资源简介

(共58张PPT)
项目一 汽车常用金属材料
任务1 金属材料的力学性能
任务2 金属材料在汽车上的应用
项目二 汽车常用非金属材料
任务 汽车常用非金属材料的选用
模块四 汽车常用材料
导 语
模块四 汽车常用材料
零件是机械制造的单元，材料是制造零件的物质基础，机械的性能和零件的寿命都与材料的选用密切相关。在人类社会发展的过程中，材料扮演着划分时代的角色。
图4-1所示为人类发展史上几个以材料划分的关键时期。
图4-1 材料时代
（a）工具石器时代
（b）青铜鼎青铜器时代
（c）玉柄铁剑铁器时代
（d）轴承现代
导 语
随着社会科技的不断发展，各种机械设备对材料的要求也越来越高，伴随新技术的不断涌现，新材料的更新也日新月异。各种新型材料的性能不但能够满足物理学、化学以及机械制造加工等各方面的性能需求，还能在美观、成本、产量等方面满足时代要求。
模块四 汽车常用材料
导 语
汽车整车所用材料多种多样，并且根据汽车的需求不同、性能的多样、使用环境的差异等对材料提出了严苛的要求，可以说，材料是汽车工业发展的重要基础。
汽车零部件按照材料化学成分不同，通常有普通金属材料（钢、铁、铸铁）、轻质金属材料（铝合金）、非金属材料（塑料、橡胶、织物）和复合材料（碳纤维）几大类。
各种材料的搭配可以在保证汽车的强度和安全性能的前提下，有效提高汽车的动力性能、耐久性和经济性，通过材料较好的加工工艺性能和经济性来降低车辆制造成本，从而减少车辆行驶过程中的燃料消耗、降低排放污染。
模块四 汽车常用材料
导 语
模块四 汽车常用材料
图4-2 汽车结构与零件
汽车整车所用材料多种多样，并且根据汽车的需求不同、性能的多样、使用环境的差异等对材料提出了严苛的要求，可以说，材料是汽车工业发展的重要基础。
汽车零部件按照材料化学成分不同，通常有普通金属材料（钢、铁、铸铁）、轻质金属材料（铝合金）、非金属材料（塑料、橡胶、织物）和复合材料（碳纤维）几大类。
各种材料的搭配可以在保证汽车的强度和安全性能的前提下，有效提高汽车的动力性能、耐久性和经济性，通过材料较好的加工工艺性能和经济性来降低车辆制造成本，从而减少车辆行驶过程中的燃料消耗、降低排放污染。
项目一 汽车常用金属材料
本项目概述
模块四
本项目主要介绍常见金属材料的分类、牌号、成分、性能及材料选用原则以及在各类汽车零件中的应用。
本项目主要包括两个任务：金属材料的力学性能、金属材料在汽车上的应用。
通过任务学习，掌握常见金属材料的基本力学性能知识，了解汽车上常见零件所使用的材料。通过学习知识完成课后习题，强化对知识的理解和掌握；通过任务实施部分，达成知识的应用掌握
任务1 金属材料的力学性能
在汽车零件的设计与制作过程中，如何合理地选择和使用材料是一项十分重要的工作。不仅要考虑材料的力学性能是否能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且还要考虑材料应具有良好的工艺性能和经济性。
金属材料是应用最多的汽车工程材料，占整车所用材料的 80%左右。只有了解金属材料的性能并熟悉汽车常用材料的性能要求与特点，才能正确地选用和加工金属材料。如图4-1-1 所示为常见汽车零件所用的金属材料
模块四
项目一
图4-1-1 常见汽车零件用金属材料
（a）工具石器时代
（a）工具石器时代
（a）工具石器时代
任务1 金属材料的力学性能
一、金属力学性能
模块四
项目一
1、定义
各种机械零件或工具在使用过程中都要受到各种形式外力的作用，如弯曲、扭力的作用。这就要求金属材料必须具有一定的承受机械载荷而不产生超过许可变形或不被破坏的能力，就是金属材料力学性能。
常见的金属材料力学性能有五大指标：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度。
任务1 金属材料的力学性能
模块四
项目一
金属零件在加工和使用过程中，都会受到外力的作用，这种外力称为载荷。
常见的载荷按作用性质可分为：静载荷、冲击载荷和交变载荷三种。
一、金属力学性能
2、作用力种类
任务1 金属材料的力学性能
模块四
项目一
机械零件在使用中常见的损坏或失效形式有变形、断裂及磨损等。
二、机械零件的常见损坏形式
任务1 金属材料的力学性能
模块四
项目一
三、金属的性能指标
1、强度
任务1 金属材料的力学性能
模块四
项目一
三、金属的性能指标
2、塑性
金属材料在载荷的作用下发生塑性变形而不被破坏的能力称为塑性。衡量塑性好坏的指标用伸长率 δ 和断面收缩率 ψ 来表示。
具有良好的塑性，有利于金属材料的冲压成型加工。如轿车车身外壳、货车厢板、油箱等，若塑性不好，冲压成型时容易开裂。
3、硬度
金属材料抵抗外物压入其表面的能力称为硬度，即材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。
硬度是金属材料的一个重要力学性能指标。
硬度越高，材料的耐磨性越好，但其韧性会相应下降。
任务1 金属材料的力学性能
模块四
项目一
三、金属的性能指标
硬度指标：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
任务1 金属材料的力学性能
模块四
项目一
三、金属的性能指标
常见的硬度检测方法根据材料特性及材料热处理手段进行选择：
任务1 金属材料的力学性能
模块四
项目一
三、金属的性能指标
4、韧度
韧度是指金属材料防止受冲击载荷作用而破坏的能力。即是指金属材料在断裂前吸收变形能量的能力。
采用吸收能力 K 来表示。
5、疲劳强度
疲劳强度是指金属材料在循环应力作用下能经受无限次循环而不断裂的最大应力。
汽车零部件由于大多承受交变载荷且零件使用环境较为恶劣，所以要求零件表面有高的强度以耐磨；而零件内部要求有高的韧度以防止零件突然断裂造成事故。
因此汽车零部件选用材料类型较多，同一种材质选用的热处理的方式也多种多样。
任务1 金属材料的力学性能
模块四
项目一
1．实施目的
掌握金属材料的力学性能定义及正确判断。
2．实施方式
分组讨论，结合金属材料的力学性能基本知识，完成下面讨论：
（1）机械零件在使用中常见的损坏形式有哪些？
（2）举例说明变形、弹性变形、塑性变形、断裂、磨损的定义。
（3）金属的性能指标强度、塑性、硬度、韧度、疲劳强度的定义分析。
任务实施
任务1 金属材料的力学性能
模块四
项目一
典型例题解析
【例 1】金属材料在断裂前吸收变形能量的能力是（ ）。
A．塑形 B．韧性 C．疲劳强度 D．硬度
【分析】本题主要考查各力学性能的定义：金属材料在断裂前吸收变形能量的能力。
【答案】B
【例 2】金属材料力学指标“Rel”表示的是（ ）。
A．抗拉硬度 B．疲劳强度 C．屈服强度 D．硬度
【分析】本题主要考查各力学性能的表示符号。抗拉强度用 Rm 表示，下屈服强度用Rel 表示，硬度根据不同的试验方法分别用 HBW、HR、HV 表示，疲劳强度用 σ-1 表示。
【答案】C
拓展练习
任务1 金属材料的力学性能
模块四
项目一
1．金属材料抵抗永久变形（塑性变形）和断裂的能力成为（ ）。
A．塑性 B．韧性 C．硬度 D．强度
2．下列零件可用布氏硬度 HBW 来测定硬度值的是（ ）。
A．高频淬火的轴 B．硬质合金刀片 C．铸铁底座 D．渗碳淬火齿轮
3．金属表面上局部体积内抵抗塑性变形和破坏的能力称为（ ）。
A．韧性 B．硬度 C．弹性 D．强度
4．金属材料抵抗永久变形和断裂的能力成为（ ）。
A．强度 B．塑性 C．硬度 D．韧性
5．σb 表示试样（ ）所能承受的最大拉应力。
A．拉断前 B．拉断后 C．屈服时
6．金属的（ ）越好，则它的锻造性能就越好。
A．强度 B．塑形 C．强度 D．韧性
巩固练习
任务1 金属材料的力学性能
模块四
项目一
7．螺钉在使用后发现有塑性变形，是因为螺钉材料的力学性能（ ）值不足。
A．σs B．σb C．δ D．ψ
8．材料 A 的硬度为 380HBS，材料 B 的硬度为 43HRC，A 的硬度比 B（ ）。
A．硬 B．软 C．相近
9．锻钢材质的轮毂应采用（ ）硬度试验法测定硬度。
A．HBS B．HRC C．HRA
10．汽车上普通缸盖的螺栓就是以（ ）为设计依据。
A．弹性极限 B．强度极限 C．屈服极限 D．疲劳强度
11．在有关零件的图纸上，出现以下几种硬度技术条件的标注方法，其中正确的是（ ）。
A．600～650HBS B．HBW=200～250kgf/mm2
C．45～50HRC D．70～75HRC
巩固练习
任务1 金属材料的力学性能
模块四
项目一
12．不宜用于气缸套内表面硬度测试方法的是（ ）。
A．布氏硬度 B．洛氏硬度 C．维氏硬度 D．以上都可以
13．对于齿轮的轮齿，其要求正确的是（ ）。
A．表面硬度高、内部韧性高 B．表面硬度低、内部韧性高
C．表面硬度高、内部韧性低 D．表面硬度低、内部韧性低
14．当前汽车上采用的“预应力螺栓”对拧紧方式有严格要求，大多采用“转矩+角度”的紧固方式。其最后拧紧的角度是让螺栓处于（ ），从而防止车辆在交变载荷下造成螺栓松动。
A．弹性区 B．强度区 C．屈服区 D．疲劳区
15．预应力螺栓一般为一次性螺栓，即便是螺纹没有损坏，其拆卸后也应更换新件。如果允许重复使用的，在试用前应测量螺栓的（ ）。
A．长度和直径 B．螺杆长度 C．螺帽长度 D．螺帽有无损伤
巩固练习
任务1 金属材料的力学性能
模块四
项目一
金属材料的力学性能包括强度、硬度、塑性、冲击韧性和疲劳强度。
任务小结
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
金属材料是汽车工业应用的主要材料。一辆汽车由三万多个零件组成，这些零件 80%都是金属材料及其合金制成的，而金属材料中又以钢铁材料的用量最多，目前随着车辆轻量化设计的要求，部分汽车的车身及底盘类零件逐步采用高强度铝合金材料。部分零件在不同性能的车上，即便是同一个零件位置，其采用的材料也可能不同，甚至同一个品牌汽车的同一个部件，由于批次和配置不同，选用的材料也可能不同。如图 4-1-2 所示为汽车上常见的金属零件。
图4-1-2 汽车上常见的金属零件
（a）铸铁制动盘
（a）铝合金下摆臂
（a）低碳钢下摆臂
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
钢铁是铁（Fe）与碳（C）的合金，在部分高性能钢材中，还会加入硅（Si）、锰（Mn）、硫（S）、磷（P）等少量的其他元素组成合金钢。除铁外，碳的质量分数对钢铁材料的力学性能起着主要决定作用，统称为铁碳合金。
碳的平均质量分数的铁碳合金称为钢；的铁碳合金称为铸铁。
按照化学成分，钢可以分为非合金钢、低合金钢及合金钢三类。
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
一、汽车用碳素钢
碳素钢是指碳的质量分数的铁碳合金，属于非合金钢。除 Fe、C 两个主要元素外，还有 Mn、Si、S、P 等常存元素，对钢的质量有很大影响。其中 Mn、Si 是有益元素；S、P 是有害元素，必须严格控制其含量。碳素钢因其冶炼方便、价格低廉，容易加工，是制造汽车零件的主体，如汽车上的变速器、制动盘、制动鼓、轴、销等。
图 4-1-3所示为碳素钢制造的典型汽车零件。
图4-1-3 碳素钢制造的典型汽车零件
（a）制动鼓
（b）油底壳
（d）凸轮轴
（c）摇臂
（e）连杆
（f）气门导管
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
一、汽车用碳素钢
目前，随着铸铁材质的不断提升，部分零件也采用其他材料代替制作，以获得更加优异的实用性和经济性。比如目前部分车辆的制动鼓、摇臂、凸轮轴和气门导管等就采用了优质铸铁代替了原来的碳钢，所以每个零件使用的材料并不是一成不变的，我们在日常学习工作中，要注意及时学习新知识、新技术，避免知识结构落伍。
碳素钢作为汽车上使用量最大的钢类材料，其通常按照含碳量、含硫量及用途等进行分类。
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
一、汽车用碳素钢
（1）按含碳量的高低分为：
低碳钢—碳的质量分数为的钢。
中碳钢—碳的质量分数为 的钢。
高碳钢—碳的质量分数为 的钢。
1、碳素钢的分类
碳素钢分类——按含碳量的高低分 名 称 碳的质量分数
低碳钢
中碳钢
高碳钢
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
一、汽车用碳素钢
（2）按有害物质含量（主要根据 S、P 的含量，其含量越低越好）、分为：
1、碳素钢的分类
碳素钢分类——按有害物质含量分 名 称 有害物质含量
普通钢
优质钢 ，
高级优质钢 ，
特级优质钢
普通钢——，
优质钢，
高级优质钢，
特级优质钢
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
一、汽车用碳素钢
（3）按用途来分
碳素结构钢：
用于制造各种机器零件和结构件，比如汽车承载式车身、非承载车身的前纵梁等多采用碳素结构钢，碳素结构钢多为低碳钢或中碳钢。
碳素工具钢：
用于制造各种刀具、量具和模具。比如汽车维修中经常使用的钻头、铰刀、开孔钻、锯条、錾子等多为碳素工具钢，碳素工具钢多为高碳钢。
1、碳素钢的分类
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
一、汽车用碳素钢
普通碳素结构钢主要保证零件的机械性能，故其材料的牌号主要体现其机械性能。
其牌号用“Q+数字”的组合方式来表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音首字母，数字表示屈服强度的数值。
比如 Q275 表示普通碳素结构钢，其屈服强度为 275MPa。
2．普通碳素结构钢及其性能要求
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
一、汽车用碳素钢
优质碳素结构钢必须保证钢的化学成分和机械性能，通常用于受力复杂或者对于使用要求比较高的场合。
其牌号用两位数字表示平均碳的质量分数的万分数。比如 45 钢表示钢中含碳的质量分数为 0.45%的优质碳素结构钢。
3．优质碳素结构钢及其性能要求
优质碳素结构钢还可分为 名 称 碳的质量分数
渗碳钢 0.15%～0.25%
调质钢 0.25%～0.50%
弹簧钢 0.55%～0.90%
根据碳含量、热处理和用途的不同，优质碳素结构钢还可分为以下三类：
渗碳钢：碳含量为 0.15%～0.25%
调质钢：碳含量为 0.25%～0.50%
弹簧钢：碳含量为 0.55%～0.90%
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
一、汽车用碳素钢
铸钢件主要用于制作受冲击载荷作用且形状复杂的零件，比如轮毂轴头，其含碳量为0.15%～0.60%。
铸钢牌号有两种表示方法：一种由“ZG”即“铸钢”两字的汉语拼音首字母和两组数字组成。前一组数字表示铸钢屈服强度的最低值，后一组数字表示抗拉强度的最低值。比如 ZG200—400 表示屈服强度≥200MPa，抗拉强度≥400MPa 的铸钢。另一种用在“ZG”后加一组数字及合金元素符号，表示含碳量的万分数。比如 ZG40Mn 表示含碳量为 0.45%，锰的含量小于 1.5%。
4．铸造碳素钢及其性能要求
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
一、汽车用碳素钢
用于汽车上的力学性能要求不太高的零件，比如Q235 钢通常用于汽车轮辋、消声器等。
（1）优质碳素结构钢在汽车上的应用， 常见优质碳素结构钢在汽车上的应用见用见表 4-1-1。
5．碳素钢在汽车上的应用
表 4-1-1 常见优质碳素结构钢在汽车上的应用 分 类 牌 号 应 用 说 明
低碳钢 08 油底壳、离合器盖、燃油箱 强度低，塑性、焊接性好，用于制造冲压件、焊接件。经过渗碳淬火后可提高表面硬度和耐磨性，用于高速、重载、受冲击件。
15 轮胎螺栓、螺母、气门室罩、离合器调整螺栓 20 离合器分离杠杆、风扇叶片、驻车制动杆 中碳钢 35 正时齿轮、机油泵齿轮、连杆螺母、气缸盖定位销 调质后有良好的力学性能，用于受力较大的重要件。表面淬火后，可提高表面硬度和耐磨性，用于高速重载重要件，如齿轮零件类。
45 气门推杆、凸轮轴、曲轴、离合器踏板轴及分离叉 50 离合器从动盘 高碳钢 65Mn 气门弹簧、离合器压盘弹簧、活塞销卡簧 弹性或耐磨性好，用作弹性件或耐磨件。如弹簧板簧。
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
一、汽车用碳素钢
（2）铸钢在汽车上的应用
常见铸钢在汽车上的应用见表 4-1-2。
5．碳素钢在汽车上的应用
表 4-1-2 常见铸钢在汽车上的应用 牌 号 应 用
ZG 270—500 车辆后桥、轴管法兰、轮毂轴头、转向节
ZG 310—570 变速器拨叉、起动爪、差速器壳体
ZG 340—640 主减速器齿轮、分动器、驱动桥桥壳
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
二、汽车用合金钢
合金钢就是在碳钢的基础上，有目的地加入一些其他元素来改善材料的力学性能，这些元素既可以是金属元素，也可以是非金属元素，这些加入的元素统称为合金元素。合金元素与钢中的铁、碳元素产生相互作用，可以提高和改善钢的使用性能。汽车上一些性能要求较高的重要零件，比如十字轴、半轴、齿轮、气门弹簧、气门、活塞销等大多使用合金材料制造。
常见合金钢制作的典型汽车零件如图 4-1-4 所示。
（a）十字轴
（b）半轴
（c）齿轮
（d）气门弹簧
（e）气门
（f）活塞销
图4-1-4 常见合金钢制作的典型汽车零件
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
二、汽车用合金钢
合金元素对钢性能的影响见表 4-1-3。
1．合金元素对钢性能的影响
表 4-1-3 合金元素对钢性能的影响 合 金 元 素 性 能 影 响
铬（Cr） 提高强度和硬度
镍（Ni）6%以下 提高强度和韧度
锰（Mn）2%以下 提高强度和韧度
硅（Si） 提高强度、硬度、疲劳强度、耐蚀性和抗氧化性
钨（W） 提高钢的强度、耐磨性和良好的热硬性
钒（V） 提高强度、韧度
铝（Al） 提高抗氧化性
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
二、汽车用合金钢
2．合金钢的分类
合金钢的分类 按合金元素的含量分 按用途分 低合金钢 合金元素总含量小于 5% 合金结构钢 制造各种机械零件和工程结构
中合金钢 合金元素总含量为 5%～10% 合金工具钢 制造各种重要的工具、量具和刃具
高合金钢 合金元素总含量大于 10% 特殊性能钢 制造有特殊性能要求的结构件和机械零件
（1）按合金元素的含量分：
低合金钢—合金元素总含量小于 5%。
中合金钢—合金元素总含量为 5%～10%。
高合金钢—合金元素总含量大于 10%。
（2）按用途分：
合金结构钢—用来制造各种机械零件和工程结构。
合金工具钢—用来制造各种重要的工具、量具和刃具。
特殊性能钢—用来制造有特殊性能要求的结构件和机械零件。
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
二、汽车用合金钢
（1）牌号采用“两位数字+元素符号（或汉字）+数字”表示。前两位数字表示钢中平均含碳量的万分数，元素符号（或汉字）表示钢中主要合金元素的种类，后面的数字表示该元素含量的百分数。
合金元素的含量小于 1.5%时不标，平均质量分数为 1.5%～2.5%，2.5%～3.5%…时，则相应地标为 2,3…，以此类推。例如：
3．合金结构钢的牌号表示方法
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
二、汽车用合金钢
（2）低合金高强度结构钢的牌号用
“Q+数字+质量等级”表示，其中“Q”表示屈服强度；数字表示屈服强度数值；质量等级用 A、B、C、D、E（越靠后含量越大）表示钢中 S、P 的含量。比如 Q345E 表示屈服强度为 45MPa 的 E 级合金高强度结构钢。
典型合金钢在汽车上的应用，见表 4-1-4。
3．合金结构钢的牌号表示方法
表 4-1-4 典型合金钢在汽车上的应用 钢 种 牌 号 应 用
合金结构钢 低合金钢 Q345B 车架纵横梁、燃油箱托架
Q390B 车架前横梁、中横梁、前保险杠
合金渗碳钢 15Cr 活塞销、挺杆、气门弹簧座
20CrMnTi 变速器齿轮、半轴齿轮、万向节、十字轴
15MnVB 变速器轴、齿轮、齿套
20MnVB 减速器齿轮、万向节十字轴、差速器十字轴
合金调质钢 35CrMo 锻钢曲轴
40Cr 进气门、连杆、气缸盖螺栓、水泵轴、半轴
40CrNi 重型汽车半轴、传动轴
40MnB 变速器轴、重型汽车半轴
50Mn2 减震盘、离合器从动盘
合金弹簧钢 65Mn 气门弹簧
65Si2Mn 钢板弹簧
55SiMnVB 钢板弹簧
50CrMn 钢板弹簧
特殊性能钢 耐热钢 4Cr10Si2Mo 排气门
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
三、铸铁
铸铁是含碳量大于 2.11%的铁碳合金。工业上常用铸铁中含碳量一般为 2.5%～4.0%。铸铁具有良好的铸造性、减振性、耐磨性和切削加工性，价格便宜，应用广泛。但是由于铸铁的塑性、韧性较差，无法用锻造成型加工方法，只能用铸造方法形成零件。汽车中常见的发动机缸体、缸盖、变速箱壳体等大多由铸铁制造。
根据碳在材料中存在形式的不同，常用的铸铁有灰铸铁（HT）、可锻铸铁（KT）、球墨铸铁（QT）、蠕墨铸铁（RuT）、合金铸铁等。
灰铸铁中的碳主要以片状石墨的形态存在，其断口呈灰色，是目前生产中应用最多的一种铸铁。灰铸铁具有良好的铸造性、减振性、耐磨性及切削加工性，广泛用于制造一些形状复杂、强度要求不高的零件。
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
三、铸铁
灰铸铁的牌号以“HT + 数字” 表示。其中“HT”表示“灰铁”的汉语拼音首字母，数字表示其最低抗拉强度。常用的灰铸铁有 HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350 等牌号。常用灰铸铁的牌号及在汽车上的应用如表 4-1-6 所示。
表 4-1-6 常用灰铸铁的牌号及应用 名 称 应 用
HT150 进排气歧管、变速器壳体、水泵叶轮等
HT200 凸轮轴正时齿轮、飞轮壳、气缸体、气缸盖、气门导管、制动蹄等
HT250 气缸体、飞轮、曲轴带轮等
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
四、常用非铁金属在汽车上的应用
金属材料包括钢铁材料和非铁金属（有色金属）两大类。非铁金属材料就是钢铁材料之外的其他金属。常用的非铁金属主要有铝及铝合金、铜及铜合金。常用非铁金属在汽车上的应用如表 4-1-7 所示。
表 4-1-7 非铁金属在汽车上的应用 名 称 特 点 应 用
铝及铝合金 塑性好，可进行冷热状态下的压力加工 气缸体、活塞 气缸体、活塞
铜 紫红色，优良的导电性、导热性 气缸垫
铜合金 黄铜 铜合金中添加锌元素，塑性、硬度、强度较好 垫圈、弹簧、齿轮
青铜 铜合金中添加锡或铅，熔点低、高强度、流动性好 弹簧、齿轮轴、蜗轮、轴承
白铜 铜合金中添加镍元素，强度高、抗腐蚀性较好 抗海水腐蚀和化工设备的零部件
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
五、汽车常用材料的选用
汽车常用材料的选用如表 4-1-8 所示。部分汽车零件可以根据使用要求的不同，采用不同材料制造，所以许多零部件的材料并不是固定不变的。如气缸套，我们可以采用灰铸铁、球磨铸铁、合金铸铁或合金钢等材料制作。
表 4-1-8 汽车常用材料的选用 名 称 材 料 牌 号 名 称 材 料 牌 号
车身、车壳 薄钢板 08、20、25、Q235 活塞销 低碳钢、低碳合金渗碳钢 20、20Mn、15Cr、20CrMnTi
气缸体 灰铸铁、球墨铸铁、铝合金、铸钢 HT200 齿轮 渗碳钢 20Cr、20CrMnTi
滑动轴承 锡基、铅基、铜基轴承合金 ZCHSnSb12—4—10 后桥壳 可锻铸铁 KT350—10
活塞 铝合金 ZL108 气缸套 合金铸铁 钒钛铸铁
曲轴 球墨铸铁 QT600—3、QT400—17 气缸盖 灰铸铁、合金铸铁、铝合金 HT200
气门弹簧 弹簧钢 50CrMn、65Mn、65Si2Mn 活塞环 灰铸铁、可锻铸铁、合金铸铁、球墨铸铁 KTZ450-06
进气门 合金钢 40Cr、35CrSi、42Mn2V 凸轮轴 球墨铸铁、锻钢 QT600—3
排气门 耐热钢 4Cr10Si2Mo 螺栓、铆钉 低碳钢、中碳钢、调质钢 10、15/35/40Cr、15MnVB
油底壳 低碳钢 Q235、20、16Mn 汽车板簧 高弹性的合金弹簧钢 65Mn、50CrMn、55SiMnMoV
连杆 中碳合金调质钢 40Cr、40MnB、45 钢 半轴 调质合金钢 中、小型：45 钢、40Cr
连杆轴瓦 轴承合金 ZCHSnSb12—4—10 重型：40MnB、40CrNi
模块四
项目一
1．实施目的
观察发动机各组成部分，如图 4-1-5 所示，结合钢、铸铁的相关知识，为各典型零件选择合适的材料。
2．实施方式
分组讨论，结合汽车典型零件的选材知识，完成下列表格。
任务实施
任务2 金属材料在汽车上的应用
图4-1-5 单缸四冲程发动机
1—大齿轮；2—气缸体；3—曲柄；
4—连杆；5—活塞；6—进气门；
7—排气门；8—推杆；9—凸轮；10—小齿轮
模块四
项目一
典型例题解析
【例】大型桥梁、船舶等焊接结构件应选用的钢材是（ ）。
A．40Cr B．Q420 C．QT6003 D．ZGMnl13
【分析】本题主要考查非合金钢的应用，普通碳素结构钢其性能特点是有一定强度、塑性好、焊接性能好，常用于制作大型桥梁、船舶等焊接结构件。
【答案】B
拓展练习
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
1．汽车齿轮的力学性能要求做到外硬内韧，应选用（ ）。
A．T10 淬火+低温回火 B．60SiMn 淬火+中温回火
C．40Cr 淬火+高温回火 D．20CrMnTi 渗碳淬火+低温回火
2．为使碳素工具钢具有钢硬度和高耐磨性，所以碳素工具钢都是______；为提高其锻性和避免淬火开裂，对有害杂质控制较严，所以碳素工具钢都是_____。（ ）
A．高碳钢，优质碳素钢 B．低碳钢，普通碳素钢
C．中碳钢，高级优质碳素钢 D．合金钢，优质碳素钢
3．碳钢通常指碳的质量分数小于（ ）的铁碳合金。
A．1.11% B．2.11% C．3.11% D．4.11%
4．发动机的气门使用的是（ ）。
A．40Cr B．1Cr18Ni9Ti C．4Cr9Si2 D．Cr12MoV
巩固练习
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
5．适合制作变速箱齿轮的钢是（ ）。
A．W18Cr4V B．Cr15 C．20CrMnTi D．4Cr13
6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（ ）。
A．20 钢渗碳淬火后低温回火 B．40Cr 淬火后高温回火
C．20CrMnTi 渗碳淬火后低温回火 D．中碳钢经淬火后低温回火
7．发动机的活塞环大多使用（ ）材料制造。
A．合金渗碳 B．低碳合金钢 C．合金结构钢 D．工具钢
8．要求用高铬耐热钢制造的汽车零件是（ ）。
A．连杆 B．进气门 C．排气门 D．活塞环
9．适合制造汽车发动机气门弹簧的材料是（ ）。
A．20 B．50CrMn C．HT100 D．45
巩固练习
任务2 金属材料在汽车上的应用
模块四
项目一
钢铁是铁（Fe）与碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、硫（S）、磷（P）以及少量的其他元素所组成的合金。其中除铁外，碳的质量分数对钢铁材料的力学性能起着主要决定作用，统称为铁碳合金。
碳的平均质量分数的铁碳合金称为钢，的铁碳合金称为铸铁。
按照化学成分，钢可以分为非合金钢、低合金钢及合金钢三类。
任务小结
任务2 金属材料在汽车上的应用
项目二 汽车常用非金属材料
本项目概述
模块四
随着科学技术的飞速发展，现代汽车制造材料的构成比例发生了较大的变化，目前正向轻量化、节能化和环保化方向发展。用来制造汽车零件的材料除了金属材料外，还加入了大量的非金属材料。
本项目主要介绍常见车用非金属材料的类型、特点以及在各类汽车中的应用。本项目主要包括一个任务：汽车常用非金属材料的选用。通过任务学习，掌握非金属材料的基本知识，学会为汽车上所使用的零件正确挑选出所需材料。学生通过学习，完成课后习题，以强化对知识的理解和掌握；通过任务实施，完成知识的应用掌握。
任务 汽车常用非金属材料的选用
在机械行业中，除大量采用钢铁材料外，还用到非金属材料及结构材料与功能材料等其他材料。
非金属材料包括除金属材料以外几乎所有的材料，主要有无机非金属材料、各类高分子材料、陶瓷材料和各种复合材料等。
本任务只是简单介绍常见的工程塑料及复合材料。
模块四
项目二
任务 汽车常用非金属材料的选用
工程塑料是能作为结构材料在机械设备和工程结构中使用的塑料。它们的力学性能较好，耐热性和耐腐蚀性也比较好，是当前大力发展的塑料品种。这类典型工程塑料的性能特点及应用见表 4-2-1。
模块四
项目二
一、工程塑料
表 4-2-1 典型工程塑料的性能特点及应用 工 程 塑 料 性 能 特 点 应 用
聚甲醛（POM） 性能比尼龙好，但耐热性较差 用于汽车、机床、化工、电器仪表、农机
A B S 塑 料 优异的加工性能、力学性能和耐热性，良 好的低温抗冲击性 用于制造汽车内饰件及仪表盘、办公商务设备、手机及消费电子产品、 家用电器及电气产品
聚苯醚（PPO） 很好的综合性能，耐摩擦磨损性能和电性能很好，有卓越的耐水、蒸汽性能 用于较高温度下工作的齿轮、轴承、凸轮、泵叶轮、鼓风机叶片、水泵零件、化工用管道、阀门等
聚 砜（PSF） 良好的综合性能，耐热性好 用于电器、机械设备、医疗器械、交通运输等
聚 四 氟 乙 烯 很好的耐高温、耐低温、耐腐蚀性，化学稳定性好 用于高端车辆外观件
有 机 玻 璃 有很好的加工性能，但耐磨性差 用于制作电视和雷达标图的屏幕，汽车风挡，仪器和设备防护罩， 仪表外壳，光学镜片等
任务 汽车常用非金属材料的选用
由两种或多种物理和化学性质不同的物质，经过人工制成的材料称为复合材料。这些材料的性能更加优异，部分复合材料能够代替钢材，从而实现汽车轻量化设计。在各种复合材料中，各种纤维增强的复合材料是发展最快、应用最广的复合材料。其中典型纤维增强复合材料性能及应用见表 4-2-2。
模块四
项目二
二、复合材料
表 4-2-2 典型纤维增强复合材料性能及应用 纤维增强复合材料 性 能 特 点 应 用
玻璃纤维增强复合材料 有较强的力学、耐热和抗老化性能。工艺性能好 制造轴承、齿轮、仪表盘、壳体、叶片等零部件
碳纤维 增强 复合材料 质量小，强度高，耐高温，耐疲劳，耐腐蚀，导热和导电 在汽车及轨道交通车辆轻量化方面应用前景广阔
模块四
项目一
（1）汽油牌号中的数字就是汽油的辛烷值，选择汽油的牌号，就是选择汽油的辛烷值。
（2）评价车用汽油的主要性能指标有抗暴性、蒸发性、氧化安定性、腐蚀性和清洁性。评价汽油抗爆性的指标有“辛烷值”和“抗爆指数”。
（3）目前，汽油牌号由原来的“90 号，93 号，97 号”修改为“89 号，92 号，95 号”。汽油牌号选择过低会使发动机产生爆燃，影响发动机的动力性和经济性。
（4）车用汽油使用注意事项。
① 严格按车辆使用说明书的规定，加注相应牌号的汽油。
② 电控燃油喷射发动机目前普遍配备三元催化转换装置，部分国六标准的发动机配备颗粒补集装置，配备三元催化转化装置的车辆严禁使用含铅汽油。
③ 油箱不要加的过满，过满的燃油会通过燃油蒸发管路进入活性炭罐，影响活性炭罐的使用寿命。
④ 汽油属于易燃、易爆物品，在使用及存放时要注意安全。
知识拓展
任务2 金属材料在汽车上的应用
一、车用汽油
模块四
项目一
（1）柴油燃烧性的评价指标是十六烷值。十六烷值高的柴油的燃烧性能好、着火延迟期短、速燃期内压力升高率增长速度慢，使柴油机工作时更加平稳、不易产生粗暴震动；十六烷值低的柴油，其燃烧性能差、着火延迟期长、容易产生工作粗暴。
（2）评价柴油低温流动性能的指标有凝点、浊点、冷滤点。
（3）柴油按凝点分为 10、5、0、-10、-20、-35 和-50 七种牌号，数字越靠前，柴油的凝点越高；数字越靠后则凝点越低。柴油牌号中的数字就是柴油的凝点，选择柴油的牌号，就是选择柴油的凝点。柴油牌号选择过低，会增加燃油的费用；牌号选择过高，则在低温地区，由于柴油失去流动性，导致堵塞柴油机的燃油供给系统，造成发动机不能起动和运行。
（4）柴油使用中的注意事项。
① 柴油机燃油供给系统对柴油的清洁度和含水量要求较高，所以柴油机燃油供给系统应定期更换燃油滤清器和油水分离器。
② 不同牌号的柴油可根据使用地区气温的高低选择，不同牌号的柴油可以混合使用，但应注意混合后的柴油凝点不是按比例计算的，一般会比按比例计算高 2℃。
③ 柴油不能与汽油混合，因为汽油的燃点高，加入汽油会导致柴油机启动困难，甚至无法启动。
④ 在低温启动困难时可适当预热柴油，还可用启动辅助燃料帮助启动。
⑤ 柴油预热时应选用热水加热，不得用明火加热，以免爆炸。
知识拓展
任务2 金属材料在汽车上的应用
二、车用柴油
模块四
项目一
1．实施目的
观察汽车各组成部分，如图 4-2-1 所示，结合非金属材料的相关知识，为各典型零件选择合适的材料。
2．实施方式
分组讨论，结合非金属材料的相关知识，完成下列表格。
任务实施
任务2 金属材料在汽车上的应用
序号 零 件 名 称 零件使用性能要求所选材料 所 选 材 料
1 轮毂 强度高，铸造性好，耐磨性好，耐腐蚀
2 活塞销衬套 强度高，耐磨性好，耐腐蚀
3 发动机气缸盖 耐高温，耐腐蚀，散热性好，强度高
4 发动机气缸体 耐高温，耐腐蚀，散热性好，强度高，铸造性好
5 变速箱壳体 耐高温，耐腐蚀，散热，强度高，铸造性好
模块四
项目一
一、选择题
1．下列关于汽油辛烷值的叙述，正确的是（ ）。
A．汽油牌号越高，辛烷值越高，抗暴性越好 B．汽油牌号越高，辛烷值越低，抗暴性越差
C．汽油牌号越低，辛烷值越低，抗暴性越好 D．汽油牌号越低，辛烷值越高，抗暴性越差
2．我国轻柴油牌号中的数字表示的是该柴油的（ ）。
A．辛烷值 B．十六烷值 C．闪点 D．凝点
3．柴油机不能采用点燃式，而汽油机能够采用点燃式的原因是由于汽油和柴油的（ ）不同。
A．燃点 B．熔点 C．凝点 D．闪点
4．柴油机燃油系统中，高压关键部分不包括（ ）。
A．喷油器 B．出油阀 C．柱塞 D．输油泵
任务2 金属材料在汽车上的应用
拓展练习
模块四
项目一
二、简答题
1．在图 4-2-2 中的放水螺栓，为什么位于油水分离器的底部？
任务2 金属材料在汽车上的应用
图4-2-2 简答题 1 图
拓展练习
模块四
项目一
二、简答题
2．油水分离器中设置有水位报警开关，当油水分离器中的水分超过标准后，会点亮仪表板的报警灯，提醒驾驶员及时清理油水分离器或更换油水分离器。请说明图 4-2-3 中油水分离器水位报警开关的工作原理，及如何使用万用表检测。
任务2 金属材料在汽车上的应用
拓展练习
图4-2-3 简答题 2 图
模块四
项目一
为了满足汽车工业节能化、环保化，以及降低油耗的发展要求，非金属材料在汽车上得到了越来越广泛的应用。
汽车常用的非金属材料有塑料、橡胶、玻璃、复合材料等。
任务小结
任务2 金属材料在汽车上的应用

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