力作用的零件，是结构钢中用量较大的钢种。2.4.2合金工具钢与碳素工具钢一样，合金工具钢用于制造各种刀具、刀具和模具。2.4.3特殊性能的钢：用于制造特殊工作条件或特殊环境霞，具有特殊性能要求的构件和零件的钢材：如不锈钢、耐热钢、耐磨钢。小结：合金钢的类型及牌号作业：1、合金钢可分哪几种类型？ 2、合金结构钢按用途可分为哪几种类型？3、合金工具钢用于制造什么？4、指出以下编号的含义：45号钢、T8A、60SiMn、 2.5 铸铁铸铁是碳含量为2.11%-6.69%的铁碳合金 。 2.5.1铸铁的分类 根据碳在铸铁中的存在形式和形态的不同，可分为： 1）白口铸铁C极少溶于F 外。其余皆以Fe3C形式存在，断口兰银白色。这类铸铁组织中都存在着共晶莱氏体，性能硬很脆，很难切削加工，很少直接用来作机械零件，主要炼钢原钢原料或可锻铸铁件毛坯。有时也利用它的硬而耐磨的特征，铸造成冷硬铸铁件。冷碛铸铁常用作一些要求耐磨的工件，如轧辊、球磨机的磨球等。 2）灰口铸铁C主要以片状的游离G存在，由于断口呈黑色（暗） 3）麻口铸铁它是碳一部分以渗碳体形式存在；另一部分以石墨形式存在的铸铁，断口呈灰白色相间。这类铸铁也具有较大硬脆性，故工业上应用很少。 根据铸铁中石墨形态铸铁可分为： 1、可锻铸铁G以团絮状存在。 2、蠕墨铸铁G 以界于片状和球状之间的中间形态一蠕虫状。 3、球墨铸铁G 以球状存在。 4、灰铸铁它是以片状石墨形式存在。 2.5.2灰铸铁 灰铁产量占总铸铁件80%以上 1.化学成分和组织特征。 2. 牌号和用途 牌号由“HT”和后面三位数字组成。 灰铁 最低拉抗强度(MPa) 如：（F）HT100 低载荷和不重要件如盖手轮 （F+P） HT150 中载荷如底座、床身、工作台 （P）HT200 HT250 较大载荷如齿轮、汽缸体、活 HT300 HT350 床身导轨、受力较大的床身、卡盘 2.5.3球墨铸铁牌号：“QT”表示球铁，后面两组数字表示最低抗拉强度和最低的延伸率（如QT400-17）2.5.4可锻铸铁牌号：“KT”表示可锻铸铁，KTZ和KTH中H 表示黑心，Z表示珠光体基体，如可锻铸铁的牌号和力学性能及用途见书上34页表2-6（如KTH300-06）2.5.5蠕墨铸铁牌号：“RuT”（RuT420）2.5.6合金铸铁：在普通铸铁的基础上加入一定量的合金元素。小结： 铸铁的分类 铸铁的牌号作业： 铸铁的分类有哪些？ 请指出下列牌号的名称和含义 HT100、HT200 QT400-17 KTH300-06 KTZ450-06 RuT4202.6 粉末冶金和硬质合金简介粉末冶金材料：是指不经熔炼和铸造，直接用几种金属粉末活金属与非金属粉末，经过配料，压制成型烧结和后处理等制成的材料。第3章 有色金属及其合金教学目标1. 了解有色金属的分类及分类依据2. 理解汽车上常用有色金属的性能要求3. 掌握常用有色金属的应用重点和难点1. 铜和铜合金特性2. 滑动轴承的特性3.1铝及铝合金铝：蕴藏丰富，约为铁的两倍，它的产量仅次于钢铁。密度小，为2.72g/cm3，只有钢、铜或黄铜的1/3。因此，铝合金一直是航空工业的主要材料。3.1.1铸造铝合金材料1)材料特点：铸造铝合金是在铝中添加其他金属或非金属元素所熔制的合金。2)其牌号和性能详见表3-13）铝合金淬火与时效 铝合金热处理是控制第二相的析出过程来改变其性能的。由于淬火后获得的过饱和固溶体是不稳定的，有析出第二相（强化相）的趋势，在室温放一段时间，逐向稳定转变，使抗拉强度和硬度明显上升而塑性显著下降，这种淬火后铝合金机性随时间而发生显著变化的现象，称为时效或时效强化。在室 温下发生的时效称为自然时效，而在加热的条件下进行的时效称人工时效，淬火时效是铝合金强化的途径。4）压力铸造工艺：压力铸造是汽车铝合金铸件生产的重要工艺。3.1.2形变铝合金材料变形铝合金：是指采用压力加工方法制成的各种型材或锻件的铝合金据性能及用途不同分为四类：1、防锈铝（LF）有铝和镁系和铝和锰系，耐蚀性好，故称为防锈铝。抗拉强度比纯铝稍高，塑性和焊性好，均不能HT强化。只能通过冷加工硬化强化，代号用“铝防”汉字首“LF”表示，后面的数字只是一个顺序号，常用LF5、LF11、LF21等，主用于制耐蚀性要求高的容器，蒙皮及受力不大的结构件。如油箱、导管、及生活器皿。2、硬铝（LY）主要是铝铜镁系合金，由于铜和镁能形成强化相，如CuAI2 CuMgAL2等，经由淬火时效可获得高的抗拉强度，抗拉强度可达420Mpa，故称硬铝，耐蚀性差，故在硬铝材表面包复一层纯铝，以增耐蚀性，其代号用“LY”和顺序号表示，常用的有LY11、LY1等，在仪器、仪表及飞机制造中广泛应用。3、超硬铝合金（LC）在硬铝基础上再加入锌后，获得经淬火人工时效后，抗拉强度为680MPa，HBS为190HBS，比硬铝更高，故称超硬铝，主用于高强度构件，代号用“LC”表示和顺序号表示，多用于制造飞机中的受力件。4、锻铝合金铝铜镁硅系合金，其机性与硬铝近，但热塑性及耐蚀性上升，更适于锻造，故名锻铝，代号用“LD”顺序号表示，用于飞机或内燃机车上的承高载荷的锻件或模锻件。3.2铜及铜合金 铜是人类发现最早到金属，纯铜外观呈紫红色，故又称紫铜，熔点为1083，面心立方晶格特征：1）良好的导电、导热性 2）塑性好，可冷热压力加工， 3）较高的抗蚀性，如大气、海水、酸类等 4）具有抗磁性铜和铜合金分类及特性：白铜（铜镍合金），黄铜（铜锌合金）、青铜（铜锡合金）应用广的为青铜、 黄铜。1黄铜黄铜为铜锌合金或以锌为主加合金元素的铜合金。按化学成分分为：普通黄铜和特殊黄铜按生产方法分为：压力加工黄铜和铸造黄铜1）普通黄铜 它是由铜和锌组成的合金。一般情况下，冷变形加工用单相黄铜 热变形加工用双相黄铜。2） 特殊黄铜 在普通黄铜中加入其它合金元素所组成的多元合金称为黄铜。常加入的元素有铅、锡、铝等，相应地可称为铅黄铜 、锡黄铜、铝黄铜。加合金元素的目的。主要是提高抗拉强度改善工艺性2青铜除黄铜 白铜外，其余的铜的合金统称青铜，青铜又可分为锡青铜和特殊青铜（即无锡青铜）两类。代号：表示方法为“Q+主加元素符号及质量分数+其它元素的质量分数”所组成。铸造产品则在代号前加“Z”字，3.3 滑动轴承合金轴承普遍应用于各种工业设备和动力机械上，是机器设备的重要零部件。轴承包括：滑动轴承和滚动轴承两大类。轴承合金：制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的合金。 工作条件 冲击、交变载荷，轴颈压力、摩擦。 性能要求 足够的强、硬度，塑性和韧性好，与轴有良好磨合能力、减摩性好。 有良好的导热性、抗蚀性和工艺性。 组织要求 软基体 + 硬质点；或： 硬基体 + 软质点 目前工业上使用的轴承合金材料主要是有色金属合金。3.3.1轴承合金分类及用途 见表（课本）。 3.3.2锡基轴承合金（锡基巴氏合金） 如 ZChSnSb11-6，软基体 + 硬质点 摩擦系数、膨胀系数小，导热性、塑性和耐蚀性好；但疲劳强度较差，工作温度低（150）。 3.3.3 铅基轴承合金（铅基巴氏合金） 如 ZChPbSb16-16-2，软基体 + 硬质点 。 其硬度、强度、韧性和耐蚀性、导热性比锡基轴承合金低，工作温度小于120。 3.3.4铝基轴承合金特点：密度小、导热性好、疲劳强度高，耐蚀性好。线膨胀系数大，运转过程易与轴咬死，降低轴与轴承表面粗糙度或镀锡等办法改善磨合性，减少运动时发生咬合的危险性。3.3.5双金属轴承合金，是汽车上制造各种轴瓦、轴套和止推片的主要原料，应用较多的轴承合金是铜基合金（铜铅合金及铅青铜）和铝基合金（铝锡合金、铝铅合金及铝硅合金）小结：铝及铝合金铜及铜合金作业：铝及铝合金的分类铜及铜合金的分类轴承合金分类 第4 章 典型零件选材及热处理教学目标1.了解汽车典型零件选材及热处理2、了解零件选材原则重点和难点1、 零件选材原则2、 此轮类和轴承零件的选材及热处理4.1零件选材原则选材原则：就是要综合考虑力学性能、工艺性能、经济性能等要素，同时还要考虑“轻型化、高寿命”。4.1.1根据零件工作条件选用齿轮及热处理工艺（了解）1. 单纯受压零件：选用铸铁，一般不要求热处理，对于要求高的零件采用正火、等温淬火、调质、表面淬火、软氮化或多次时效处理等工艺。2. 单纯受拉零件：一般采用碳钢或合金钢，也可以采用锻铝或硬铝，对中碳钢一般采用调质处理。3. 承受交变载荷的零件：一般采用中碳钢调质或正火处理；也可采用球墨铸铁正火或等温淬火。4. 承受大幅度弹性变形和交变载荷的零件：一般采用碳素弹簧钢或合金弹簧钢，并经淬火、中温回火热处理。5. 在工作中强烈磨损的零件：(如齿轮)要求内韧外硬，低碳钢采用渗碳或氰化处理；中碳钢采用调质加表面淬火。6. 特殊物理、化学性能为主的零件：一般选用特殊性能钢中的中碳马氏体耐热钢。4.1.2机械制造中选材时需注意的几个问题：（也就是选材原则）详见课本上的表4.2汽车典型零件选材及热处理4.2.1此轮零件选材、热处理（见课本表）4.2.2轴类零件、选材、热处理（见课本表）4.2.3连杆类零件选材、热处理（见课本表）小结：1. 根据汽车零件工作条件选用材料的原则及热处理工艺方法，机械制造中选材需要注意的问题。2. 汽车上齿轮类零件、轴类零件、连杆类量较大选材及热处理工艺。作业：1. 零件选材是应考虑哪些因素？2. 承受交变载荷的零件在选材时应考虑哪些性能？如何进行热处理？ 第五章 橡胶、塑料、摩擦材料教学目标：1. 了解橡胶的性能、组成及分类2. 了解塑料的性能、组成及分类3. 了解车用摩擦材料的性能要求、组成重点和难点：1. 汽车上常用橡胶材料的特性2. 塑料在汽车上的应用及汽车零部件对塑料袋性能要求3. 摩擦材料在汽车上的应用 5.1橡胶5.1.1橡胶的性能、组成及分类橡胶是一种具有极高弹性的高分子材料，其弹性变形量可达1001000，而且回弹性好，回弹速度快。同时，橡胶还有一定的耐磨性，很好的绝缘性和不透气、不透水性。它是常用的弹性材料、密封材料、减震防震材料和传动材料。5.1.1.1橡胶的性能特点（详见表）1. 弹性高2. 有一定的可热塑性3. 具有粘着性4. 耐热性5. 耐候性6. 耐油性 7.具有较好的耐透气性、耐透水性、绝缘性、耐酸性、耐碱性、耐磨性、耐寒性等。5.1.1.2橡胶的组成 橡胶制品以生胶为基础，并加放适量的配合剂和增强材料组成高弹性状态的高分子材料（详见表）1. 生胶：未加配合剂的天然或合成橡胶称为生胶，是橡胶制品的主要组成成分，它决定橡胶的性能，还能把各种配合剂和增强材料粘成一体。2. 配合剂;加入配合剂的主要目的是为了提高橡胶制品的使用性能和工艺性能。（1） 硫化剂和硫化促进剂 变塑性生胶为弹性胶的处理即为硫化处理，能起硫化作用的物质称硫化剂。常用的硫化剂有硫磺、含硫化合物、硒、过氧化物等。（2） 增塑剂：用于增强橡胶的塑性，使之易于加工和与配料配合（3） 防老化剂：用以防止橡胶老化，提高使用寿命 （4）填充剂：用以提高橡胶的强度，改善其加工工艺性能，降低成本，常加入填充剂，如碳黑、陶土、碳酸钙、硫酸钡、氧化硅、滑石粉等。3. 增强材料：主要用以提高橡胶的力学性能，如强度、硬度、耐磨性和刚性等。5.1.1.3橡胶的分类（详见表) 1.按照来源不同橡胶可分为：天然橡胶和合成橡胶两大类。 合成橡胶主要有七大品种：丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶和丁腈橡胶。 2.按用途将合成橡胶分成两类：性能和天然橡胶接近、可以代替天然橡胶的通用橡胶（丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶） 和具有特殊性能的特种橡胶（乙丙橡胶、 硅橡胶、氟橡胶）。5.1.2汽车上的橡胶制品5.1.2.1汽车上常用橡胶的特性及用途（详见课本表)5.1.2.2典型汽车橡胶制品举例1. 汽车上的连接软管 汽车上的连接软管通常是用橡胶和纤维或金属材料制成的可以挠曲的软管，汽车上的各个部件、零件的连接常常需要管子，这些管子需要柔软，容易弯曲，能吸收振动。2. 橡胶耐油密封件 橡胶是制造密封件的主要材料，品种繁多，为了改善橡胶的性能，可以惨用塑料；塑料还用作橡胶密封件的附件，如支撑环，挡圈、缓冲圈和磨损调整圈。等。3. 橡胶防振配件 汽车在行驶时各部分的振动，会影响汽车的舒适性。为降低汽车振动噪声，在各处采用了防振橡胶，典型汽车防振橡胶的结构形式举例见课本上的表 5.2塑料 塑料是一种以有机合成树脂为主要成分的高分子材料，通常在加热、加压条件下呗注塑或固化成型，中国各类车型汽车使用塑料大致每辆在4090之间，轿车上塑料用量已达自重的7%8%，接机国外9%10%的水平。5.2.1塑料的性能、组成及分类5.2.1.1一般塑料、工程塑料的性能特点（详见表）1. 质量轻2. 比强度高3. 化学稳定性好4. 绝缘性能好5. 特殊性能好6. 吸振和消声性能好7. 不足之处:强度不如金属材料、耐温性能低、导热性比较差、热膨胀系数要比金属大310倍,塑料在日光、大气、长期负荷或某些介质作用下，会发生“老化”。5.2.1.2塑料的组成 塑料是以有机合成树脂为基础，再加入添加剂所组成的。（详见表）1.合成树脂 是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等，是塑料的主要组成，也起粘接剂作用。2.添加剂 为改善塑料的性能而加入的其它组成，主要有：(1) 填料或增强材料 填料在塑料中主要起增强作用。(2) 固化剂 可使树脂具有体型网状结构，成为较坚硬和稳定的塑料制品。(3) 增塑剂 用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。(4) 稳定剂 用以防止受热、光等的作用使塑料过早老化。 5.2.1.3塑料的分类常用的塑料分类方法有下述两种：（详见表）1.按热性能和成型特点分类 根据树脂在加热和冷却时所表现的性质，可分为热塑性塑料和热固性塑料。（1）.热塑性塑料 加热时软化并熔融，可塑造成形，冷却后即成型并保持既得形状，而且该过程可反复进行。这类塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚甲醛、聚碳酸脂等。这类塑料加工成形简便，具有较高的机械性能，但耐热性和刚性比较差。（2）. 热固性塑料 初加热时软化，可塑造成形，但固化后再加热将不再软化,也不溶于溶剂。这类塑料有酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯等。它们具有耐热性高，受压不易变形等优点，但机械性能不好。2.按用途分类（1） 通用塑料 应用范围广、生产量大的塑料品种。主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚醛塑料和氨基塑料等，其产量约占塑料总产量的四分之三以上。（2）. 工程塑料 综合工程性能(包括机械性能、耐热耐寒性能、耐蚀性和绝缘性能等)良好的各种塑料。主要有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯和ABS等四种。 通用塑料和工程塑料的种类与符号详见课本。5.2.2汽车上的塑料制品及发展趋势 汽车上的塑料制品根据其应用部位，可分为内装件、外装件和功能件等。5.2.2.1塑料在汽车结构上的应用 1.汽车零部件对塑料的性能要求 要求具有一定的抗拉强度、抗压强度、剪切强度和冲击强度要求具有一定的耐热性，要求具有抗蠕变性，要求具有尺寸稳定性 2.塑料材料及其发展趋势（详见表） 5.2.2.2塑料在汽车内装件上的应用1.汽车内饰材料的要求要求美观、舒适，便于灵活设计，有良好的装饰性能；耐磨性、易清洁、易清洗、有足够的抗撕裂强度、使用寿命长；有一定的透气性和吸湿性，隔音、防振、质量轻、无异味；有一定的抗腐蚀性，阻燃、耐温、色泽持久；具有抗静电性，能防止在使用过程中积带电荷而引起人体电击。 2.汽车主要塑料内装件和使用材料（详见表）5.2.2.3塑料在外装件上的应用1.汽车外装塑料量2.汽车外装件材料的应用情况及发展趋势（详见表）5.2.2.4塑料在功能零件上的应用技术1.电导性塑料特点：质量轻、加工容易、机械强度足够、耐药性优良。但其他化学稳定性差2.塑料电池单位重量的储电量大，释放电压高，具有较高的功率输出密度，形状成型自由，无功害3.光导纤维4.塑料磁铁5.3 汽车上的摩擦材料 摩擦材料是一种具有较高摩擦系数的高分子复合材料，以摩擦材料为主要部分而构成的制动装置、离合装置，是决定汽车安全性、使用性和操纵稳定性好坏的重要装置。 5.3.1汽车对制动片的要求1、符合要求的摩擦系数2.具有合适的抗热衰退性及恢复性3.有大的单位面积吸收功率及低的磨损4.具有耐磨性5.具有较高的机械强度6.噪声要小 5.3.2制动片的组成1、骨架材料：石棉纤维、金属纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维2、粘结剂：树脂型、橡胶型3、填充剂： 5.3.3制动摩擦片分类1. 石棉摩擦材料2. 金属陶瓷摩擦材料3. 半金属基摩擦材料4. 碳纤维摩擦材料5.3.4制动片的种类和性能（详见表)5.3.5离合器片对离合器片的性能要求与制动摩擦片的性能要求基本一致。第六章 陶瓷、汽车玻璃、复合材料教学目标1. 了解陶瓷材料的性能要求及分类2. 了解玻璃的组成及性能特点3. 了解复合材料的性能及特点 重点和难点 1.陶瓷材料的性能及精细陶瓷在汽车上的应用 2.复合材料在汽车上的应用 3.玻璃在汽车上的应用6.1陶瓷6.1.1陶瓷材料的性能要求及分类6.1.1.1陶瓷材料的概念 普通陶瓷也叫传统陶瓷，其主要原料是粘土(Al2O32SiO22H2O)、石英(SiO2)和长石(K2OAl2O36SiO2)。组分的配比不同，陶瓷的性能会有所差别。 例如：长石含量高时，熔化温度低而使陶瓷致密，表现在性能上即是抗电性能高、耐热性能及机械性能差；粘土或石英含量高时，烧结温度高而使得陶瓷的抗电性能差，但有较高的热性能和机械性能。 普通陶瓷坚硬而脆性较大，绝缘性和耐蚀性极好。由于其制造工艺简单、成本低廉，因而在各种陶瓷中用量最大。 6.1.1.2陶瓷材料的性能要求（详见表） 1.力学性能： （1）硬度和强度：具有很高的抗压强度，陶瓷为各类材料中硬度最高的材料。 （2）塑性：塑性差 （3）韧性：韧性极低 2.热性能：熔点高、化学稳定性好、导热低于金属材料。 3.电性能：传统的绝缘材料 4.化学性能：结构稳定，不易氧化、抗腐蚀性较强。 6.1.1.3陶瓷材料的分类（详见表） 1. 传统陶瓷（又称普通陶瓷）：以天然的硅酸盐矿物为原料制成；主要用于日用、建筑、卫生陶瓷制品。 2.精细陶瓷：采用高强度、超细粉末原料，经过特殊的工艺加工，得到结构精细且具有各种功能的无机非金属材料，按其用途分为工程陶瓷和功能陶瓷 6.1.2精细陶瓷在汽车上的应用（详见表） 陶瓷在汽车上的应用一方面用于功能材料，如氧化传感器，水温传感器等；另一方面用于结构性的部件，如机械密封，催化剂容器，火花塞，隔热板，活塞等。 氧化铝管坯做钠蒸气照明灯泡。氧化铝热电偶套管氧化铝陶瓷密封环氧化铝陶瓷喷咀1.氧化铍陶瓷 氧化铍陶瓷具备一般陶瓷的特性，导热性极好，很高的热稳定性，强度低，抗热冲击性较高；消散高能辐射的能力强、热中子阻尼系数大。氧化铍陶瓷制造坩埚，作真空陶瓷和原子反应堆陶瓷，气体激光管、晶体管散热片和集成电路的基片和外壳等。 2.氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷的熔点在2700 以上，耐2300 高温，推荐使用温度2000 2200 ；能抗熔融金属的浸蚀，做铂、锗等金属的冶炼坩埚和1800 以上的发热体及炉子、反应堆绝热材料等；氧化锆作添加剂大大提高陶瓷材料的强度和韧性，氧化锆增韧陶瓷可替代金属制造模具、拉丝模、泵叶轮和汽车零件如凸轮、推杆、连杆等。3.氧化镁钙陶瓷氧化镁钙陶瓷通常是通过加热白云石（镁或钙的碳酸盐）矿石除去CO2而制成的，其特点是能抗各种金属碱性渣的作用，因而常用作炉衬的耐火砖。但这种陶瓷的缺点是热稳定性差，MgO在高温下易挥发，CaO甚至在空气中就易水化。6.1.2.1功能陶瓷在汽车上的应用（详见表）1. 传感器特性：要长久适用汽车特有的恶劣环境；要小型轻量；重复使用性好，输出范围广。2. 同城传感器的功能特性及在汽车上的应用（详见表）3. 几种典型汽车传感器举例：氧传感器（详见表）碳化硅陶瓷坩埚碳化硅陶瓷密封件6.1.2.2工程陶瓷在汽车上的应用 工程陶瓷由于具有良好的综合性能，用它代替耐热合金大幅度地提高热机效率，降低能耗，节约贵重金属，达到轻量化效果，实用性优良。 1.汽车对结构性陶瓷的性能要求：陶瓷要有优良的耐热性、隔热性，硬度高；陶瓷要有优良的高温强度、高耐蚀性、高耐磨性、低膨胀系数，隔热性好及低密度；作为发动机用材料，也要设法提高其韧性，成形性，可靠性等综合性能，克服制造技术要求高，成形加工时间长的缺点。 2.几种工程陶瓷的特点（详见表） 3.工程陶瓷在汽车结构上的应用（详见表）。6.2汽车玻璃6.2.1玻璃的性能要求及分类6.2.1.1玻璃的概念 玻璃是将各种原料熔融、冷却、固化的非结晶的无机非金属材料6.2.1.2玻璃的组成 玻璃由各种氧化物的原料，如石英砂、石灰石、长石、强碱、硼酸、铅化合物、钡化物等，加入辅助原料以使玻璃获得某些必要的性质和家属熔制过程的原料，如澄清剂、着色剂、褪色及、乳浊剂、氧化剂、助溶剂等制成。6.2.1.3玻璃的性能特点（详见表）：玻璃是一种脆性材料，有较好抗压强度、较高的硬度，。玻璃的膨胀系数小，玻璃的稳定性越大。透光性好，耐腐蚀性好。6.2.2玻璃在汽车上的应用： 汽车对玻璃的性能要求：透光性好耐侯性好，有足够的机械强度安全性好1.汽车上的板形玻璃:有较好的透明性和耐候性，脆性大，在交通事故中，极易造成人身伤亡事故，而逐渐被淘汰。2.汽车上的钢化玻璃:将普通玻璃加热到一定温度后急剧冷却就能大大提高玻璃的强度这种淬火玻璃就叫钢化玻璃。其性能特点（详见表）3.汽车上的区域钢化玻璃：通过特殊的热处理，可控制玻璃碎片的大小、形状和分布。如驾驶员前的前风玻璃。4.汽车上的夹层玻璃：二片玻璃中间夹有一层安全膜，从而牢固地将两层玻璃结合起来。6.2.3汽车玻璃的发展趋势1. 天线夹层玻璃2. 调光夹层玻璃3. 热线反射玻璃4. 除霜玻璃。6.3复合材料 6.3.1复合材料性能特点、分类6.3.1.1复合材料的概念1.复合材料：由两种或多种物理和化学本质不同的物质人工制成的一种多相固体材料。2.特点：(1)可改善或克服组成材料的的弱点，充分发挥他们的优点，如玻璃钢（玻璃树脂）(2)可按构件的结构和受力要求，进行材料的最佳设计，给出预定的分布合理的配套性能.(3)可创造单一材料不易具备的性能或功能，或同时发挥不同的功能。6.3.1.2复合材料的组成（详见表）：基体增强材料6.3.1.3复合材料的分类（详见表）：6.3.1.4复合材料的性能特点(1)比强度和比刚度高（各类材料中最高） 增强剂比重较低(玻璃、碳、硼纤维) 基体比重小(高聚物) 不完全致密 增强剂强度高 (2)抗疲劳i 纤维缺陷少-难以萌生裂纹；ii 基体塑性好-难以萌生裂纹；裂尖钝化，扩展缓慢。iii 裂纹扩展路径曲折(3)减震性好i自振频率高(正比于（E/r ）1/2)，不易因共振而快速脆断。ii振动衰减快(非均质多相体系界面反射和吸收；基体阻尼较大)(4)高温性能好：纤维多有较高熔点和较高的高温强度5)断裂安全性高，不致造成物体瞬间完全丧失承载能力而断裂。过载-部分纤维断裂-应力重新分配-未断裂纤维承载(6)其他：减磨性，耐蚀性，工艺性能较好(7)缺陷：各向异性，伸展率较低，冲击韧性不很好，成本太高6.3.2复合材料在汽车上的应用1.玻璃纤维复合材料-玻璃钢 增强剂：玻璃纤维（SiO2+其他氧化物）-比强度和比模量高（如40%玻璃纤维增强尼龙的强度大于铝合金），耐高温，化学稳定性好，电绝缘性较好(1) 热塑性玻璃钢 粘结剂：热塑性树脂-尼龙、聚烯烃类、聚苯乙烯类、(热塑性聚脂，聚碳酸脂)-机械性能、介电性能、耐热性和抗衰老性能较好性能：（与基体材料相比）i强度和疲劳性能提高2-3倍以上ii冲击韧性提高2-4倍(脆性材料)iii蠕变抗力提高2-5倍(2)热固性玻璃钢 粘结剂:热固性树脂-酚醛树脂，环氧树脂（不饱和聚酯树脂，有机硅树脂）性能：轻，比强度高(高于铜合金和铝合金，有高于合金钢)，耐蚀性好,介电性能优越,成型性能良好刚度较差，易老化，易蠕变用途：玻璃纤维/尼龙-轴承，轴承架，齿轮；玻璃纤维/聚苯乙烯-汽车内装饰制品，机壳2.碳纤维复合材料增强剂：碳纤维（石墨）-高强度、高弹性模量且2000 C以上保持不变；-180 C不变脆。 普通碳纤维s b=500-1000MN/m2，E=20000-70000MN/m2； 高模量碳纤维s b- 1500MN/m2，E- 150000MN/m2，比强度比模量是耐热纤维中最高的 碳纤维树脂复合材料 基体-环氧树脂，酚醛树脂，聚四氟乙烯性能普遍优于玻璃钢： 比铝轻，比钢强，E 比铝合金和钢大，疲劳强度高，冲击韧性高，耐水和湿气，化学稳定性高，摩擦系数小，导热性好，耐X射线， 纤维和树脂粘结力不够，各向异性大，耐高温性能有差距 用途： 航天材料-飞行器，火箭外层材料，天线支架，壳体，机架 齿轮，轴承，活塞，密封圈，化工容器 (2)碳纤维碳复合材料 性能：强度和冲击韧性比石墨高5-10倍，刚度高，耐磨性，化学稳定性好，尺寸稳定性好。用途：高温技术，化工和核反应装置中棗航天航空材料，导弹鼻锥，飞船的前缘，超音速飞机制动装置(3)碳纤维金属复合材料 基体-金属(主要为熔点较低的金属或合金，如碳纤/铝锡合金)性能特点：接近于金属熔点仍有很好的强度和弹性模量)用途：碳纤/铝锡合金-高强度高级轴承（减磨性能优于铝锡合金）)(4)碳纤维陶瓷复合材料 基体-陶瓷（如：石英玻璃）性能特点：碳纤/石英玻璃-抗弯强度提高了约12倍，冲击韧性提高了约40倍，热稳定性也非常 好3.硼纤维复合材料增强剂：硼纤维-硼纤维沉积于钨丝-金属硼+WB晶体(芯) d=915m，b=27503140MN/m2，E=382600392400MN/m2（=4倍玻纤），=0.70.8%(1)硼纤维树脂复合材料 基体-环氧树脂，聚苯并咪唑，聚酰亚胺树脂性能：抗压强度为碳纤维复合材料的22.5倍，剪切强度高，蠕变小，硬度和弹性模量高，高疲劳强度（340390MN/m2），耐辐射，化学稳定（水，有机溶剂，燃料，润滑剂），导热性能和导电性能好（硼纤维是半导体）。应用：航空和宇航材料，如：翼面，仪表盘，转子，压气机叶片，直升机螺旋桨叶的传动轴等(2)硼纤维金属复合材料 基体-铝镁及其合金，钛及其合金性能：如铝基复合材料的强度、弹性模量、疲劳极限高于高强铝合金和耐热铝合金，比强度高于钢和钛合金 .应用：航空、火箭 4. 金属纤维复合材料增强纤维-高熔点金属：钨、钼丝,（1）金属/金属：基体-镍合金，钛合金提高合金的高温强度和弹性模量，塑性和韧性较好，用于飞机构件（2）金属/陶瓷：基体-氧化铝，氧化锆改善陶瓷脆性和抗拉能力，用作高温结构材料。 第七章汽车涂装涂料、粘接剂教学目标1. 了解汽车对涂装的性能要求及分类2. 了解汽车涂料的基本性能要求及分类3. 了解汽车涂层的保养方法4. 了解粘结剂的特点、组成及分类5. 掌握汽车涂料的组成重点和难点 1.汽车涂料的基本性能要求、分类及组成 2.汽车对涂装的性能要求7.1汽车涂装涂料7.1.1 汽车涂装性能要求及分类7.1.1.1汽车对涂装的性能要求要求具有极高的耐腐蚀性、耐水性、耐汽油、机油性、耐候性、耐酸性、耐雨性耐化学性、抗划痕及机械强度即具有优良的防护性。还应具有良好的外观装饰性，主要只色彩、光泽、丰满度和平整度7.1.1.2汽车涂装的分类按汽车涂装的对象分： 新车的生产线涂装、汽车的修补涂装。按汽车涂装不同部位分：车身外板涂装、行驶系涂装、其他部位涂装7.1.1.3新车的生产线涂装 漆前磷化处理工艺、阴极电泳涂底漆工艺、喷中涂工艺、涂面漆工艺7.1.1.4汽车的修补涂装汽车的修补涂装工艺一般由表面准备、涂底漆、刮腻子填平，喷中涂，涂面漆7.1.2 汽车涂料7.1.2.1涂料的概述1. 涂料的概念：涂料系指一种液态或粉态的有机材料，采用特定的工艺方法涂与物体表面，干燥固化后能形成牢固附着，并具有一定物理机械和化学性能的涂层，又称漆膜。2.涂料的基本性能要求涂膜性能、施工性能、环保性能及储运性能3.涂料的分类按功能分类：底漆，中涂涂料，面漆，防腐蚀涂料按干燥（固化）成膜机理分类：溶剂挥发干燥型、氧化聚合干燥型、双组分室温交联型、热固化型。按漆基分类：醇酯树脂漆、硝基漆、氨基漆、丙烯酸树脂涂料、聚氨酯涂料等。4.涂料的组成：成膜物质、颜料、溶剂和助剂（详见表）5.涂料在汽车上的应用：车身外板、行驶系、其他7.1.2.2汽车修补涂料1.汽车修补涂料均属自干型或低温型（80以下）烘干型。2.底层涂料指为各种面漆作基底层所用的涂料包底漆、封闭底漆或隔底漆。3.底层涂料分类：通用底漆、中涂、腻子、封底漆、防渗封底漆、隔绝底漆。4.修补用面漆：（详见表）7.1.2.3汽车修补涂料用辅料：溶剂、固化剂（详见表）7.1.2.4汽车涂层的保养1. 汽车涂层的主要污染源：工业落尘、酸雨、酸盐碱。2. 汽车涂层的保养：清洗时汽车漆面日常养护的重要环节之一。7.2 粘接剂7.2.1粘结剂的特点、组成及分类7.2.1.1粘接剂的概念：粘接技术是一门独立的边缘学科，它采用新成立，新工艺，是现代科学技术的一门新技术。它具有快速、牢固、经济及节能等特点。粘接技术使用的材料是粘接剂。7.2.1.2粘接技术的特点：优点；应力分布均匀，有良好的疲劳强度绝缘和抗腐蚀性好。缺点：粘接接头抗剥离强度低，易老化7.2.1.3粘接剂的分类：有机胶粘剂天然胶粘剂、合成树脂胶，无机胶粘剂7.2.1.4粘接剂的组成：基料、固化剂与硫化剂、增塑剂与增韧剂、稀释剂与容剂7.2.2粘接剂在汽车上的应用：主要用于汽车车身的密封和主要部件和总成部件