汽车应用材料第一章课件

1、1.材料发展经历的几个时代, 石器, 青铜器, 铁器, 钢铁、 铝合金, 复合材料、钛镁金属、纳米材料,新石器时代的石制农具,司母戊鼎 通高133厘米,横长110厘米,宽78厘米,重875公斤.根据目前发掘的商代熔铜坩锅,一次约能熔铜12.7公斤. 铸造司母戊这样的大鼎,就需要七十多个坩锅.如果一个坩锅配备三至四人,就需要二、三百人同时操作。,云版又叫“点”，是军营中遇有急事敲打报警用的。此块云版用生铁铸成，上下两端勾卷如云，故名。,材料科学简介,2.材料在的现代科技中的地位,21世纪三大科技, 信息技术, 生物技术, 纳米材料,超微外观 大体结构 纳米人工骨,一张纳米光盘将可记录1000部电影,材料科学是其基础, 能源技术,汽车应用材料 第一章,3.材料是汽车工业的基础,汽车应用材料包括了制造汽车各种零部件用的汽车工程材料，以及汽车在使用过程中使用的燃料和工作液等汽车运行材料。,汽车应用材料 第一章,一、汽车的主要构成 二、汽车应用材料的组成 三、汽车应用材料张望 四、该课程的性质、任务和学习方法,第一节 汽车应用材料概述,汽车应用材料 第一章,典型轿车构造图,汽车应用材料 第一章,

2、一.汽车的结构组成（三大部分）,发动机：内燃机（动力、原动部分） 底盘：传动系、转向系、制动系、 行驶系（传动、控制部分） 车身:（工作部分）,汽车应用材料 第一章,发动机,底盘,车身,汽车结构组成,汽车应用材料 第一章,通常，一辆汽车由约3万个零部件组装而成。汽车上每个汽车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4千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。,二.汽车应用材料的组成,现代汽车要满足: 安全、舒适、自重轻、污染排放低、能耗小、价格低等要求.材料是首要考虑方面。,汽车应用材料 第一章,1.汽车工程材料: (包括分类,性能,牌号,热处理工艺及应用) 2.汽车运行材料:,二.汽车应用材料的组成,1.汽车工程材料的分类, 金属材料（ 纯金属及合金 ）, 黑色金属（ 钢铁 ), 有色金属 (Cu、Al、Ti、Mg ), 有机高分子材料（主要成分、） 塑料、橡胶、合成纤维等, 无机材料 玻璃、水泥、陶瓷等, 非金属材料, 复合材料 玻璃纤维增强塑料等,汽车应用材料 第一章,以现代轿车用材为例，按照重量来换算

3、， 钢材占汽车自重的55%-60%， 铸铁占12%-5%， 有色金属占6% 10%， 塑料占8% 12%，橡胶占4%，玻璃占3%， 其他材料（油漆、各种液体等）占12% 6%。,2.汽车材料的应用,汽车应用材料 第一章,车用汽油 燃料 轻柴油 其它代用燃料 发动机油 车辆齿轮油 润滑油 液力传动油 液压油 润滑脂 制动液 工作液 减振器液 发动机冷却液 制冷剂 轮胎,汽车运行材料,3.汽车运行材料,汽车应用材料 第一章,三.汽车材料的展望,汽车工业发展的方向:汽车轻量化和减少污染 汽车材料总的发展趋势是： 结构材料中钢铁材料所占比例将逐步下降，有色金属、陶瓷材料、复合材料、高分子材料等新型材料的用量有所上升。在性能可靠的条件下，将尽可能多地采用铝合金、复合材料等轻型、新型材料取代钢铁材料。,几种新兴材料简介,1.镁合金 magnesium, 密度低、比强度和比刚度较高。, 镁、铝合金和复合材料 汽车轻量化的材料 减少油耗,镁合金方向盘骨架,镁合金汽车轮毂,镁合金汽缸盖,2.形状记忆合金,应用:丰田汽车的散热器护拦活门. 日产汽车冷却风扇离合器.,3.复合材料, 玻璃纤维增强塑料（玻璃钢

4、） 比强度高、耐腐蚀.,直升飞机的旋翼,4.纳米材料, 颗粒直径 0.l100 纳米（原子、分子尺度）, 具有卓越的性能和特殊功能，如： 纳米级铜不导电； 纳米冰柜可抑制细菌生长。,5.其它材料, 超导材料, 贮氢材料, 分离膜材料,汽车应用材料 第一章,认识汽车工程材料性能特点及控制技术 掌握汽车工程材料的类型、性能特点、牌号及应用。 了解新型材料应用及发展趋势,四.本课程学习目的及要求,汽车应用材料 第一章,抓好基本学习环节 注重理论知识的实际应用 总结归纳,本课程学习方法,汽车应用材料 第一章,第二节 材料的性能,一. 材料的力学性能 二. 材料的物理性能 三. 材料的化学性能 四. 材料的工艺性能,汽车应用材料 第一章,第二节 材料的性能,材料的性能包括使用性能和工艺性能。 使用性能：是指零部件在正常使用条件下材料所表 现出来的性能。 主要包括力学性能、物理性能和化学性能。 工艺性能：是指材料在被制成各种零部件的过程中 适应加工的性能。 对于金属材料来讲，工艺性能主要包括了铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能。,汽车应用材料 第一章,一. 材料的力学性能,

5、材料的力学性能：是指材料在外加载荷作用 下所表现出来的性能。 包括强度、塑性、硬度、韧度、疲劳强度及断裂韧度等； 力学性能指标：用来表征材料力学性能的各种临界值或规定值.可通过试验测定.,汽车应用材料 第一章,根据外加载荷的性质，载荷分为： 1、静载荷 2、冲击载荷 3、交变载荷。 金属材料 （受载）-变形,分： 弹性变形：载荷卸除后恢复原状 塑性变形：载荷卸除后不能恢复,也叫永久变形。(如图),一. 材料的力学性能,汽车应用材料 第一章,拉压实验拉压图应力应变图力学性能（指标） 1)弹性：材料保持弹性变形的能力.（弹性模量，弹性极限） 2)强度：指材料抵抗破坏（塑性变形或断裂）的能力。 3)塑性：指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。,(一)材料的拉压试验,汽车应用材料 第一章,1拉伸试验,根据国家标准金属材料拉伸试验（GB228-2002）规定，将材料制成标准拉伸试样，在试验机上加载拉伸至断裂，得 拉伸图：F-L曲线； 再作出 应力-应变图，图1-7为低碳钢应力-应变曲线。,(一)材料的拉压试验,汽车应用材料 第一章,图1-6 低碳钢的F-L曲线,(一)材料的拉压试验,汽车应

6、用材料 第一章,图1-7低碳钢的-曲线,(一)材料的拉压试验,汽车应用材料 第一章,塑性材料：断裂前有明显的塑性变形，称为塑性断裂,塑性断裂的断口呈“杯锥”状。如低碳钢。 脆性材料：在断裂前未发生明显的塑性变形，为脆性断裂，断口是平整的。如铸铁、玻璃等。 不同类型的材料，其-曲线有很大差异。反映出其所具有不同的抗拉性能特点。,(一)材料的拉压试验,汽车应用材料 第一章,2.材料的弹性指标,（1）弹性模量E 表征了材料抵抗弹性变形的能力，也称之为刚度 E=/=tan （MPa） 式中，为弹性变形阶段的应力，为相应的应变，tan为拉伸曲线的斜率。,(一)材料的拉压试验,汽车应用材料 第一章,(2)弹性极限e ： 指材料在弹性变形阶段所能承受的最大应力。 e = Fe /A0 （MPa） 式中，Fe是试样不产生塑性变形时的最大载荷（N）；A0是试样的原始横截面积（mm2）。e表示材料保持弹性变形的最大应力。,2.材料的弹性指标,(一)材料的拉压试验,汽车应用材料 第一章,3.材料的强度指标,（1）屈服点s ：表示材料产生屈服时对应的应力。屈服点也称为屈服强度。 s= Fs/Ao （MPa）

7、式中，Fs为试样发生屈服变形时的载荷（N），A0为试样原始横截面积（mm2）。 （2）抗拉强度b 指试样在拉伸过程中所能承受的最大应力值。 b=Fb/Ao （MPa） 式中，Fb是试样断裂前所承受的最大载荷(N),Ao是试样的原始横截面积(2)。,汽车应用材料 第一章,抗拉强度：b，它是设计和选材的主要依据之一，是工程技术上的主要强度指标。 屈强比：s/b，是一个有意义的指标。其比值越大，越能发挥材料的潜力。但是为了使用安全，该比值亦不宜过大，适当的比值一般在0.650.75之间。 比强度：b/，它表征了材料强度与密度之间的关系。在考虑汽车轻量化的问题时，常常用到这个指标。,3.材料的强度指标,汽车应用材料 第一章,4.材料的塑性指标,（1）伸长率 ：是指试样拉断后，标距伸长量与原始标距的百分比。即 式中，l1是试样断裂后的标距（），l 0是试样的原始标距（），同一材料的伸长率与试样尺寸有关。,汽车应用材料 第一章,（2）断面收缩率： 是指试样拉断后横截面积的缩减量与原始横截面积之比。 即 = （A0 - A1） / A0 100% 式中,A1是试样断裂处的最小横断面积（2），A0 是

8、试样的原始横截面积(2)。,4.材料的塑性指标,汽车应用材料 第一章,(二)硬度,材料抵抗其他硬物压入其表面的能力。衡量材料软硬程度 最常用的硬度试验为 布氏硬度（HB）(如图） 洛氏硬度(HR) . 此外，还有维氏硬度(HV)、肖氏硬度（弹性回跳法）、显微硬度和锤击式布氏硬度等。,汽车应用材料 第一章,汽车应用材料 第一章,1布氏硬度,测试原理：用一定大小的载荷F，把直径为D的硬质合金球压入被测试样表面，保持规定时间后卸除载荷，移去压头，用读数显微镜测出压痕平均直径d。用载荷F除以压痕的表面积所得的商，即为被测材料的布氏硬度值。,汽车应用材料 第一章,1布氏硬度,汽车应用材料 第一章,用硬质合金球作为压头所测得的布氏硬度用符号HBW表示，适用于测量硬度不超过650的材料。,1布氏硬度,汽车应用材料 第一章,布氏硬度的表示方法规定为： 符号HBS和HBW前面的数值为硬度值，符号后面按以下顺序表示试验条件：压头球体直径（）、试验载荷（Kgf）、试验载荷保持时间（S）（1015S不标注）。 例120 HBW10/1000/30 实验测量d查表硬度,1布氏硬度,汽车应用材料 第一章,2.洛氏

9、硬度,洛氏硬度采用直接测量压痕深度来确定度值的。试验原理如图1-91 - 9所示。 我国常用的是HRA、HRB、HRC三种，试验条件及应用范围见表1-2。 洛氏硬度值的表示方法规定为：硬度符号前面注明硬度值，例如52HRC、70HRA。 在硬度和强度之间，存在着一定的换算关系，如表1-3所示。,汽车应用材料 第一章,汽车应用材料 第一章,汽车应用材料 第一章,(三)冲击韧度,材料抵抗冲击载荷的能力，是指材料在受到冲击载荷而断裂之前吸收能量并进行塑性变形的能力。 对于两种不同的冲击载荷，分别采用了 冲击韧度和多冲抗力两个指标来衡量材料的冲击性能。,汽车应用材料 第一章,1.冲击韧度,冲击韧度通常是采用一次摆锤冲击试验来测定的。冲击试验的原理如图1-10所示。 在忽略机械摩擦和空气阻力等条件下，摆锤冲断试样所消耗的冲击功Ak可以从试验机刻度盘上直接读出。且 Ak = G (H-h) （J） 式中，G为摆锤产生的重力（N）。,汽车应用材料 第一章,汽车应用材料 第一章,将冲击功Ak除以缺口处的截面积，即为材料的冲击韧度ak,则 ak = （Jcm2） 根据试样缺口形式的不同，U型缺口试样测得的冲击韧度用aku表示，V型缺口测得的冲击韧度用akv 表示。,1.冲击韧度,汽车应用材料 第一章,2.多冲抗力,多冲抗力一般采用小能量多冲试验进行测定。图1-9所示为落锤式多次冲击弯曲试验示意图，将材料制成标准试样放在试验机上，使之受到锤头的小能量（1500J)多次冲击。,(三)冲击韧度,汽车应用材料 第一章,3.材料的低温冲击性能,材料韧

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