汽车工程材料概述课件.ppt

1、汽车工程材料概述 课题目标掌握固体的结合方式及工程材料的基本分类；初步了解各类工程材料在汽车上的应用；了解汽车工程材料的应用现状及发展趋势。目录子课题二汽车工程材料的类型子课题三汽车材料的应用现状与发展方向3汽车工程材料概述子课题一工程材料概述子课题一工程材料概述-固体的结合方式-工程材料的分类子课题一工程材料概述 工程材料按其组成特点和性质可分为金属材料（如钢铁、铝合金）、有机高分子材料（如塑料、橡胶）、无机非金属材料（如陶瓷、水泥、玻璃）及复合材料（由前三种材料中的两种或以上的材料复合而成，如钢筋混凝土、碳纤维增强塑料）四大类。一、固体的结合方式离子键共价键分子键金属键子课题一工程材料概述

2、子课题一工程材料概述1、离子键和离子晶体 离子键是由电子转移（失去电子者为阳离子，获得电子者为阴离子）形成的，即阳离子和阴离子之间由于静电引力所形成的化学键。离子键形成的固体总是以离子晶体的形式存在，如氯化钠（NaCl）即为典型的离子晶体。子课题一工程材料概述离子晶体的特点离子晶体的硬度和强度高，熔沸点高，热膨胀系数小，但脆性大。离子晶体都是良好的绝缘体。典型的离子晶体是无色透明的。离子晶体不导电，但在水溶液或者熔融状态下均导电。子课题一工程材料概述2、共价键和共价晶体共价键也是一种化学键，由两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下达到电子饱和的状态，由此组成的比较稳定和坚固的化学结

3、构称为共价键，金刚石、氧化硅（SiO2）、碳化硅（SiC）等都为共价晶体。子课题一工程材料概述共价晶体的特点共价晶体的强度和硬度很高，脆性大，熔点和沸点高，挥发性低，结构也比较稳定。共价晶体的导电与导热能力很差。子课题一工程材料概述3、金属键和金属晶体金属键主要存在于金属中，金属原子结构的最外层电子少，容易失去。当金属原子相互靠近时，这些最外层电子就脱离原子，成为自由电子，形成电子云，为所有失去电子的金属离子所共有。这种由金属正离子和自由电子之间相互作用而结合的方式称为金属键。子课题一工程材料概述金属晶体的特点使金属表现出优良的导电性。金属晶体的导热性很好。使金属表现出良好的塑性变形能力。金属

4、不透明并呈特有的金属光泽。子课题一工程材料概述4、分子键和分子晶体分子键为物理键，由双原子分子的偶极形成的很弱的作用力（也称范德华力），结合过程中，没有电子的得失、共有或公有化，价电子的分布几乎不变。大部分有机化合物的晶体和CO2、SO2、HCl、H2等在低温下形成的晶体都是分子晶体。子课题一工程材料概述分子晶体的特点分子晶体具有较低的熔点和沸点，硬度小、易挥发，许多物质在常温下呈气态或液态。分子晶体在固态和熔融状态时都不导电。二、工程材料的分类金属材料陶瓷材料复合材料高分子材料子课题一工程材料概述子课题一工程材料概述1、金属材料金属材料是最重要的工程材料，包括纯金属和以金属为基的合金。以金属

5、元素为主体的金属材料，原子间的结合键基本上为金属键，具备金属晶体的基本特性。子课题一工程材料概述黑色金属 由于黑色金属的工程性能比较优越，价格比较便宜，故在工程上应用最广、用量最大，是最重要的工程金属材料。目前，以钢和铸铁为代表的黑色金属占整体结构材料和工具材料的80%以上。子课题一工程材料概述有色金属 有色金属及其合金已成为机械制造业、建筑业、电子工业、航空航天、核能利用等领域不可缺少的结构材料和功能材料。常用的有色金属及合金包括铝和铝合金、铜和铜合金、镁合金、钛合金等。子课题一工程材料概述2、陶瓷材料陶瓷材料属于无机非金属材料，是不含碳氢氧结合的化合物，主要为金属氧化物和金属非氧化合物。由

6、于大部分无机非金属材料含有硅和其他元素的化合物，所以陶瓷材料又称为硅酸盐材料。子课题一工程材料概述从化学成分上分有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、复合陶瓷、金属陶瓷和纤维增强陶瓷等；从原料上分有普通陶瓷（硅酸盐材料）和特种陶瓷（人工合成材料）；从用途和性能上分有普通陶瓷（硅酸盐材料）和特种陶瓷（人工合成材料）。子课题一工程材料概述普遍性能具有极高的硬度和优良的耐磨性，弹性模量高，刚度大；抗拉强度很低，抗压强度很高，塑性和韧性低，脆性大；化学稳定性高，抗氧化性优良；熔点很高，导热性和抗热振性都较差；许多陶瓷具有特殊的性能，如光学性能和电磁性能等。大多数陶瓷具有高电阻率，少数陶瓷具

7、有半导体性质；子课题一工程材料概述3、高分子材料高分子材料为有机合成材料，也称聚合物，它是由大量分子量特别高的大分子化合物组成的，每个大分子都包含有大量结构相同、相互连接的链节。子课题一工程材料概述种类塑料合成纤维橡胶子课题一工程材料概述2）绝缘性很好3）强度和硬度较低4）熔点低5）重量轻1）塑性良好特点子课题一工程材料概述4、复合材料复合材料是由金属材料、陶瓷材料或高分子材料等两种或两种以上的材料经过复合工艺而制备的多相材料，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。子课题一工程材料概述4、复合材料复合材料一般由连续相的基体和被基体包

8、容的相增强体组成。金属基体：铝、镁、铜、钛及其合金基体材料非金属基体：合成树脂、石墨、橡胶、陶瓷和碳等增强材料：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、石棉纤维、碳化硅纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。子课题二汽车工程材料的类型-汽车金属材料-汽车陶瓷材料-汽车高分子材料-汽车复合材料-汽车运行材料子课题二汽车工程材料的类型 广义的汽车工程材料是指汽车在设计、制造、装配、使用、维修与保养整个过程中要使用到的各类材料，特别是汽车各零部件制造时用到的各类机床设备、工具等，几乎包括了机械工程所有的材料。狭义的汽车工程材料主要指汽车制造及运行过程中所用到的材料。长期以来，以钢铁为代表的金属材料一直是构成汽车

9、结构的主要材料，构成汽车的三万多个零部件中约86%为金属材料，而在金属材料中，钢和铸铁材料占了80%。传统金属材料主要包括钢、铸铁及非铁金属三大类。子课题二汽车工程材料的类型一、汽车金属材料子课题二汽车工程材料的类型1、钢 钢是以铁（Fe）为主要元素，碳（C）的质量分数一般在2%以下，并含有其他元素的合金材料。子课题二汽车工程材料的类型 钢在汽车上的应用很广泛，各类螺栓和螺母、齿轮、弹簧、连杆、传动轴和曲轴、支架、法兰及车身覆盖件，大多由各类碳素钢或合金钢制成。子课题二汽车工程材料的类型2、铸铁 工业上常用的铸铁是碳的质量分数在2%4%的铁、碳、硅多元合金。有时为了提高其力学性能或物理、化学性

10、能，还可加入一定量的合金元素，得到合金铸铁。子课题二汽车工程材料的类型 铸铁在机械制造中应用很广，机床床身、工作台、箱体、底座等形状复杂或受压力及摩擦作用的零件，大多用铸铁制成。铸铁在汽车上也得到广泛应用。子课题二汽车工程材料的类型3、非铁金属 钢铁相比，以有色金属及合金为主的非铁金属的产量低、价格高，但由于其具有许多优良特性，因而在汽车工程应用中也占有重要的地位。陶瓷材料最早在汽车上的应用主要是车窗玻璃及火花塞陶瓷。到目前为止，已经在汽车上实际使用的陶瓷部件约有30种，主要包括结构陶瓷和功能陶瓷。子课题二汽车工程材料的类型二、汽车陶瓷材料子课题二汽车工程材料的类型1、结构陶瓷 除了传统的车窗

11、玻璃外，结构陶瓷现在主要用于汽车发动机中。由于陶瓷耐高温、磨损和腐蚀，热导低且重量轻，因而可用特种耐高温陶瓷替代金属材料制造发动机的燃烧室部件和热交换器零件。子课题二汽车工程材料的类型2、功能陶瓷 功能陶瓷主要用于汽车的电子技术系统，一些具有绝缘性、介电性、半导体性、压电性和导磁性等特殊物理性能的功能陶瓷应用于汽车调控敏感部件，如各类传感器、加热器和过流保护器等。高分子材料具备价格便宜、质量轻、易于加工成型等特点，现已广泛应用于汽车内饰件、外装件及机能结构件。汽车高分子材料主要包括车用橡胶和工程塑料。子课题二汽车工程材料的类型三、汽车高分子材料子课题二汽车工程材料的类型1、车用橡胶 汽车用橡胶

12、制品包括橡胶轮胎、传动带（V带、同步带）、各种胶管、密封制品（胶黏剂、油封、密封胶条等）、减振橡胶制品及安全带等。子课题二汽车工程材料的类型2、工程塑料 塑料是以合成树脂为主要原料，并加入某些添加剂，在一定的温度和压力下，能塑造各种形状制品的高分子材料。子课题二汽车工程材料的类型密度低，塑料密度大大低于钢材和一般材料，可实现汽车轻量化塑料成形性好，加工容易，精度有保证。对驾乘人员有很好的保护作用，且吸收噪声的性能也很优良。可在塑料中添加不同的添加剂、硬化剂、辅料等，以得到符合要求的塑料。塑料用于汽车的优点子课题二汽车工程材料的类型可以和其他的材料做成夹层板等复合材料，大大减轻汽车质量。塑料的耐

13、腐蚀性能较好，抗酸、碱、盐等腐蚀的性能优于钢材。塑料的价格要远低于钢材，可循环利用，性价比高。塑料汽车零件生产的投资少，见效快。塑料用于汽车的优点子课题二汽车工程材料的类型不足之处耐热性较差强度较低耐疲劳性能差热固性塑料的再生性差子课题二汽车工程材料的类型由于塑料具有诸多金属和其他材料所不具备的优良性能，因而在汽车上的应用很广，常用于制作各种结构零件、仪表盘板、内饰和外装零件、耐磨减摩零件、隔热防振零件等。子课题二汽车工程材料的类型复合材料是由两种或者两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种功能，它在强度、刚度、耐蚀性

14、等方面往往比单纯的金属材料、陶瓷材料或高分子材料优越。四、汽车复合材料子课题二汽车工程材料的类型纤维增强塑料（FRP）典型的材料为玻璃钢，全称玻璃纤维增强热固性塑料（GFRP）。它是一种以高分子环氧树脂为基体，以玻璃纤维或碳纤维等为增强体，经过复合工艺而制成的复合材料。1、纤维增强塑料子课题二汽车工程材料的类型玻璃钢与钢材相比，可使汽车车身质量减轻60%。吸收冲击能的性能较好，当汽车发生碰撞时，可减少或避免对人体的伤害。玻璃钢抗振动衰减性能优于金属，弹性较好，可用于制造汽车弹簧。利用玻璃钢设计自由度好的特点，可设计出不同造型的车身部件或结构。玻璃钢的应用特点子课题二汽车工程材料的类型纤维增强金

15、属（FRM）一般都在高温下成形，因此增强纤维主要使用碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维，而基体金属用得较多的是铝、镁和钛合金。用金属基复合材料制造汽车发动机的活塞顶、连杆、缸体等零件，可提高零件的耐磨性、热传导性和耐热性，并减小热膨胀。2、纤维增强金属五、汽车运行材料子课题二汽车工程材料的类型汽车运行材料是指汽车在运行过程中所消耗的材料，主要包括燃料、润滑油和工作液等。因为汽车轮胎在运行过程中属于易耗品，所以一般也将其归于运行材料范畴。子课题二汽车工程材料的类型汽车传统燃料主要为车用汽油和柴油。目前正在开发的代用燃料主要有醇类、天然气、液化石油气、电能、太阳能和合成燃料等，这些代用燃料有的

16、可单独使用，有的则与汽油、柴油混合使用。1、燃料子课题二汽车工程材料的类型润滑油作为汽车各相对运动零件摩擦表面间的润滑介质，具有减小摩擦阻力、保护摩擦表面的功能，并有密封、吸收和传散摩擦热及清洗零件的作用。汽车润滑油主要有发动机润滑油、齿轮油和液力传动油。2、润滑油子课题二汽车工程材料的类型汽车工作液主要包括制动液、防冻液、液力变扭器液、动力转向器液、减振器液和电解液等，此外还包括空调制冷剂和风窗玻璃清洗液等。3、工作液子课题三汽车材料的应用现状与发展方向-钢铁材料的应用与发展-轻质合金材料的应用与发展-塑料及其复合材料的应用与发展子课题三汽车材料的应用现状与发展方向一、钢铁材料的应用与发展

17、钢铁材料由于具有成本低廉、机械性能优良、可循环利用性能好等优点，目前仍旧是汽车用材的主体，占汽车车身质量的60%70%。子课题三汽车材料的应用现状与发展方向 在汽车用钢中，合金钢比例较高，国外不少汽车采用含Cr、Ni、Mo等元素的结构钢，但这些元素的资源都比较稀缺，节约合金资源成为指导汽车材料开发和应用的方针。因此，在合金化方面，合金钢主要利用V、Ti、Nb、B等微量元素，向低合金化或碳钢化方向发展。子课题三汽车材料的应用现状与发展方向 随着粉末冶金工艺和技术的发展，高强度、高耐磨、耐热、形状复杂的烧结结构零件和高性能的减摩材料将大量应用于汽车制造中。子课题三汽车材料的应用现状与发展方向二、轻

18、质合金材料的应用与发展 用轻质合金代替钢铁材料是汽车轻量化的有效手段。目前，国内外应用于汽车的轻质合金主要有铝合金、镁合金和钛合金等。子课题三汽车材料的应用现状与发展方向 铝合金材料是汽车轻量化的首选材料。在美国和欧洲国家，保险杠、油箱也将钢板改用为铝合金，保险杠用的新型铝合金也多次被开发。因此，欧美地区未来汽车的结构材料构成比例中，铝将成为主体。但在日本，主要使用的是钢板和塑料。子课题三汽车材料的应用现状与发展方向 除了铝合金外，镁合金也是车用轻质合金材料之一。镁比铝更轻，且资源丰富，在汽车上的应用比例约占0.3%，平均质量约为5 kg，但是，近年来镁合金的用量正在迅速增加。欧盟、日本、美国

19、等国家和地区用镁合金以制造零部件为主，占汽车用镁合金用量的80%以上。子课题三汽车材料的应用现状与发展方向 随着低成本钛合金的开发及其加工技术的日渐成熟，钛合金在汽车材料上的应用得到了不断的发展。日本试制了Ti-5Al-2Cr-Fe合金曲轴。子课题三汽车材料的应用现状与发展方向三、塑料及其复合材料的应用与发展 目前，塑料在汽车上的应用范围正在由内饰件向外装件、车身和结构件拓展。随着汽车工业的发展，各种新型、环保类汽车用塑料陆续问世。子课题三汽车材料的应用现状与发展方向 今后的重点发展方向是开发结构件、外装件所用的增强塑料复合材料、高性能树脂材料与塑料，并提高材料的回收利用率。子课题三汽车材料的应用现状与发展方向四、其他汽车材料和新兴材料智能材料压电材料纳米技术与材料 思考与练习（1）工程材料按组成特点和性质分为哪几类？主要性能有何区别？（2）汽车制造材料和汽车运行材料各分为几大类？各自的主要用途是什么？（3）在实现汽车轻量化方面，汽车工程材料应用有哪些发展趋势？