汽车机械基础课件 7-2.ppt

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1、第2节汽车常用的黑色金属金属分为黑色金属和有色金属两大类。以铁和碳两种元素为基础及多种元素组成的复杂合金称为黑色金属，钢和铸铁是机械工业中最广泛应用的黑色金属。黑色金属以外的金属称为有色金属，铜和铝及其合金是最常用的有色金属。一、钢的基本知识钢和铸铁主要是由铁和碳两种元素组成，统称为铁碳合金。碳的质量分数低于2.11%的铁碳合金称为碳素钢；碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金称为铸造生铁。注意：为了提高钢的力学性能，在冶炼碳素结构钢中加入一种或多种合金元素，如Cr、Mn、Ni、Si、Al、Mo、

2、W、Co等所得的钢，称为合金结构钢。（一）碳素结构钢1.按钢的质量分类按碳素结构钢中杂质元素的含量分类，将碳素结构钢分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢三种。注意：硅和锰可提高钢的强度和硬度，是有益的元素；硫造成钢的热脆性，磷造成钢的冷脆性，是有害的元素。应用举例：汽车中重要的零件都选用合金结构钢或优质碳素结构钢来制造，在保证质量的前提下，可以节省材料，减小汽车的质量，降低油耗。2.按钢的用途分类按钢的用途可分为结构钢、工具钢两种。应用举例：结构钢主要用于制造机械零件和工程构件，如轴、齿轮

3、、螺钉、螺纹钢、型钢等；工具钢主要用于制造刀具、量具、模具。3.按钢中碳的质量分数分类（1）低碳钢当碳素结构钢中碳的质量分数低于0.25%时，称为低碳钢。注意：低碳钢的力学性能较差，强度较低。（2）中碳钢当碳素结构钢中碳的质量分数在0.25%~0.6%之间时，称为中碳钢。注意：中碳钢的力学性能较好，强度较高，韧性和切削性能好，热处理容易，应用最广，常应用于汽车的曲柄、连杆、凸轮轴等。（3）高碳钢当碳素结构钢中碳的质量分数高于0.60%时，称为高碳钢。注意：高碳钢热处理后的耐磨性好，硬度高，应用于

4、制造锉刀、锯条、弹簧等切削工具。结论：铁碳合金的力学性能随着碳的质量分数的增加，其强度、硬度增高，而塑性、韧性降低。（二）铸铁铸铁中碳元素的存在形式有两种，一种是以石墨形式单独存在，这种铸铁的强度和硬度都很低；另一种是以化合物的形式存在，如Fe3C，这种铸铁的硬度高，但脆性大，无塑性和韧性。按照铸铁中碳元素的存在形式不同，汽车中常用的铸铁有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和合金铸铁。1.灰铸铁灰铸铁中的石墨以片状形式存在，其断口呈暗灰色。注意：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

5、性、润滑性、减振性和铸造性。2.可锻铸铁可锻铸铁中的石墨以团絮状的形式存在。可锻铸铁俗称马铁。注意：可锻铸铁的塑性和韧性比灰铸铁好。但可锻铸铁并不可以在锻锤上锻打。3.球墨铸铁铁水经过硫化处理后，使石墨大部或全部呈球状存在，这种铸铁称为球墨铸铁。注意：球墨铸铁的力学性能比灰铸铁和可锻铸铁高，其强度、塑性、韧性与相应的铸钢差不多，疲劳强度与中碳钢相同，耐磨性优于表面淬火钢，与灰铸铁同样具有良好的切削加工性、耐磨性、减振性和铸造性能。4.合金铸铁在灰铸铁或球墨铸铁的熔化过程中加入一定量的合金元素所形

6、成的铸铁，称为合金铸铁。注意：根据加入的合金元素不同，形成不同的合金铸铁。（1）耐热铸铁铸铁中加入合金元素Al、Si、Cr，使铸铁表面形成保护性的氧化膜，在高温下具有抗氧化的能力，称这种合金铸铁为耐热铸铁（2）耐磨铸铁铸铁中加入合金元素W、Cu、Cr、Ti，并提高磷的质量分数，称这种合金铸铁为耐磨铸铁。耐磨铸铁的强度、韧性和耐磨性都较高。（3）高强度铸铁球墨铸铁中加入少量的合金元素Cu和Mo，称这种合金铸铁为高强度铸铁。（三）铸钢铸钢是将熔化的钢水直接浇注入预先造型好的沙箱中，不用经过轧制就能得

7、到机械零件。注意：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。（四）合金钢合金钢是为了提高的力学性能或得到某些特殊的性能，在冶炼碳素结构钢时加入合金元素，以改变钢材的综合性能。注意：常用的合金元素有Cr、Mn、Ni、Si、Al、Mo、Ti、V、Co等。合金钢按用途分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。注意：与同样的碳的质量分数的碳素结构钢相比较，合金钢具有更高的硬度、强度、耐磨性、淬透性，整体力学性能都得到较大的

8、提升。但是，合金钢的工艺性能不如普碳钢，尤其是对应力集中的敏感性较大。（五）钢的热处理钢的热处理是将钢加热到一定的温度，并保持一定的时间，然后快速冷却到室温的工艺方法。注意：热处理可以改善钢的内部组织，提高钢的力学性能，延长使用寿命，是强化钢材、发挥潜在能力的重要工艺措施。按处理的位置不同，钢的热处理分为普通热处理和表面热处理两种。按加热温度和冷却速度的不同，普通热处理分为退火、正火、淬火和回火四种，通称为“四火”。表面热处理分为表面淬火和化学热处理两种。1.退火定义：将钢件加热到材料内部组织变