第二部分 汽车材料



普通碳素结构钢常用于制造汽车传动轴间支架、发动机 前后支架、后视镜支杆、三、四、五档同步器锥盘、差 速器螺栓锁片、车轮轮辐、驻车制动操纵杆棘爪和齿板 等零件。 2. 优质碳素结构钢 优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，该数字表示钢 的平均碳的含量的万分数，如牌号45表示其平均碳的含 量为0.45%。对于较高锰含量的优质碳素结构钢，则在 对应牌号后加“Mn”表示，如45Mn、65Mn等。 优质碳素结构钢在汽车上的应用实例：08钢应用于驾驶 室、油箱、离合器等；20钢用于离合器分离杠杆、风扇 叶片、驻车制动杆等；45钢应用于凸轮轴、曲轴、转向 节主销、离合器踏板轴等；65Mn钢应用于气门摇臂复 位弹簧、活塞油环簧片、离合器压板盘弹簧等。
（1）密度 材料的密度是指单位体积物质的质量，用符 号ρ表示，单位为kg／m3. （2）熔点 熔点是指材料由固态向液态转变的温度。 （3）导热性 材料的导热性是指材料传导热量的能力。 常用导热率（亦称导热系数）λ表示，单位为W／ （m· K）。 （4）导电性 材料传导电流的能力称为导电性。 （5）热膨胀性 材料的热膨胀性是指材料随着温度的变 化产生膨胀、收缩的特性。 （6）磁性 材料能被磁场吸引或被磁化的性能称为磁性 或导磁性。 2．材料的化学性能 材料的化学性能是指材料抵抗周围介质侵蚀的能力。
熔点 960.8 660.1 1083 1903 1538 650 1244 1453 1677 231.91 3380
热导率 418.6 221.9 393.5 67 75.4 153.4 4.98(-192) 92.1 15.1 62.8 166.2
线膨胀系数 19.7 23.6 17 6.2 11.76 24.3 37 13.4 8.2 2.3 4.6(20)

合金工具钢是在碳素工具钢的基础上，再加入适量合金 元素的钢，按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢三大类： 合金刃具钢、合金模具钢（冷作模具钢、热作模具钢） 和合金量具钢。

（五）特殊性能钢

特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的钢，常用特 殊性能钢包括1.不锈钢2.耐热钢3.耐磨钢


6.2.3 铸铁
电阻率 1.5 2.655 1.67-1.68 12.9 9.7 4.47 185 6.48 42.1-42.8 11.5 5.1
磁导率 抗磁 21 抗磁 顺磁 铁磁 12 顺磁 铁磁 182 2
注：密度的单位为（kg/m³ ）x10³ ；熔点的单位为℃；热 导率的单位为W/(m· K)；线膨胀系数的单位为K-1x10-6； 电阻率的单位为（Ω· m）x10-6；磁导率的单位为H/m。
（二）合金钢的牌号



牌号首部用数字标明碳含量，规定合金结构钢以万分之 一为单位的数字（两位数），工具钢和特殊性能钢以千 分之一为单位的数字（一位数）来表示碳含量。 （三）合金结构钢
合金结构钢是在碳素结构钢的基础上加入一种或几种合 金元素的钢，主要有：①低合金结构钢； ②合金渗碳 钢； ③合金调质钢； ④合金弹簧钢； ⑤滚动轴承钢。 （四）． 合金工具钢
1． 普通碳素结构钢 （1）质量等级符号含义 A级的硫、磷的含量最低，D 级的硫、磷的含量最高。 （2）脱氧方法符号含义 F-沸腾钢，Z-镇静钢，TZ-特 殊镇静钢。通常多用镇静钢，故其符号Z一般省略不表 示。 2． 优质碳素结构钢



普通碳素结构钢的规定牌号有Q195、Q215、Q235和Q275四种。 这类钢的碳含量较低，而硫、磷等有害元素和其他杂质含量较多， 故强度不够高，但塑性，韧性好，焊接性能优良，冶炼简便，成 本低，使用时一般不进行热处理。普通碳素结构钢一般作为工程 用钢，广泛用于建筑、桥梁、船舶、车辆工程。碳素结构钢也可 作为机器用钢，用于制造不重要的机6.1.2 金属材料的物理、化学及工艺性能
1． 材料的物理性能
材料的物理性能是指材料的固有属性，如密度、熔点、 导热性、导电性、热膨胀性、磁性和色泽等。常用金属 材料的物理性能见表6-1 表6-1 常用金属材料的物理性能

金属 元素符号密度 银 铝 铜 铬 铁 镁 锰 镍 钛 锡 钨 Ag Al Cu Cr Fe Mg Mn Ni Ti Sn W 10.49 2.689 8.96 7.19 7.84 1.74 7.43 8.90 4.508 7.298 19.3
根据碳在铸铁中存在的形式的不同，常用铸铁有：灰铸 铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、合金铸铁。


6.2.4 非铁金属及其合金材料
非铁金属及其合金材料是指除钢铁材料以外的金属及其 合金。非铁金属具有特殊的物理、化学和力学性能。 1． 铝及铝合金 铝元素是自然界中储量最丰富的金属材料。铝元素的单 质金属铝及铝合金属于轻金属，是一类十分重要的金属 材料，也是目前汽车工业中的重要材料之一，使用量和 使用率每年都在增加。




（1）耐蚀性 （2）抗氧化性 3．材料的工艺性能 金属材料的工艺性能是指金属材料在加工过程中所具有 的和表现出来的性能。 （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 根据含碳量的不同，可将铁碳合金分为三类 ①工业纯铁 ②钢 根据含碳量及室温组织的不同，又可分为以下三 类： 共析钢——含碳量为0.77% 亚共析钢——含碳量小于0.77% 过共析钢——含碳量大于0.77% ③生铁 含碳量大于2.11%的铁碳合金称为生铁。

6.2 汽车常用金属材料


6.2 汽车常用金属材料


6.2.1 碳钢
碳钢，又称碳素钢，通常指含碳量小于2.11%的铁碳合金。

（一）常见杂质元素对碳钢性能的影响
含有锰、硅、硫、磷等杂质元素，它们对碳钢的性能有一定的影 响。 （1）锰 锰是钢中的有益元素，由于炼钢时用锰铁脱氧而残留在 钢中的。 （2）硅 硅也是钢的有益元素。 （3）硫 硫是钢的有害元素，是在炼钢时由矿石和燃料带入钢中 的，难以除尽。 （4）磷 磷是钢中的有害元素，也在炼钢时由矿石带入钢中的。
金属的静态力学性能指标包括塑性、强度、硬度等。下面以低碳 钢静载荷拉伸试验为例说明金属材料的各个静态力学性能指标。



1. 静载荷拉伸试验

静载荷拉伸试验是材料学里非常重要的试验，通过拉伸 试验可以测定金属的强度和塑性指标。
静载荷拉伸试验的原理：用静拉力（载荷）对待测样本 进行轴向拉伸，同时连续测量并记录试验力的大小和相 应的试样伸长量，一直到试样断裂。根据测量的数据， 即可得出有关的力学性能指标，如图6-1所示。


二、 金属材料的动态力学性能 1．冲击韧度 冲击韧度是指零件承受一次或数次大能量冲击的能力。 通常采用一次摆锤冲击试验来测定材料的冲击韧度αk αk=Ak／F 式中，Ak为冲击功（J）,F为试样缺口处的截面积 （cm2）, αk的单位为J／cm2。 2． 疲劳强度 疲劳强度是指材料经无数次的应力循环仍不断裂的最大 应力，用以表征材料抵抗疲劳断裂的能力。测试材料的 疲劳强度最简单的方法是旋转弯曲疲劳试验。试验测得 的材料所受循环应力σ与断裂前的循环次数N的关系曲 线称为疲劳曲线，如图6-7 所示。由图中可以看出，循 环应力越小，则材料断裂前所承受的循环次数越多。当 应力降低到某一值时，曲线趋于水平，即表示在该应力 作用下，材料经无数次的应力作用达到某一基数而不断 时，其最大应力就作为该材料的疲劳极限，一般钢铁材 料的循环次数取107次。





3．碳素工具钢 碳素工具钢是指含碳量为0.7%-1.3%的高碳钢。牌号用 “T”表示钢的种类，后面的数字表示含碳量的千分数。 常用的碳素工具钢有T8、T10、T10A、T12A(A表示高级 优质钢)等。由于碳素工具钢的热硬性较差，热处理变 形较大，仅适用于制造不太精密的模具，木工工具和金 属切削的低速手用刀具（锉刀、锯条、手用丝锥）等。 4．铸钢 铸钢的牌号由“ZG”和两组数字组成，其中“ZG”为铸 钢代号，代号后面的两组数字分别表示屈服强度σs （MPa）和抗拉强度σb（MPa）。例如：ZG270-500表 示屈服强度为270MPa,抗拉强度为500MPa的铸钢。 铸钢在汽车上的应用实例：ZG270-500用于化油器，操 作杆活接头等；ZG310-570用于CA1092的进排气岐管压 板，前减震器下支架等。
在实际生产中使用的碳钢，不单纯是铁和碳组成的合金，还包





（二）碳钢的分类
普通碳素结构钢 Q195、Q215、 … 碳素结构钢 优质碳素结构钢 08、10、15、…
碳素钢
碳素钢 碳素钢
碳素工具钢 T7、T8、T13、…
铸钢 ZG270-500、ZG310-570



（三）碳钢的牌号、性能和用途
第6章 汽车常用工程材料
本章导读

一般来讲，一辆汽车由3万个零件组装而成。汽车上每 个零件的生产制造都涉及到材料问题。据统计，汽车上 的零部件采用了4000余种不同的材料加工制造。从汽车 的设计、选材、加工制造、到汽车的使用、维修和养护 无一不涉及到材料。 用以制造各种汽车零件的材料统称为汽车工程材料。一 般将其分为两大类：金属材料和非金属材料。在目前机 械工业生产中，普遍使用钢铁、铜、铝等金属材料；此 外，工程塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料的应用也日趋 广泛。具体分类如下。

本章要点


1．金属材料的主要性能 2．汽车常用金属材料和非金属材料的分类、特点及应 用 3．钢热处理的特点、方法及应用 4．汽车新型材料的选用


6.1.1金属材料的力学性能
6.1 金属材料的主要性能
金属材料的力学性能主要决定于材料本身的化学成分、 组织结构、冶金质量、表面和内部的缺陷等内在因素， 但一些外在因素如载荷性质、温度、环境介质等也会影 响到材料的力学性能。因此，力学性能不仅是验收，鉴 定材料性能的主要依据，而且也是零件设计和选择材料 的重要依据。 属材料的力学性能是指金属材料在外加载荷（外力）作 用下表现出来的特性。载荷按其作用形式的不同，分为 静载荷、冲击载荷和交变载荷等。 一． 金属材料的静态力学性能