汽车机械基础-课件(2).ppt

1、模块1汽 车 材 料单元1金属材料的力学性能单元2纯金属的结构与结晶单元3铁 碳 合 金单元4钢的热处理单元5合金钢单元6铸铁单元7有 色 金 属单元8非金属材料及复合材料单元9汽车运行材料单元1金属材料的力学性能应知应会1.了解金属材料的性能、分类方法。2.理解测试各种性能指标的实验原理。3.掌握金属材料力学性能指标的概念、符号和物理意义。课题1强度与塑性课题2硬度课题3冲击韧度和疲劳强度课题1强度与塑性一、拉伸试验图1-1拉伸试样示意图a)拉伸前b)拉伸后图 1-2低碳钢力-伸长曲线1.弹变阶段(Oe)此阶段试样只产生弹性变形，载荷卸掉后，试样会恢复到原来的尺寸。2.屈服阶段(es)此时不

2、仅有弹性变形，还发生了塑性变形。即载荷卸掉后，一部分形变恢复，还有一部分形变不能恢复，形变不能恢复的变形称为塑性变形或永久变形。3.强化阶段(sb)为使试样继续变形，载荷必须不断增加，随着塑性变形增大，材料变形抗力也逐渐增加。4.缩颈阶段(bk)5.试样发生断裂(k点)4.缩颈阶段(bk)载荷达到最大值时试样的直径发生局部收缩，称为“缩颈”。此时变形所需的载荷逐渐降低。5.试样发生断裂(k点)应当指出的是，并不是所有金属材料的拉伸曲线都明显地分为上述几个阶段，如铸铁的拉伸曲线就没有明显的屈服阶段和缩颈阶段。图 1-3铸铁力-伸长曲线课题1强度与塑性二、强度1.弹性极限e2.屈服点s3.强度极限

3、(抗拉强度)b材料产生完全弹性变形时所承受的最大应力称为弹性极限。弹性极限是弹性零件的设计依据材料开始发生明显塑性变形时的最小应力值称为屈服点。试样被拉断前所能承受的最大应力称为强度极限。强度极限一般作为脆性材料零件的设计和选材的主要依据。课题1强度与塑性三、塑性1.断后伸长率2.断面收缩率在拉伸试验中，试样拉断后的伸长量与原始标距长度的百分比称为断后伸长率。试样拉断后，断口处横截面积最大缩减量与原横截面积的百分比称为断面收缩率。课题2硬度一、布氏硬度布氏硬度试验是用一定直径的硬质合金球在一定载荷作用下压入试样表面，保持图1-4布氏硬度试验原理图一定时间后卸除载荷，测量其压痕直径，计算硬度值。

4、布氏硬度值用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力来表示，符号为HBW(新标准GB/T 231.12002规定符号，旧标准为HBS或HBW)。布氏硬度的经验公式如下：图1-4布氏硬度试验原理图课题2硬度二、洛氏硬度图1-5洛氏硬度测量原理图表1-1常用的三种洛氏硬度试验条件及应用范围课题3冲击韧度和疲劳强度一、冲击韧度材料抵抗冲击载荷的能力称为韧性。冲击韧度是材料抵抗冲击载荷能力的指标之一，它是用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的韧性图1-6冲击试验原理1支座2试样3指针4摆锤课题3冲击韧度和疲劳强度二、疲劳强度金属材料所承受的交变载荷大小与遭受破坏前的交变载荷循环次数有关，即交变载荷愈大，破坏前

5、的载荷循环次数就越少，反之则越多。金属材料在无数次重复交变载荷作用下不被破坏的最大应力称为疲劳强度(疲劳极限)。图1-7疲劳曲线和对称循环交变应力图a)疲劳曲线b)称循环交变应力单 元 小 结1.金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两大类。2.使用性能包括力学性能、物理性能、化学性能。3.材料的力学性能指标e、s、02、b、-1、HBW、HRC是汽车零件设计、制造、使用的重要依据。4.金属材料的硬度常用布氏硬度值和洛氏硬度值表示。5.材料的工艺性能包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等。单元2纯金属的结构与结晶应知应会1.掌握晶体结构基础知识及金属是极晶体结构。2.掌

6、握纯金属的结晶过程及同素异构转变。3.掌握细晶强化的基本原理。课题1晶体结构基本知识课题2纯金属的结晶课题1晶体结构基本知识图2-1原子堆积图形、晶格、晶胞示意图a)原子堆积模型b)晶格c)晶胞课题1晶体结构基本知识一、晶格和晶胞(1)晶格组成金属的原子都是在它自己的固定位置上作热振动，要表达这种状态下的原子的排列和规律性是比较困难的。(2)晶胞晶体中原子排列具有周期性的特点。(3)晶格常数晶胞的大小用晶胞各棱边长度a、b、c和棱边夹角、来表示，其中a、b、c称为晶格常数，其单位是纳米(1nm=10-9m)，金属的晶体常数一般为17nm。图2-2原子堆积图形、晶格、晶胞示意图a)原子堆积模型b

7、)晶格c)晶胞课题1晶体结构基本知识二、金属中常见晶格类型(1)体心立方如图2-2a所示，体心立方晶格中，金属原子分布在立方晶胞的8个角上和体的中心，如金属Mo、Cr、W、V和-Fe都具有体心立方晶格。(2)面心立方如图2-2b所示，面心立方晶格中，金属原子分布在立方晶胞的8个角上和6个面的中心，如金属Al、Cu、Ni、Pb和-Fe都具有面心立方晶格。(3)密排六方如图2-2c所示，密排六方晶格中，金属原子分布在六方晶格的12个角上和上下底面的中心以及两底面之间的3个均匀分布的间隙内，如金属Zn、Mg和Be都具有密排六方晶体。课题1晶体结构基本知识三、金属的实际晶体结构图2-3金属的多晶体结构

8、a)晶粒与晶界b)金属多晶体晶格示意图图2-4晶体缺陷a)点缺陷b)线缺陷c)面缺陷课题2纯金属的结晶一、结晶过程图2-5纯金属结晶时的冷却曲线图2-6金属结晶过程示意图图2-7形核速度N和晶核长大速度G与过冷度T的关系课题2纯金属的结晶二、细晶强化表2-1不同晶粒大小纯铁的力学性能(1)变质处理是在液态金属中添加变质剂来细化晶粒。(2)振动金属结晶时，如对液态金属附加机械振动、超声波振动、电磁振动，可使枝晶尖端破碎而增加新的结晶核心，从而提高形核率，晶粒细化。课题2纯金属的结晶三、金属的同素异构转变图2-8纯铁的冷却曲线及同素异构转变1.为了了解金属材料的内部结构，将金属晶体原子结构抽象表示

9、成晶格，晶格中的最小几何单元称为晶胞，晶胞的大小用晶胞各棱边长度a、b、c和棱边夹角、来表示。2.绝大多数金属的晶体结构都属于体心立方、面心立方和密排六方等三种典型结构。3.实际使用的金属材料，绝大部分并非理想的单晶体，而是由许多小晶体(晶粒)组成的多晶体结构。4.金属由液态转变为固态，是原子由不规则的排列转变到有规则的排列，形成晶体的过程，称为金属的结晶。5.一般来说，晶粒越细小，金属的力学性能如强度、韧性、塑性都越好，因此晶粒细化是提高金属力学性能的重要手段之一，增加金属过冷度T可以细化晶粒。单 元 小 结6.液态纯铁在1538进行结晶，得到具有体心立方晶格的-F；-F继续冷却到1394时

10、发生同素异构转变，称为面心立方晶格的-F；-F再冷却到912时又发生一次同素异构转变，成为体心立方晶格的-F。单 元 小 结单元3铁 碳 合 金课题1合 金 结 构课题2铁碳合金基本组织课题3铁碳合金相图课题4典型铁碳合金冷却结晶分析课题5铁碳合金成分、组织、性能的关系课题6非合金钢(碳素钢)课题1合 金 结 构一、合金的基本概念1.合金2.相合金，是指由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其他方法组合而成，并有金属特征的物质。相，是指合金系统中具有相同的化学成分、相同的晶体机构和相同的物理或化学性能，并与该系统的其余部分以界面分开的部分。课题1合 金 结 构二、合

11、金中相的基本结构1.固溶体(1)置换固溶体由溶质原子代替一部分溶剂原子而占据溶剂晶格中某些结点位置而形成的固溶体，称为置换固溶体，如图3-1a所示。(2)间隙固溶体由溶质原子嵌入溶剂晶格中的结点间的空隙中而形成的固溶体，成为间隙固溶体，如图3-1b所示。(3)固溶体的晶格畸变及其对性能的影响在固溶体中，由于溶质原子的溶入，导致晶格畸变，置换固溶体在溶质原子直径较大时形成正畸变(晶格常数增加)，原子较小时形成负畸变(晶格常数减小)；间隙固溶体的晶格都形成正畸变；而且溶质的原子含量越大晶格畸变越大，如图3-2所示。图3-1固溶体的类型a)置换固溶体b)间隙固溶体图3-2固溶体中晶格畸变示意图图3-

12、3FC的晶体结构2.金属化合物金属与金属或金属与类金属、非金属之间形成的具有金属特性的化合物相。金属化合物是很多金属材料中一种基本组成相，如钢中的渗碳体(Fe3C)、黄铜中的(CuZn)相。金属化合物一般都能用化学式表示其组成，具有复杂的晶体结构，Fe3C的晶体结构如图3-3所示。它们一般熔点较高，硬而脆，当合金中出现金属化合物时，通常能够提高合金的强度、硬度和耐磨性，但会降低塑性和韧度。仅由一种固溶体组成的合金，由于强度不高，其应用受到限制。所以，多数合金都是由固溶体和少量金属化合物的融合物。人们可以通过调整固溶体的溶解度和分布于其中的化合物的形状、大小、数量和分布来调整合金的性能，以满足不

13、同的需要。课题2铁碳合金基本组织1.固溶体(1)铁素体(F)碳溶入体心立方晶格的-Fe中所形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F表示。(2)奥氏体(A)碳溶入面心立方晶格的-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A表示。2.渗碳体渗碳体是一种铁碳化合物，用符号Fe3C表示。其含碳量为6.69%(质量分数)，硬度很高，塑性、韧度很差，0。渗碳体在金相显微镜下的形态很多，可呈片状、粒状、网状和板条状。它的形状和分布对钢的性能有很大的影响，渗碳体是钢中的主要强化相。课题2铁碳合金基本组织3.机械混合物(1)珠光体(P)珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物，用符号P表示。(2)莱氏体(Ld)1)高温莱

14、氏体，由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示。2)低温莱氏体，由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld表示。表3-1铁碳合金基本相的力学性能课题3铁碳合金相图一、简化的铁碳合金相图图3-4Fe-C合金的各种化合物图3-5Fe-FC状态图图3-6简化了的Fe-FC状态图课题3铁碳合金相图二、铁碳合金相图中重要的点和线1.Fe-Fe3C相图中的特性点表3-2简化的Fe-FC相图的特性点1.Fe-Fe3C相图中的特性点(1)C点为共晶点合金在平衡结晶过程中冷却到1148时，C点成分的L发生共晶反应，生成E点成分的A和Fe3C。(2)S点为共析点合金在平衡结晶过程中冷却到727时，点成分的发生共析反应，生成P点

15、成分F和Fe3C。(3)E点为钢和铁的分界点凡碳质量分数在0.02182.11之间的铁碳合金称为钢，凡碳质量分数在2.116.69之间的铁碳合金称为铸铁。课题3铁碳合金相图2.Fe-Fe3C相图中的特性线表3-3简化的Fe-FC相图的特性线课题4典型铁碳合金冷却结晶分析一、铁碳合金分类1.工业纯铁2.钢wC0.02180.0218wC2.11(1)共析钢wC0.77(2)亚共析钢0.0218wC0.77%(3)过共析钢0.77wC2.11课题4典型铁碳合金冷却结晶分析3.白口铸铁(1)亚共晶白口铸铁2.11wC4.3%(2)共晶白口铸铁wC4.3(3)过共晶白口铸铁4.3wC6.69%课题4典

16、型铁碳合金冷却结晶分析二、典型铁碳合金的结晶过程分析1.共析钢结晶过程分析2.亚共析钢冷却过程分析3.过共析钢冷却过程分析.共析钢结晶过程分析图3-7共析钢冷却过程示意图.亚共析钢冷却过程分析图3-8亚共析钢冷却过程示意图3.过共析钢冷却过程分析图3-9过共析钢冷却过程示意图课题5铁碳合金成分、组织、性能的关系一、含碳量对铁碳合金组织的影响图3-10铁碳合金的成分组织性能的对应关系表3-4铁碳合金分类及室温平衡组织课题5铁碳合金成分、组织、性能的关系二、含碳量对铁碳合金性能的影响图3-11碳钢的力学性能与碳质量分数的关系(正火)课题6非合金钢(碳素钢)一、常存元素对非合金钢的影响1.锰(Mn)

17、2.硅(Si)碳钢中锰的质量分数一般在0.25%0.8%，锰大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，因此具有固溶强化作用；锰与硫结合可形成高熔点(1620)的MnS，从而消除硫的有害作用；锰还能增加珠光体的相对含量，并细化珠光体，从而提高钢的强度。但当锰的质量分数较小时，对钢的性能影响不明显。在碳钢中，硅的质量分数一般小于0.4%，硅能溶于铁素体，也具有强化作用，但同时降低钢的韧度和塑性。当硅的质量分数较小时，对钢的性能影响也不明显。课题6非合金钢(碳素钢)一、常存元素对非合金钢的影响3.硫(S)4.磷(P)硫在钢中常以FeS的形式存在，而FeS与Fe形成熔点较低(985)的共晶体，分布在晶粒的晶

18、界上，当钢加热到10001200进行热加工时，FeS共晶体已经熔化，这将造成钢材料在热加工过程中分裂，使钢材变得极脆，这种现象称为热脆性。室温下，钢中的磷全部溶于铁素体中，能使钢的强度增加，但也能使其室温特别是低温时塑性和韧度大大下降，这种现象称为冷脆性。同时，磷在合金的结晶过程中容易产生偏析，使合金局部磷的质量分数较高，造成冷脆。课题6非合金钢(碳素钢)二、非合金钢的分类1.按碳质量分数分2.按材质(主要根据硫、磷质量分数)分(1)低碳钢碳的质量分数C0.25%的钢。(2)中碳钢碳的质量分数为0.25%C0.60%。(3)高碳钢碳的质量分数C0.60%。(1)普通钢S0.055%,P0.04

19、5%。(2)优质钢S0.040%,P0.040%。(3)高级优质钢S0.030%,P0.035%。(4)特级优质钢S0.025%,P0.030%。课题6非合金钢(碳素钢)二、非合金钢的分类3.按用途分4.按冶炼方法分5.按炼钢和脱氧程度分(1)碳素结构钢用于制造各种机器零件和工程结构件。(2)碳素工具钢用于制造各种刀具，质量和模具。按冶炼方法分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。按炼钢和脱氧程度分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。课题6非合金钢(碳素钢)三、非合金钢的编号，性能和用途1.碳素结构钢表3-5碳素结构钢的牌号、化学成分及力学性能(摘自GB/T 7001988)课题6非合金钢(碳素钢)三、非合金钢的

20、编号，性能和用途2.优质碳素结构钢(1)普通含锰量的优质碳素结构钢所谓普通含锰量(质量分数Mn)，是指对于碳的质量分数C0.25%的碳素结构钢，Mn=0.35%0.65%；对于C0.25%的碳素结构钢，Mn=0.50%0.80%。(2)较高含锰量的优质碳素结构钢所谓较高含锰量Mn，即是指对于C=0.15%0.60%的碳素结构钢，Mn=0.70%1.00%；对于C0.60%的碳素结构钢，Mn=1.00%。课题6非合金钢(碳素钢)三、非合金钢的编号，性能和用途3.碳素工具钢表3-8碳素工具钢的牌号、化学成分及用途(GB/T 12981986)课题6非合金钢(碳素钢)三、非合金钢的编号，性能和用途4

21、.碳素铸钢表3-9铸造用铸钢的牌号、化学成分及力学性能4.碳素铸钢表3-10工程用铸钢的牌号、化学成分及力学性能(GB/T 113521989)单 元 小 结1.合金由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组合而成，并有金属的特征。2.铁碳合金五种基本组织中，固溶体(铁素体、奥氏体)，金属化合物(渗碳体)都是组成合金的基本相，而珠光体和莱氏体则是由基本相(固溶体和金属化合物)混合而成的机械混合物。3.铁碳合金中，碳质量分数超过6.69%的铁碳合金脆性很大，没有使用价值，所以铁碳合金相图只研究含碳量从0%6.69%的铁碳合金组织，此时相图的组元分别为Fe和Fe3C。4.熟练掌握并绘制铁碳

22、合金相图的全貌，能标出图上的特性点、线及其温度和成分，能填上各相区域的相和组织的组成。5.利用冷却曲线分析各种典型成分铁碳合金的冷却结晶过程。6.根据含碳量，铁碳合金可分为三类：工业纯铁、钢和白口铸铁，钢又可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢，白口铸铁又可分为亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁和过共晶白口铸铁。7.碳钢又称碳素钢，通常指碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金。单 元 小 结单元4钢的热处理应知应会1.了解热处理原理。2.了解退火、正火、淬火、回火、表面淬火、渗碳方法。3.了解退火、正火、淬火、回火、表面淬火、渗碳的目的及用途。课题1热处理基本知识课题2钢的整体热处理课题3钢的表面热处理课题

23、1热处理基本知识一、热处理基本知识(1)整体热处理包括退火、正火、淬火和回火等。(2)表面热处理包括表面淬火和化学热处理。图4-1热处理工艺曲线课题1热处理基本知识二、钢在加热时的组织转变1.钢在加热(或冷却)时的组织转变温度图4-2钢在加热、冷却时Fe-FC状态图上各临界点的位置2.钢在加热时的组织转变(1)奥氏体的形成共析钢的室温组织为珠光体，当加热到Ac1温度时，会发生珠光体向奥氏体的转变，其转变过程包括四个阶段，如图4-3所示。(2)奥氏体晶粒控制奥氏体的晶粒大小对钢热处理后的性能影响较大。图4-3奥氏体的形成a)奥氏体晶体的形成b)奥氏体的长大c)残余渗碳体的溶解d)奥氏体成分的均匀

24、化课题1热处理基本知识三、钢在冷却时的组织转变图4-4热处理的不同冷却方式课题1热处理基本知识三、钢在冷却时的组织转变1.过冷奥氏体的等温转变图4-5共析钢奥氏体等温转变图课题1热处理基本知识2.过冷奥氏体等温转变曲线在连续冷却中的应用图4-12等温转变曲线在连续冷却时的应用课题2钢的整体热处理一、退火二、正火三、淬火四、回火一、退火图4-13碳钢各种退火、正火加热温度一、退火1.完全退火2.球化退火3.去应力退火1.完全退火完全退火是将钢件加热到Ac3以上3050，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却的热处理工艺。完全退火的目的是细化晶粒、消除内应力、降低硬度、改善切削加工性能。完全退火主要用于

25、亚共析钢铸件、锻件和轧件。2.球化退火球化退火是将钢件加热到Ac1以上2030，较长时间保温后随炉缓慢冷却的热处理工艺。球化退火所得组织为球状珠光体。其目的是降低硬度、改善切削加工性能，为淬火做组织准备。球化退火主要适用于共析钢或过共析钢，如工具钢和滚动轴承钢等。3.去应力退火去应力退火是将钢件加热到Ac1以下某一温度(500650)，保温后随炉缓慢冷却的热处理工艺。去应力退火目的是消除铸件、锻件、焊接件等的残余内应力，稳定工件尺寸，减小变形。二、正火正火是将钢加热到Ac3或Accm以上3050，保温后再在空气中冷却的热处理工艺(见图4-13)。正火的目的是细化晶粒、调整硬度、消除网状的二次渗

26、碳体，基本与退火相同。正火与退火的最大区别在于正火的冷却速度快，生产率高，操作简便，强度和硬度稍有提高。为了便于切削加工，低碳钢常先正火，高碳钢常先退火。对于结构复杂的大型铸件，不宜采用正火，必须用退火，以防止正火产生较大内应力而使工件变形、开裂。三、淬火1.淬火介质2.常用淬火方法3.钢的淬透性4.钢的淬硬性三、淬火图4-14淬火加热温度三、淬火1.淬火介质图4-15理想的淬火冷却曲线淬火过程是冷却非常快的过程。为了得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度vK。但是，冷却速度快必然产生很大的淬火内应力，这往往会引起工件变形。常用的淬火介质是水、盐或碱的水溶液和各种矿物油、植物油。2.

27、常用淬火方法(1)单液淬火它是将奥氏体状态的工件放入一种淬火介质中一直冷却到室温的淬火方法(见图4-16曲线a)。(2)双液淬火它是先将奥氏体状态的工件在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近Ms点温度时，再立即转入冷却能力较弱的淬火介质中冷却，如先水后油(图4-16曲线b)。(3)分级淬火它是将奥氏体状态的工件首先淬入略高于钢的Ms点的盐浴或碱浴炉中保温，当工件内外温度均匀后，再从浴炉中取出空冷至室温，完成马氏体转变(见图4-16曲线c)。(4)等温淬火它是将奥氏体化后的工件在稍高于Ms温度的盐浴或碱浴中冷却并保温足够时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法(见图4-16曲线d)。(2)双液淬火图4-

28、16常用淬火方法3.钢的淬透性(1)淬透性的概念钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬硬层深度的能力，其大小用钢在一定条件下淬火获得的淬硬层深度来表示。(2)影响淬透性的因素影响淬透性的主要因素是钢中合金元素，除Co以外，几乎所有溶于奥氏体中的合金元素都能提高淬透性。4.钢的淬硬性淬硬性指钢经过淬火后形成的马氏体所能达到的最高硬度。影响淬硬性的主要因素是钢中含碳量。含碳量越高，碳的过饱和度就越大，硬度越高，淬硬性越好。四、回火(1)低温回火回火温度为150250，得到回火马氏体(M回)。(2)中温回火回火温度为350500，得到回火托氏体(T回)。(3)高温回火回火温度为500650，得到

29、回火索氏体(S回)。(1)低温回火回火温度为150250，得到回火马氏体(M回)。目的是减少内应力和脆性，提高塑、韧性，保持淬火钢的高硬度和高耐磨性。主要用于处理高碳钢或者高碳合金钢制作的量具、刀具、滚动轴承、渗碳和表面淬火零件。(2)中温回火回火温度为350500，得到回火托氏体(T回)。其性能特点是具有较高的弹性和强度，并保持一定的韧性和较高的硬度。主要用于弹簧、发条、锻模等。(3)高温回火回火温度为500650，得到回火索氏体(S回)。其性能特点是具有良好的综合力学性能。习惯上把淬火加高温回火的热处理称为调质处理，它主要用于齿轮、轴类、连杆、螺栓等。课题3钢的表面热处理一、表面淬火二、化

30、学热处理一、表面淬火1.感应加热表面淬火图4-17感应加热表面淬火示意图一、表面淬火2.火焰加热表面淬火图4-18火焰加热表面淬火示意图一、表面淬火3.激光热处理激光热处理是利用激光器发射出的高能量密度的激光束，对工件表面进行扫描加热的热处理工艺。激光束使金属表面的一个小部分迅速升温，但当激光束移开该加热表面后，该处的热要传导到其余冷的部分去，可以自行冷却淬火，而不需要采取另外的急冷措施。二、化学热处理1.渗碳2.渗氮(氮化)1.渗碳(1)渗碳方法根据使用时渗碳剂的不同状态，渗碳方法可以分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳三种，常用的是前两种，尤其是气体渗碳。(2)渗碳后的热处理渗碳工艺以后，工件

31、表面的含碳量增加，但要达到足够硬度，还需淬火才能达到硬度要求，且淬火后需进行低温回火。1.渗碳图4-19气体渗碳1风扇电动机2废气火焰3炉盖4砂封5电阻丝6耐热罐7工件8炉体1.渗碳图4-20固体渗碳1泥封2盖3试棒4工件5渗碳剂6渗碳箱2.渗氮(氮化)渗氮是将氮原子渗入钢件表面，形成以氮化物为主的渗氮层，以提高渗层的硬度、耐磨、耐蚀和耐疲劳强度等多种性能。单 元 小 结1.钢的热处理是将钢在固态下加热到一定温度，进行必要的保温，并以适当的速度冷却到室温，以改变钢的内部组织，从而获得所需性能的一种工艺。2.钢热处理时选择加热温度的依据是铁碳相图，选择冷却速度的依据是C曲线。3.热处理分为整体热

32、处理和表面热处理两大类。4.整体热处理中退火和正火常作为预备热处理，而淬火和回火相配合是对钢进行强化的主要手段。5.表面热处理是用来强化零件表面的主要方法。单元5合金钢应知应会1.了解合金元素在钢中的应用。2.掌握常用合金结构钢种类、牌号、性能特点、主要热处理及其在汽车上的应用。课题1合金元素在钢中的作用课题2常用合金结构钢课题1合金元素在钢中的作用一、合金元素对钢基本组织的影响二、合金元素对钢性能的影响三、合金元素对钢热处理的影响一、合金元素对钢基本组织的影响1.合金铁素体图5-1合金元素对铁素体力学性能的影响a)对硬度影响b)对韧性影响一、合金元素对钢基本组织的影响2.合金碳化物与碳亲和力

33、强的碳化物形成元素，Ti、Zr、Nb、V、Mo、Cr、Mn、Fe(依次由强到弱)等，与碳结合形成合金渗碳体或碳化物。各种合金碳化物特点是：熔点高、硬度高，且很稳定，不易分解。合金碳化物在最终热处理后，呈细颗粒状均匀分布在基体上，不但不能降低韧性，反而可以进一步提高钢的力学性能。二、合金元素对钢性能的影响硅(Si)在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，硅能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0%1.2%(质量分数)的硅，强度可提高15%20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1%4%(质量分数)的低碳钢，具有极高的

34、导磁率，用于电器工业作矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。三、合金元素对钢热处理的影响1.阻碍奥氏体晶粒长大2.提高钢的淬透性3.提高钢的回火稳定性4.产生二次硬化1.阻碍奥氏体晶粒长大合金元素对加热时奥氏体形成过程的影响一般认为，大多数合金元素(除Ni、Co外)均减慢奥氏体的形成，因为它们使碳的扩散能力降低，特别是强碳化物形成元素，如Mo、W、V、Cr等形成的碳化物，与碳的亲和力大，稳定性高，很难溶解，会显著阻碍碳的扩散，减慢奥氏体形成的速度，这种碳化物难分解，使奥氏体的均匀化过程变得困难。因此，热处理时，为了加速奥氏体的形成和均匀化，就需要更高的加热温度和较长的保温时间。2.提高钢的淬透

35、性图5-2合金元素对C曲线的影响a)非碳化物形成元素b)碳化物形成元素3.提高钢的回火稳定性回火稳定性是指钢对回火时发生软化过程的抵抗能力。由于合金元素溶入马氏体，使回火过程中各个转变速度显著减慢。延缓了马氏体、残余奥氏体的分解，阻止了碳化物聚集长大，因此提高了钢的回火稳定性。使得合金钢在相同温度下回火时，比相同含碳量的碳钢具有更高的硬度和强度，或者在保证相同硬度的条件下，可在更高的温度下回火，而使塑性、韧性更好，其内应力也小。4.产生二次硬化当含W、Mo、V、Ti量较高的淬火钢在500600温度范围回火时，其硬度并不降低，反而升高，这种在回火时硬度升高的现象称为二次硬化。这种硬化实质上是一种

36、弥散硬化，即合金的特殊碳化物呈高度弥散状态分布。此外，由于析出一部分特殊碳化物，使残余奥氏体中碳及合金元素含量降低，提高了Ms点温度，从而在随后的冷却过程中有部分残余奥氏体转变为马氏体，这也是使钢的硬度增加而产生二次硬化的原因。二次硬化对高温下工作的钢，特别是高速切削工具及热加工模具有极为重要的性能。课题2常用合金结构钢一、低合金结构钢二、合金渗碳钢三、合金调质钢四、合金弹簧钢五、滚动轴承钢一、低合金结构钢表5-1低合金渗碳钢在汽车上的应用二、合金渗碳钢表5-2合金渗碳钢在汽车上的应用三、合金调质钢表5-3合金调质钢在汽车上的应用四、合金弹簧钢表5-4合金弹簧钢在汽车上的应用五、滚动轴承钢表5

37、-5常用的滚动轴承钢的牌号、性能及用途(热处理后)单 元 小 结1.合金元素对钢的组织和性能、热处理和加工的影响。2.合金钢的分类方法和牌号的表示。3.金结构钢包括低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢和滚动轴承钢等五种。4.五种合金结构钢的成分、性能特点及它们在汽车上的应用情况。单元6铸铁应知应会1.掌握常用铸铁种类、牌号、性能特点及其在汽车上应用。2.了解石墨对铸铁性能的影响。课题1铸铁的性能特点及分类课题2常 用 铸 铁课题1铸铁的性能特点及分类一、铸铁的性能特点二、铸铁的分类三、铸铁石墨化及其影响因素一、铸铁的性能特点1)优良的铸造性能。2)良好的切削加工性。3)较好的耐磨性

38、和减振性。4)较好的缺口敏感性。二、铸铁的分类1.白口铸铁2.灰口铸铁3.可锻铸铁4.球墨铸铁5.蠕墨铸铁1.白口铸铁图6-1铸铁中碳存在的形态a)灰口铸铁b)可锻铸铁c)球墨铸铁d)蠕墨铸铁2.灰口铸铁灰口铸铁中碳大部分结晶成游离状态的石墨，以片状石墨形状存在，断口为暗灰色(图6-1a)，常见的铸铁件多数是灰口铸铁。3.可锻铸铁由一定成分的白口铸铁经石墨化退火处理而获得，其中碳大部分或全部以团状石墨形式存在(图6-1b)，由于具有较灰口铸铁高得多的塑性和韧性，习惯上称为可锻铸铁，实际上并不可锻，常用来制造一些重要的小件。4.球墨铸铁铁水在浇注前经球化处理，其中碳大部分或全部以球状石墨形式存在

39、(图6-1c)，力学性能高，生产工艺比可锻铸铁简单，近年来日益得到广泛的应用。5.蠕墨铸铁碳以蠕虫状石墨形式存在(图6-1d)，介于片状和球状石墨之间。此外，为了满足一些特殊要求，向铸铁中加入一些合金元素，如Cr、Cu、Al、B等，可得到耐蚀、耐热及耐磨等特性的合金铸铁。三、铸铁石墨化及其影响因素1.化学成分2.冷却速度(1)碳和硅碳C和硅Si是强烈促进石墨化的元素。(2)硫硫S是强烈阻碍石墨化的元素，S阻碍C原子的扩散，S还能增强Fe、C原子的结合力。(3)锰锰Mn本身是阻碍石墨化的元素，但它能与S结合，形成MnS浮集到渣中，从而削弱了S阻碍石墨化的作用，Mn的含量一般控制在0.5%1.4%

40、。(4)磷磷P对石墨化稍起促进作用，改善铸造性能。冷却速度对铸铁石墨化的影响很大。冷却越慢，原子扩散越充分，越有利于石墨化进行。而快冷则阻止石墨化越容易得到白口组织。课题2常 用 铸 铁一、灰口铸铁二、球墨铸铁三、可锻铸铁一、灰口铸铁1.灰口铸铁的成分、组织2.灰口铸铁的性能3.灰口铸铁的牌号、力学性能及用途1.灰口铸铁的成分、组织(1)铁素体灰口铸铁(图6-2a)它是在铁素体的金属基体上分布着粗大的片状石墨。(2)铁素体珠光体灰口铸铁(图6-2b)它是在珠光体和铁素体组成的金属基体上分布着片状石墨，其石墨片稍粗大，数量也较多，因此，其强度、硬度较差，此种铸造时易控制，切削性能较好，用途广，适

41、用于中等载荷的零件，如支柱、底座、齿轮箱、刀架、阀体等。(3)珠光体灰口铸铁(图6-2c)它是在珠光体的基体上分布着细小而均匀的片状石墨。1.灰口铸铁的成分、组织图6-2灰口铸铁的显微组织a)铁素体灰口铸铁b)铁素体珠光体灰口铸铁c)珠光体灰口铸铁2.灰口铸铁的性能(1)力学性能灰口铸铁组织是在钢的基体上分布有片状石墨，石墨的密度为铸铁的1/3，其体积约占铸铁的7%10%，石墨的抗拉强度小于20MPa，塑性近于零，硬度3HBW，石墨的这种特性是改变灰口铸铁力学性能的主要因素。(2)工艺性能由于铸铁很脆，因此不能进行锻造和冲压，焊接时易于产生裂纹，并出现白口组织，使切削加工增加困难，所以说焊接性

42、能差。(3)减振性铸铁中的石墨对振动能起缓冲作用，阻止晶粒间振动能的传递，并将振动能量转变为热能。(4)耐磨性石墨对铸铁耐磨性的影响主要表现在储油与润滑两个方面。(5)缺口敏感性小石墨在铸铁中形成大量的小切口，从而减少了它对外来切口的敏感性。3.灰口铸铁的牌号、力学性能及用途表6-1灰口铸铁在汽车上的应用二、球墨铸铁1.球墨铸铁的成分、组织和性能2.球墨铸铁的牌号、性能及用途1.球墨铸铁的成分、组织和性能图6-3球墨铸铁的显微组织a)铁素体球墨铸铁b)铁素体珠光体球墨铸铁c)珠光体球墨铸铁2.球墨铸铁的牌号、性能及用途表6-2球墨铸铁在汽车上的应用三、可锻铸铁1.可锻铸铁的成分、组织2.可锻铸

43、铁的牌号、性能及用途1.可锻铸铁的成分、组织图6-4可锻铸铁的显微组织a)铁素体可锻铸铁b)珠光体可锻铸铁2.可锻铸铁的牌号、性能及用途表6-3可锻铸铁在汽车上的应用单 元 小 结1.铸铁的分类和性能特点。2.铸铁石墨化的概念以及影响因素。3.灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁的成分、组织、性能特点、牌号及应用。4.灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁在汽车上的应用情况。单元7有 色 金 属应知应会1.了解铝合金、铜合金的分类、性能及其在汽车上的应用。2.了解粉末冶金材料的特点及主要用途。课题1铝及铝合金课题2铜及铜合金课题3粉末冶金材料课题1铝及铝合金一、纯铝二、常用铝合金铝含量不低于99.00%时为纯铝

44、。工业纯铝中含有Fe、Si、Zn等杂质，使其性能略微降低。铝中所含杂质数量越多，其导电性、导热性、抗大气腐蚀性以及塑性就越低。二、常用铝合金1.形变铝合金2.铸造铝合金1.形变铝合金(1)防锈铝合金这类合金主要是Al-Mn合金和Al-Mg合金。(2)硬铝合金硬铝合金又称杜拉铝，基本上是Al-Cu-Mg合金，还含有少量的Mn，硬铝比强度高，且可以进行时效强化，耐热性较好；但抗蚀性差，常在其表面包一层纯铝以改善其抗蚀性。(3)超硬铝合金超硬铝合金是Al-Cu-Mg-Zn合金。(4)锻铝合金锻铝合金主要是Al-Cu-Mg-Si系合金，合金元素的种类多，每种元素的含量较少，具有良好的热塑性及耐蚀性。(

45、1)防锈铝合金这类合金主要是Al-Mn合金和Al-Mg合金。锻造退火后是单相固溶体，它的抗腐蚀性能好、塑性好，强度低、压力加工性好；但不能热处理，只能用加工硬化来提高强度。主要用于载荷不大的压延、焊接或耐蚀结构件，如油箱、导管、线材、轻载荷骨架以及各种生活器具等。(2)硬铝合金硬铝合金又称杜拉铝，基本上是Al-Cu-Mg合金，还含有少量的Mn，硬铝比强度高，且可以进行时效强化，耐热性较好；但抗蚀性差，常在其表面包一层纯铝以改善其抗蚀性。(3)超硬铝合金超硬铝合金是Al-Cu-Mg-Zn合金。这类合金是目前强度最高的铝合金，比强度更高，故称超硬铝。缺点是高温强度、冲压性较差，抗蚀性很差，可采取提

46、高人工时效温度或包铝的方法来改善。主要用作制造飞机结构中的重要材料。(4)锻铝合金锻铝合金主要是Al-Cu-Mg-Si系合金，合金元素的种类多，每种元素的含量较少，具有良好的热塑性及耐蚀性。2.铸造铝合金(1)铝硅合金铝硅合金是应用最广的铸造铝合金，约占铸造铝合金总产量的50%以上，它主要加入的元素是硅，此外还有镁、铜、镍等。(2)铝铜合金铝铜合金的强度较高，耐热性较好，但铸造性和耐蚀性较差。(3)铝镁合金铝镁合金强度高、比重小，有良好的耐蚀性，但铸造性能不好，多用于制造承受冲击载荷、在腐蚀性介质中工作、外形简单的零件，如舰船配件、氨用泵体等。(4)铝锌合金铝锌合金价格便宜、铸造性能优良、强度

47、较高，但抗蚀性差、热裂倾向大，常用于制造汽车、拖拉机发动机零件及形状复杂的仪器元件，也可用于制造日用品。表7-1铸造铝合金在汽车上的应用课题2铜及铜合金一、纯铜二、常用铜合金一、纯铜纯铜是玫瑰红色的金属。工业用纯铜，它的表面形成氧化铜膜后，外观呈紫红色。其含铜量高于99.5%，密度为8.9g/cm3，熔点为1083。在固态时具有面心立方晶格，无同素异构转变，属逆磁性材料，具有抗磁性二、常用铜合金1.黄铜2.青铜1.黄铜(1)普通黄铜当铜中仅加入锌时称为普通黄铜，它是铜和锌的二元合金。(2)特殊黄铜为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，向普通黄铜中加入少量其他元素，如Al、Mn、Sn、Si

48、、Pb等，形成固溶体，这种黄铜称为特殊黄铜。2.青铜(1)普通青铜普通青铜是铜和锡的二元合金，也叫锡青铜。(2)特殊青铜用其他元素如Al、Be、Pb、Mn等代替价格昂贵而稀缺的Sn，把此类青铜称为无锡青铜。课题3粉末冶金材料一、粉末冶金工艺二、粉末冶金产品一、粉末冶金工艺1.金属粉末生产2.压制成形3.烧结4.烧结后的处理1.金属粉末生产金属粉末的生产方法很多，有物理、化学、机械方法等。比如：“雾化法”是生产金属粉末最重要的物理方法，它是用液流(一般为高压水流)或气流(高压空气或惰性气体流)冲击由喷嘴中喷射出的金属液流，将其粉碎成液滴，并迅速冷凝而得到金属粉末的。只要控制好雾化工艺参数，就能得

49、到合格的金属粉末。2.压制成形除不加润滑剂的单一金属粉末的压制外，其他金属粉末压制前须在混料器中进行配料混合。所加润滑剂常为金属的硬脂酸盐，混合后的金属粉末经压制后，即制成一定形状、尺寸、密度和强度的压坯。3.烧结成形后的压坯可置于真空烧结炉或带保护气氛的间歇式炉或连续炉中进行烧结，经烧结后的压坯一般便能使用。4.烧结后的处理根据产品的要求不同，烧结件还应进行不同的处理，如整形、浸渍、锻造、轧制、机械加工、电镀、热处理等。二、粉末冶金产品1.多孔金属产品2.硬质合金3.钢结硬质合金4.金属陶瓷5.结构零件6.磁性和电工材料7.超导材料1.多孔金属产品粉末冶金是生产多孔金属产品最普遍的方法，自润

50、滑轴承(又称含油轴承)是较早的多孔金属产品。多孔青铜轴承是将雾化铜粉和锡粉混合天然石墨粉后，经压制烧结浸渍润滑油后制得的，它具有很好的自动润滑功效。此外，还有过滤器、多孔电极等也属于多孔金属产品。2.硬质合金它是由难熔金属的碳化物，以金属钴或镍作为胶粘剂，用粉末冶金方法制得的合金材料。硬质合金很硬又耐磨，耐腐蚀且线膨胀系数小，使之在现代工具材料、耐磨材料、耐高温和耐腐蚀材料方面占据重要地位，大约有一半的硬质合金用于金属切削中。3.钢结硬质合金它是以碳化钛、碳化钨作硬质相，以高合金钢为粘结剂，用粉末冶金方法制得的一类新型工具材料。这类合金的烧结坯件经退火后可进行一般的切削加工；经淬火与回火后有相