汽车材料课件

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1. 汽车材料Vehicle materials
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3. 材料是人类文明的里程碑
4. 世界上公认第一辆汽车诞生卡尔·奔驰就是现今德国大名鼎鼎的“奔驰”汽车公司的第一代祖宗，戴姆勒--奔驰汽车公司的创始人之一。1878年他34岁时，首次研制成功了一台二冲程煤气发动机。1883年开始创建“奔驰公司和莱茵煤气发动机厂”。1885年10月，奔驰设计制造了一辆装汽油机的三轮汽车。奔驰最早制造的这辆车，由于性能不过关，经常熄火抛锚。　　但奔驰并没有因此而丧气。1886年1月29日，奔驰取得了专利权。此后这辆车终于以全新的面貌行驶在曼海姆城的大街上。因此德国人把1886年称作汽车的诞生年。奔驰的这辆三轮汽车，现珍藏在德国慕尼黑科技博物馆，保存完损无缺，还可以发动，旁边悬挂着"这是世界第一辆汽车"的说明牌。这辆汽车1994年曾以1亿马克的高价保险运到北京“国际家庭轿车研讨及展示会”上展览。另一位工程师名叫戈特利布.戴姆勒，是世界第一辆四轮汽车的创始者，被人们称作“世界汽车之父”
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7. 相关知识汽车是现代交通的主要工具之一，其从设计、选材、加工制造，到使用、维修和养护等无一不涉及材料。汽车工业更是伴随着汽车材料及其加工工艺的发展而发展。　材料是指能为人类制造有用器件的物质。现代工程材料按用途大致可分为结构材料和功能材料两大类。任务一汽车材料概述　　
8. 相关知识结构材料主要用于制造工程结构件、机械零件和工具等；功能材料是指具有特殊物理性能和功能的材料，如电阻材料、磁性材料、膨胀材料和光纤材料等。　汽车材料是指汽车生产制造及汽车运行中所用到的材料，通常分为汽车零部件材料和汽车运行材料两大类。　任务一汽车材料概述　　
9. 课程简介 1.性质——《汽车材料》是研究汽车制造（零部件）材料和汽车运行材料的综合性技术基础课，是汽车类专业的必修课。 2.内容——汽车制造（零部件）材料和汽车运行材料两部分。金属的力学性能 …………………… 掌握汽车零部件材料汽车用钢铁材料 ……………………掌握汽车用有色金属及其合金……………熟悉包括汽车用非金属材料 ……………………熟悉汽车燃料汽车运行材料汽车润滑材料 …………………………了解汽车工作液一、本课程的性质、内容
10. 一汽车零部件材料　汽车零部件材料数量大、品种多，几乎涵盖了所有传统和新兴的机械工程材料。据统计，全世界钢材产量的1/4和橡胶产量的1/2都是用于汽车及其相关工业的。汽车零部件常用材料的分类如图1-1所示。　任务一汽车材料概述　　
11. 任务一汽车材料概述　　
12. 二、机械产品生产的全过程毛坯矿石铸锭型材零件产品冶炼压力加工铸造锻压焊接切削加工装配机械产品生产：产品设计、产品制造和产品使用三个阶段产品制造方法：铸造、锻压、焊接、切削加工及热处理产品制造
13. 一汽车零部件材料　汽车零部件材料以金属材料为主，占整车质量的80%左右，其中钢铁材料约占70%，非铁金属材料约占10%。非金属材料占整车质量的20%左右，其中塑料约占7%，橡胶占 3%～7%。　任务一汽车材料概述　　
14. 一汽车零部件材料　据统计，目前我国国产中型载货汽车的材料构成比为：钢材占64%、铸铁占21%、有色金属占1%、非金属材料占14%，如图1-2所示；任务一汽车材料概述　　图1-2　国产中型载货汽车的材料构成比
15. 角钢货架铁矿石36t钢锭毛坯矿石铸锭型材零件产品冶炼压力加工铸造锻压焊接切削加工装配
16. 一汽车零部件材料　国产轿车（以奥迪轿车为例）的材料构成比约为：钢材占62%、铸铁占9.67%、粉末冶金占1.23%、有色金属占8.5%、非金属材料占186%，如图1-3所示。任务一汽车材料概述　　图1-3　国产轿车的材料构成比
17. 一汽车零部件材料　轿车与载货汽车相比，采用了更多的有色金属、非金属材料和粉末冶金材料，在新材料的使用上具有明显优势。如图1-4所示为轿车发动机，其各组成零件的制造材料见表1-1。　任务一汽车材料概述　　
18. 二汽车运行材料　汽车使用的燃料（汽油、柴油、替代燃料）、润滑剂（发动机润滑油、润滑脂和齿轮油等）、工作液（制动液、防冻液和制冷剂等）等统称为汽车运行材料。任务一汽车材料概述　　
19. 汽车运行材料汽车燃料汽车润滑材料汽车工作液
20. 任务一汽车材料概述　　图1-6　常用汽车运行材料的分类
21. 二汽车运行材料　任务一汽车材料概述　　1. 汽车燃料　随着汽车产量的激增、全球石油资源的短缺和生态环境的恶化不断加剧，开发研制石油替代燃料的重要性越来越突出。目前，已应用的石油替代燃料主要有天然气、液化石油气、醇类燃料（甲醇汽油、乙醇汽油）和电能等汽车新能源。如图1-7所示为使用液化石油气的轿车，图1-8所示为给车辆加注乙醇汽油。　
22. 二汽车运行材料　任务一汽车材料概述　　2. 润滑材料　常用的润滑材料发动机润滑油齿轮油润滑脂
23. 二汽车运行材料　任务一汽车材料概述　　2. 润滑材料　发动机润滑油主要用于发动机的曲轴、连杆、活塞、气缸壁、凸轮轴、气门等摩擦零件的润滑。齿轮油主要用于变速器、后桥齿轮等传动机构摩擦处的润滑。润滑脂主要用于汽车传动轴（十字轴轴承、滑动叉）、轮毂轴承、钢板弹簧销、转向节销、万向节销等部位的润滑。图1-9所示为给汽车添加润滑油。
24. 二汽车运行材料　任务一汽车材料概述　　3. 汽车工作液　汽车的各个工作系统需使用各种工作介质以保障汽车的正常工作和安全行驶。例如，液压制动系统需使用的制动液，冷却系统需使用的防冻液，自动变速器需使用的液力传动油（即自动变速器油），还有减振器油、液压油和制冷剂等工作介质，这些材料统称为汽车工作液。图1-10所示为给汽车添加防冻液。　
25. 三、本课程在本专业中的作用1.合理选择汽车材料的需要：汽车制造和汽车使用发动机底盘车身2.《汽车制造工艺学》的需要： 3. 就业和工作的需要：
26. 拓宽知识储备提高综合素质奠定专业基础汽车材料
27. 四、课程的特点及要求 1.特点：A. 涉及面广，综合性强。学习时要加强理论和实践的联系。 B. 内容抽象、入门难。 2.要求：建立笔记。1. 考核：必修课成绩：考勤+提问+作业+测验 2. 学时：五、考核与学时分配：
28. 典型轿车构造图
29. 进气肥肠无骨雨刮天窗A柱B柱C柱尾灯后视（倒车）镜侧门防撞杆车标翼子板铝轮毂（圈）卡钳（鲍鱼）保险杠（大包围）大灯中网
30. 发动机底盘车身主要结构车身及其附件发动机、底盘、电气设备、
31. 汽车是一个复杂的机械系统。一辆汽车由约2万个零部件组装而成。每个零部件的生产制造都涉及到材料问题，材料是汽车工业的基础。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。由以上分析可看出：据统计，汽车上的零部件采用了多种不同的材料加工制造。其中80%左右是金属材料。金属材料之所以在汽车上得到广泛的应用，是因为金属材料具有许多良好的性能。
32. 学习情境1 金属材料的性能任务1.1 金属材料的使用性能………重点任务1.2 金属材料的工艺性能 ………自学
33. 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能：是指金属材料在正常使用条件下所表现出来的性能，包括：力学性能、物理性能和化学性能。工艺性能：是指金属材料在各种加工过程中所表现出来的性能，包括：铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。学习情境1 金属材料的力学性能力学性能——金属材料在外力作用下，表现出的抵抗能力。包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度。测定：通过各种不同的试验测出来的。意义：设计和制造机械零件的重要依据。
34. 任务引入【案例1-1】史上空前的海难——铁达尼号的沉没 1912年，在世界航海史上曾被骄傲地称为“永不沉没的巨轮”铁达尼号初航，同一座漂浮的冰山发生了仅仅为10秒钟的碰撞， 35cm厚双层船体钢板就在水位线处像拉链拉开一样被撕裂，海水排山倒海般涌向船内，约三小时后,这辉煌的首航竟给它带来了葬身海底的厄运。人们不禁要问，到底是什么原因导致这场悲剧的发生？排除其他人为因素，设计、材料的选择和材料性能无疑起着至关重要的作用。
35. 一金属材料的物理性能　任务二金属材料的性能　金属材料的物理性能磁性热膨胀性导电性熔点密度导热性
36. 一金属材料的物理性能　任务二金属材料的性能　密度是指物质单位体积的质量，用符号ρ表示，单位为g/cm3。金属的密度即单位体积金属的质量，密度大于5×103 g/cm3的金属称为重金属，如铜、铁等；密度小于5×103 g/cm3的金属称为轻金属，如铝、钛等。常用金属材料的密度见表1-2。1.密度　
37. 一金属材料的物理性能　任务二金属材料的性能　在汽车工业中，为了增加有效装载质量，应尽量使用轻质材料，如发动机中的活塞等某些高速运动的零件，应尽量减小自重，因此要采用强度高、密度较小的材料来制造，如用铝合金制造，如图1-11所示。图1-11　铝合金活塞
38. 一金属材料的物理性能　任务二金属材料的性能　金属材料从固态转变为液态的温度称为熔点，以摄氏度(℃)表示。各种金属都有其固定的熔点，常用金属中钨、铬等的熔点较高，可用于制造车灯灯丝、加热元件等耐高温零件。锡、铅等的熔点较低，可用于制造熔丝等零件。2.熔点
39. 一金属材料的物理性能　任务二金属材料的性能　金属传导电流的性能称为导电性。衡量材料导电性的指标是电阻率，电阻率用符号ρ表示，单位为Ω·m（欧姆·米）。电阻率越小，金属的导电性越好。　 3.导电性　
40. 一金属材料的物理性能　任务二金属材料的性能　材料传导热量的性能称为导热性，导热性是金属材料的重要性能之一。通常用热导率来衡量金属的导热性，热导率用符号λ表示，其单位为W/(m·K)［瓦特／（米·开尔文）］。　热导率越高，金属的导热性越好。金属中导热能力以银为最好，其次为铜、铝。合金的导热性比金属差。　4.导热性　
41. 一金属材料的物理性能　任务二金属材料的性能　金属材料随温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。常用线膨胀系数和体膨胀系数来衡量金属的热膨胀性，线膨胀系数用符号α表示，其单位为1／℃。线膨胀系数越大，金属的热膨胀性就越大。　5.热膨胀性　
42. 一金属材料的物理性能　任务二金属材料的性能　金属导磁的性能称为磁性。通常用磁导率来衡量金属的磁性，一般用符号μ表示，其单位为H／m（亨利／米）。磁导率越高，金属的磁性越好。金属材料可分为铁磁性材料、抗磁性材料和顺磁性材料三类。　6.磁性　
43. 一金属材料的物理性能　任务二金属材料的性能　铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。抗磁性材料则用于要求避免电磁干扰的零件和结构，如航海罗盘。当铁磁性材料温度升高到一定数值时，其磁场会被破坏，变为顺磁体，这个转变温度称为居里点，如铁的居里点为770 ℃。　6.磁性　
44. 二金属材料的化学性能　任务二金属材料的性能　1.耐腐蚀性　金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及化学介质腐蚀破坏作用等各种腐蚀的能力称为耐腐蚀性。一般可采用改变金属材料成分和进行表面处理的方法（如喷漆、电镀等）来提高金属的耐腐蚀性。　
45. 二金属材料的化学性能　任务二金属材料的性能　2.抗氧化性　金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力称为抗氧化性。材料的氧化随温度升高而加速，如铸造、锻造、热处理和焊接等热加工作业，会造成材料过量的损耗和形成各种缺陷。因此，在高温下工作的零部件，如发动机的气门、活塞等零件，必须采用抗氧化性好的材料制造。　
46. 二金属材料的化学性能　任务二金属材料的性能　3.化学稳定性　化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。在高温条件下工作的零件，如发动机的活塞、活塞环，需要选择热稳定性好的材料制造。　
47. ① 餐盘：不锈钢——冲压件：塑性好的低碳钢板 ② 锉刀：高碳钢——硬而耐磨 ③ 汽车轮胎紧固螺栓：材料及规格的选择，必须能够保证螺栓在使用过程不会扭断，从而保证驾乘人员的安全。学习情境1 金属材料的性能
48. 三金属材料的力学性能　任务二金属材料的性能　金属材料在使用过程中受到各种载荷的作用所反映出来的性能，称为材料的力学性能。力学性能
49. 三金属材料的力学性能　任务二金属材料的性能　金属材料在加工和使用过程中都会受到外力的作用，这种外力通常称为载荷。载荷静载荷冲击载荷交变载荷
50. 三金属材料的力学性能　任务二金属材料的性能　载荷载荷五种基本形式拉伸压缩弯曲剪切扭转
51. 任务1.1 金属的力学性能1.1.1 强度与塑性强度：金属在静载荷作用下，抵抗塑变（永久）和断裂的能力；包括：拉伸、压缩、弯曲、扭转等强度。塑性：金属在静载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。静载荷: 载荷从0逐渐增加到max 测定：拉伸强度和塑性都是通过拉伸试验测定的。
52. （1）设备（2）试样拉伸试样L0=100㎜D0=10㎜（3）试样材料退火低碳钢铸铁WE-300kN万能材料试验机1.拉伸试验
53. 退火低碳钢拉伸曲线铸铁拉伸曲线1.拉伸试验——（4）拉伸曲线韧性断口脆性断口
54. 弹性变形阶段——（op、pe段）屈服阶段—— （es段）强化阶段——（sb段）缩颈阶段——（bk段）退火低碳钢拉伸曲线1.拉伸试验低碳钢拉伸过程中的变形阶段WE-300kN万能材料试验机
55. 强度——单位面积所受的力表示 σ=F/S0 （MPa）弹性强度拉伸试验测的指标有屈服强度抗拉强度2.强度指标
56. Rm = (MPa) （4）意义——金属材料的强度越高，则越结实。在承受相同载荷的条件下，零件的尺寸减小，重量减轻，可实现汽车的轻量化——节油、环保。退火低碳钢拉伸曲线2.强度指标铸铁拉伸曲线(1)弹性强度——试样产生完全弹性变形时承受的最大应力。σe=(MPa)（2）屈服强度——试样产生屈服现象时的最小应力。 ReL= (MPa)脆性材料的屈服强度表示为：Rr0.2 （3）抗拉强度——试样被拉断前所承受的最大应力。旧标准——σS旧标准——σb【想一想】为什么铁达尼号船体要做成35cm，双层厚钢板？
57. Z= ×100%A= ×100%3.塑性指标（1）断后伸长率——试样拉断后，标距长度的伸长量与原标距长度的百分比，用A或δ表示。（2）断面收缩率——试样拉断后，缩颈处横截面积的收缩量与原横截面积的百分比，用Z或ψ表示。塑性材料：δ＞5%，低碳钢脆性材料：δ＜5%，铸铁、高碳钢
58. （3）意义——塑性好的材料 A.万一超载，有一定的安全储备，避免突然断裂、安全； B.能通过塑变实现成型加工。汽车车身覆盖件、油箱等大多是采用塑性好的冷轧钢板冲压而成。车身油箱3.塑性指标工业纯铁
59. 表1-1 金属材料强度与塑性的新、旧标准名词和符号对照GB/T228.1-2010新标准GB/T228-1987旧标准名称符号名称符号屈服强度Re屈服点σs上屈服强度ReH上屈服点σsU下屈服强度ReL下屈服点σsL规定残余伸长强度Rr，如Rr0.2规定残余伸长应力σr，如σr0.2抗拉强度Rm抗拉强度σb断后伸长率A和A11.3断后伸长率δ5和δ10断面收缩率Z断面收缩率ψ
60. 【案例1-1】 1991年，深水机械人从 4000米海底捞起一块铁达尼号上的钢板，其上有铁达尼号的标志。钢板出水后用高压水枪冲洗掉沉积物，居然还有油漆在上面；取了一块试样做拉伸强度试验，强度竞然比现代钢材还要高，据悉建造这艘豪华巨轮用的是当时最优质的钢材。它为什么会沉呢？
61. 小结强度（σe、σS —ReL、σb —Rm）拉伸试验塑性（δ-A、ψ-Z）思考题1.强度、塑性分别有什么实际意义？ 2.脆性材料和塑性材料分别以哪个强度指标做选材的依据？
62. The End

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