1、通過本章的學(xué)習(xí)具備所必需的汽車所使用的其他非金屬材料基本知識。掌握汽車所用工程塑料的性能與用途。掌握汽車所用其他材料如橡膠、玻璃、陶瓷、復(fù)合材料的性能與用途。第一節(jié)鋼鐵材料 1 1、高強度鋼板、高強度鋼板 高強度鋼板是在低碳鋼內(nèi)加入適量的微量元素，經(jīng)各種處理軋制而成，其抗拉強度普遍高于440MPa（N/mm )，是普通低碳鋼的23倍，深拉延性能極好，可軋制成很薄的鋼板，是車身輕量化的重要材料。 到2000年，其使用量已達到50%以上。 車身高強度材料的應(yīng)用： 高高強強度度材材料料抗拉強度抗拉強度 特特 點點運運 用用340MPa 抗拉強度極高，抗拉強度極高，屈服強度低、屈服強度低、延伸性高，能

2、延伸性高，能量吸收性能好。量吸收性能好。 汽車外板如發(fā)動機罩、車汽車外板如發(fā)動機罩、車門、行李箱、側(cè)圍外板等門、行李箱、側(cè)圍外板等 440MPa 590MPa 車身骨架部件車身骨架部件 780MPa 980MPa 1470MPa 2 2、結(jié)構(gòu)用鋼、結(jié)構(gòu)用鋼結(jié)構(gòu)用鋼大多用于發(fā)動機、變速器、底盤等強度要求高的部件上，它們不僅需要低成本、高強度、輕量化，而且還需要環(huán)保。發(fā)動機的連桿、曲軸等部件通過省略熱處理而降低制造成本，廣泛應(yīng)用非調(diào)質(zhì)鋼，并且還在向更高強度化發(fā)展。 在環(huán)保方面，歐洲比較流行使用低壓滲碳、氣體淬火技術(shù)。為了減少環(huán)境污染物，還開發(fā)了無鉛材料。 3 3、不銹鋼、不銹鋼由于不銹鋼的耐熱性和

3、耐腐蝕性好，所以被用于發(fā)動機和排氣系統(tǒng)的部件上。鑄鐵廉價且形狀設(shè)計自由度大、切削性好，對于復(fù)雜形狀的部件，控制化學(xué)成份和組織，可以帶來優(yōu)良的特性(高強度、高耐熱性、高耐磨損性)。 常應(yīng)用于發(fā)動機的缸體、曲軸、凸輪軸和排氣管等處。缸體的輕量化除了使用鋁鑄件，還使用蠕墨鑄鐵，控制熔化過程的石墨組織，使之付予一定的性能，同時應(yīng)考慮輕量、高強度、高韌性。 4 4、鑄鐵材料、鑄鐵材料 由于粉末；臺金的設(shè)計形狀自由度較大，認為可以替換鋼材?？捎糜跉忾T座和氣門導(dǎo)桿。 制造工藝的動向是：提高致密度，改進成形方法，現(xiàn)已應(yīng)用在發(fā)動機的鏈輪和噴射器轉(zhuǎn)子鐵芯上。還有一種方法是燒結(jié)擴散結(jié)合法，就是多數(shù)部件在燒結(jié)的同時進

4、行焊接的方式。 5 5、鐵基粉末冶金材料、鐵基粉末冶金材料 1. 1.鋁合金鋁合金 鋁合金的比重為2.7，是鐵的1/3，與其它材料相比，輕量化效果好，成本較低，耐腐蝕性和回收利用性也好，被廣泛地應(yīng)用于發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、車身和底盤部件。鋁合金分為鑄件、鍛件、板材和軋制件，汽車上所用的鋁合金主要是鑄件。尤其是壓鑄鋁合金，尺寸精度和生產(chǎn)率很高。 鋁合金常應(yīng)用在缸體、缸蓋、變速器殼和接頭上。鋁合金車身大大降低了車身重量鋁合金車身大大降低了車身重量2.2.鎂合金鎂合金 鎂合金的比重是7.8，比鋁合金輕23，強度和剛性也很好，作為輕量化材料一直倍受人們的關(guān)注。但是除壓鑄外，其它的各種成形適應(yīng)性差，再加上耐

5、腐蝕性差、基體金屬成本高、耐熱性差，應(yīng)用上受到了局限。通過減少雜質(zhì)可以大幅度提高耐腐蝕性，其實它并不比鋁合金壓鑄遜色。主要應(yīng)用在缸蓋和各類密封墊上，延性好的AM類合金(AM50A，AM60B)主要應(yīng)用在轉(zhuǎn)向器芯棒上。大多應(yīng)用于沒有腐蝕性和環(huán)境溫度不高的小部件上。歐美的情況是，應(yīng)用在儀表板骨架和有耐熱性要求的驅(qū)動部件的罩類上。近年來，日本國內(nèi)鎂合金應(yīng)用在座椅和儀表板骨架等大部件的情況已進入了實用化階段。在鎂合金中添加Ca和稀土元素，提高其耐熱性，目前已開始應(yīng)用在機油盤殼和變速器殼上。如果耐熱鎂合金部件的成本進一步降低的話，應(yīng)用范圍還會更加廣泛。 除鑄造成形工藝外，還有鍛造、擠壓、軋制和焊接的新工

6、藝也處在研究開發(fā)之中，今后研究成果將層出不窮。第三節(jié)工程塑料塑料是一種以有機合成樹脂為主要組成的高分子材料，它通?？伤芰鲜且环N以有機合成樹脂為主要組成的高分子材料，它通?？稍诩訜?、加壓條件下被注塑或固化成形，故稱為塑料。汽車用工程塑在加熱、加壓條件下被注塑或固化成形，故稱為塑料。汽車用工程塑料，主要用于制造某些機器零件或構(gòu)件，具有強度、韌度和耐磨性較料，主要用于制造某些機器零件或構(gòu)件，具有強度、韌度和耐磨性較好，價廉、耐腐蝕、降噪聲、美觀、質(zhì)輕等特點。好，價廉、耐腐蝕、降噪聲、美觀、質(zhì)輕等特點。樹脂是決定塑料性能和使用范圍的主要組成物，在塑料中，起粘樹脂是決定塑料性能和使用范圍的主要組成物，在

7、塑料中，起粘結(jié)其他組分的作用。塑料中的合成樹脂質(zhì)量分數(shù)一般為結(jié)其他組分的作用。塑料中的合成樹脂質(zhì)量分數(shù)一般為3030100100。因此，大多數(shù)塑料都是以樹脂名稱來命名的，例如，聚氯乙烯塑料的因此，大多數(shù)塑料都是以樹脂名稱來命名的，例如，聚氯乙烯塑料的樹脂就是聚氯乙烯。樹脂就是聚氯乙烯。 （1 1）填充劑；（）填充劑；（2 2）增塑劑；（）增塑劑；（3 3）穩(wěn)定劑；（）穩(wěn)定劑；（4 4）著色劑；（）著色劑；（5 5）其他其他 工程塑料主要指綜合性能（包括力學(xué)性能、耐熱性、耐寒性、耐工程塑料主要指綜合性能（包括力學(xué)性能、耐熱性、耐寒性、耐蝕性和蝕性和絕緣性能等）良好的各種塑料。它們是制造工程結(jié)構(gòu)用

8、零部件、絕緣性能等）良好的各種塑料。它們是制造工程結(jié)構(gòu)用零部件、工業(yè)容器和設(shè)備等的一類新型結(jié)構(gòu)材料。工業(yè)容器和設(shè)備等的一類新型結(jié)構(gòu)材料。常用的工程塑料分為熱塑性工程塑料和熱固性工程塑料兩類。常用的工程塑料分為熱塑性工程塑料和熱固性工程塑料兩類。汽車用塑料按照用途可分為內(nèi)飾件用塑料、工程塑料和外裝件用汽車用塑料按照用途可分為內(nèi)飾件用塑料、工程塑料和外裝件用料。料。內(nèi)飾用塑料品種主要有：聚氨酯（內(nèi)飾用塑料品種主要有：聚氨酯（PUPU）、聚氯乙烯（）、聚氯乙烯（PVCPVC）、聚）、聚丙烯（丙烯（PPPP）和）和ABSABS等。它們用于制作座墊、儀表板、扶手、頭枕、門等。它們用于制作座墊、儀表板、扶

9、手、頭枕、門內(nèi)襯板、頂棚襯里、地毯、控制箱、轉(zhuǎn)向盤等內(nèi)飾塑料制品。內(nèi)襯板、頂棚襯里、地毯、控制箱、轉(zhuǎn)向盤等內(nèi)飾塑料制品。汽車上常用的工程塑料有聚丙烯（汽車上常用的工程塑料有聚丙烯（PPPP）、聚乙烯（）、聚乙烯（PEPE）、聚苯烯、）、聚苯烯、ABSABS、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛樹脂等。、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛樹脂等。汽車的外裝件及結(jié)構(gòu)件包括傳動軸、車架、發(fā)動機罩等，要求具汽車的外裝件及結(jié)構(gòu)件包括傳動軸、車架、發(fā)動機罩等，要求具備高強度，因而多采用纖維增強塑料復(fù)合材料制造。備高強度，因而多采用纖維增強塑料復(fù)合材料制造。第四節(jié)其他非金屬材料非金屬材料包括橡膠、玻璃、陶瓷、合成纖維

10、、膠粘劑、摩擦材料、非金屬材料包括橡膠、玻璃、陶瓷、合成纖維、膠粘劑、摩擦材料、涂裝材料等各種材料，它們在汽車上的應(yīng)用呈逐年增長的趨勢。涂裝材料等各種材料，它們在汽車上的應(yīng)用呈逐年增長的趨勢。所謂橡膠，是指在使用溫度范圍內(nèi)處于高彈性狀態(tài)的高分子材料。所謂橡膠，是指在使用溫度范圍內(nèi)處于高彈性狀態(tài)的高分子材料。橡膠最顯著的特點是具有高的彈性和回彈性。同時，橡膠最顯著的特點是具有高的彈性和回彈性。同時，橡膠還有一定的強度，優(yōu)異的抗疲勞性，以及良好的耐磨、絕緣、隔聲、橡膠還有一定的強度，優(yōu)異的抗疲勞性，以及良好的耐磨、絕緣、隔聲、防水、緩沖、吸振等性能。防水、緩沖、吸振等性能。橡膠是以生膠為原料，加入

11、適量的配合劑，經(jīng)橡膠是以生膠為原料，加入適量的配合劑，經(jīng)硫化工藝處理以后得到的一種生產(chǎn)原材料。硫化工藝處理以后得到的一種生產(chǎn)原材料。玻璃是一種非晶態(tài)固體，它是以石英砂、純堿、長石、石灰石等為玻璃是一種非晶態(tài)固體，它是以石英砂、純堿、長石、石灰石等為主要原料，并加入某薹金屬氧化物等輔料，在高溫窯中煅燒至熔融后，主要原料，并加入某薹金屬氧化物等輔料，在高溫窯中煅燒至熔融后，經(jīng)成形、冷卻所獲得的非金屬材料。經(jīng)成形、冷卻所獲得的非金屬材料。玻璃的一般性能有以下幾方面：玻璃的一般性能有以下幾方面：（1 1）密度）密度（2 2）力學(xué)性能）力學(xué)性能（3 3）耐熱性）耐熱性 （4 4）化學(xué)穩(wěn)定性）化學(xué)穩(wěn)定性

12、（5 5）絕緣性）絕緣性 （6 6）光學(xué)性質(zhì)）光學(xué)性質(zhì) 汽車用摩擦材料，是汽車上的消耗性材料之一，主要起到傳遞汽車用摩擦材料，是汽車上的消耗性材料之一，主要起到傳遞動力、制動減速、停車制動等作用，是汽車制動系統(tǒng)與行車系統(tǒng)的動力、制動減速、停車制動等作用，是汽車制動系統(tǒng)與行車系統(tǒng)的重要組成部分。重要組成部分。對于汽車用摩擦材料，主要有以下幾方面的性能要求對于汽車用摩擦材料，主要有以下幾方面的性能要求（1 1）摩擦因數(shù)）摩擦因數(shù) （2 2）耐磨性）耐磨性（3 3）物理）物理、力學(xué)特性、力學(xué)特性（4 4）噪聲）噪聲汽車摩擦材料主要由骨架材料、粘結(jié)劑和填充材料所組成。汽車摩擦材料主要由骨架材料、粘結(jié)劑

13、和填充材料所組成。陶瓷大致可分為傳統(tǒng)陶瓷及特種陶瓷兩大類。其生產(chǎn)過程比較復(fù)陶瓷大致可分為傳統(tǒng)陶瓷及特種陶瓷兩大類。其生產(chǎn)過程比較復(fù)雜，但基本的工藝是原料的制備、坯料的成型和制品的燒成或燒結(jié)三雜，但基本的工藝是原料的制備、坯料的成型和制品的燒成或燒結(jié)三大步驟。大步驟。和金屬一樣，陶瓷材料的力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能也是由它的和金屬一樣，陶瓷材料的力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能也是由它的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)狀況決定的。陶瓷的組織結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，一般由晶體化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)狀況決定的。陶瓷的組織結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，一般由晶體相、玻璃相和氣相組成。各種相的組成、結(jié)構(gòu)、數(shù)量、幾何形狀及分相、玻璃相和氣相組成。各種相的組成、結(jié)構(gòu)、

14、數(shù)量、幾何形狀及分布狀況等都會影響陶瓷的性能。布狀況等都會影響陶瓷的性能。（1 1）力學(xué)性能）力學(xué)性能（2 2）熱學(xué)性能）熱學(xué)性能（3 3）電學(xué)性能）電學(xué)性能（4 4）化學(xué)性能）化學(xué)性能（1 1）普通陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷）普通陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷）（2 2）特種陶瓷（現(xiàn)代陶瓷）特種陶瓷（現(xiàn)代陶瓷）復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)，復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)，經(jīng)一定方法合成而得到的一種新的多相固體材料。它不僅具有各組經(jīng)一定方法合成而得到的一種新的多相固體材料。它不僅具有各組成材料的優(yōu)點，還具有比單一材料更優(yōu)良的綜合性能。成材料的優(yōu)點，還具有比單一材料更優(yōu)良的綜合

15、性能。復(fù)合材料的分類至今尚不統(tǒng)一，目前主要采用以下幾種分類方法：（1 1）按材料的用途分類）按材料的用途分類 可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類。 （2 2）按增強材料的物理形態(tài)分類）按增強材料的物理形態(tài)分類 可分為纖維增強復(fù)合材料、粒子增強復(fù)合材料及層疊復(fù)合材料。（3 3）按基體類型分類）按基體類型分類 可分為非金屬基體及金屬基體兩大類。（1）比強度和比模量高（2）抗疲勞性能好（3）減振性能好（4）高溫性能好（5）工作安全性好（6）成型工藝簡便靈活及可設(shè)計性強（1）纖維增強復(fù)合材料（2）層疊復(fù)合材料（1）玻璃鋼的應(yīng)用（2）碳纖維增強塑料的應(yīng)用學(xué)習(xí)目的：學(xué)習(xí)目的：通過本章的學(xué)習(xí)具備所必需的

16、汽車所使用的金屬材料基本知識。學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求：掌握金屬的力學(xué)性能指標及常用數(shù)據(jù)。掌握鋼的熱處理的基本知識及常用的熱處理方法、工藝特點和應(yīng)用范圍。掌握常用的機械工程材料類型、牌號、力學(xué)性能及用途。初步具有選擇工程材料的能力。第一節(jié)金屬的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能是指材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的特性。力學(xué)性能包括強度、塑性、硬度、沖擊韌度及疲勞強度等。一、強度一、強度強度是指金屬材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。強度指標一般可以通過金屬拉伸試驗來測定。把標準試樣裝夾在試驗機上，然后對試樣緩慢施加拉力，使之不斷變形直到拉斷為止。在此過程中，試驗機能自動繪制出載荷F和試樣變形量AL的關(guān)系曲線。此曲

17、線叫做拉伸曲線。1 1拉伸曲線拉伸曲線圖2-1為低碳鋼的拉伸曲線，圖中縱坐標表示載荷單位為N；橫坐標表示絕對伸長量L，單位為mm。金屬材料的強化機制金屬材料的強化機制 從圖2-1中可以看出下面幾個變形階段：（1）Oe彈性變形階段 （2）es屈服階段 （3）sb強化階段 （4）bk縮頸階段材料受到外力作用會發(fā)生變形，同時在材料內(nèi)部產(chǎn)生一個抵抗變形的力稱為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力，單位為Pa（帕），即N/m2工程上常用MPa(兆帕)，1MPa=106pa，或1Pa=1N/m2，或1MPa=1N/mm2。（1）屈服點s材料產(chǎn)生屈服時的最小應(yīng)力。單位為MPa。s= Fs/AO （2-1）式中，F(xiàn)

18、s是屈服時的最小載荷(N)；A0是試樣原始截面積。對于無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料（如高碳鋼、鑄鐵），測量屈服點很困難，工程上經(jīng)常采用殘余伸長為0.2原長時的應(yīng)力0.2作為屈服強度指標，稱為規(guī)定殘余伸長應(yīng)力。0.2= F0.2/AO （2-2）（2）抗拉強度b材料在拉斷前所承受的最大應(yīng)力，單位為MPa?？估瓘姸缺硎静牧系挚咕鶆蛩苄宰冃蔚淖畲竽芰?，也是設(shè)計機械零件和選材的主要依據(jù)。b= Fb/AO （2-3）式中，F(xiàn)b是試樣斷裂前所承受的最大載荷（N）。金屬材料在載荷的作用下，產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力稱為塑性。通過拉伸試驗測得 的常用塑性指標有：斷后伸長率和斷面收縮率。試樣拉斷后的標距伸長量和原始

19、標距之比 =(L1L0)/L0100 （2-4） 式中，L1試樣原始標距長度。L0試樣拉斷后的標距長度。試樣拉斷處=100橫截面積的縮減量與原始橫截面積之比= =(A0A1)/AO 100（2-5）式中，Ao是試樣的原始橫截面積；A是試樣斷口處的橫截面積。硬度是指材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃痕的能力。常用來測定硬度的方法有布氏硬度試驗法和洛氏硬度試驗法。如圖2-2所示采用直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定載荷F的作用下，壓入被測金屬表面，保持一定時間后卸除載荷，測定壓痕直徑，求出壓痕球形的表面積，壓痕單位表面積上所承受的平均壓力（F/A）即為布氏硬度值，壓頭為淬火鋼球時用HBS表示，

20、壓頭為硬質(zhì)合金球用時HBW表示。例如120HBS，450HBW。采用頂角為120的金剛石圓錐體或直徑為1.588mm的淬火鋼球作為壓頭如圖2-3所示。試驗時先施加初載荷，使壓頭與試樣表面接觸良好，保證測量準確，再施加主載荷，保持到規(guī)定的時間后再卸除主載荷，依據(jù)壓痕的深度來確定材料的硬度值。 對于承受沖擊載荷的材料，如汽車發(fā)動機中的活塞，不僅要求具有高的強度和一定的塑性，還必須具備足夠的沖擊韌度。金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌度。沖擊韌度的測定方法，如圖2-4所示。是將被測材料制成標準缺口試樣，在沖擊試驗機上由置于一定高度的重錘自由落下而一次沖斷。沖斷試樣所消耗的能量稱為沖擊功

21、，其數(shù)值為重錘沖斷試樣的勢能差。沖擊韌度值aKV就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功，這個值越大，則韌性越好，受沖擊時，越不容易斷裂。在汽車上的許多零件中，比如各種軸、齒輪、彈簧、連桿等，要受到大小和方向呈周期性變化的載荷作用。這種交變載荷雖然小于材料的強度極限，甚至小于其彈性極限，但經(jīng)多次循環(huán)后，在沒有明顯的外觀變形時也會發(fā)生斷裂，這種破壞稱作疲勞破壞或疲勞斷裂。這種破壞都是突然發(fā)生的，具有很大的危險性。疲勞強度-1是表示材料以周期性交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，其大小與應(yīng)力變化的次數(shù)有關(guān)。對于黑色金屬規(guī)定循環(huán)次數(shù)為107次，有色金屬循環(huán)次數(shù)為108次。為了提高金屬的疲勞強度，可

22、以通過改善零件的結(jié)構(gòu)形狀，避免應(yīng)力集中，減小表面粗糙度值，進行表面熱處理和強化處理等方法。第二節(jié)鋼的熱處理常識熱處理是將固態(tài)金屬或合金采用適當?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。根據(jù)熱處理的目的和工藝方法的不同，熱處理可分為：熱處理方法雖然很多，但任何一種熱處理工藝都是由加熱、保溫、和冷卻三個階段所組成的。熱處理工藝過程可用在溫度一時間坐標系中的曲線圖表示，這種曲線稱為熱處理工藝曲線，見圖2-5。在熱處理工藝中，鋼的加熱目的是為了獲得奧氏體，奧氏體是鋼在高溫狀態(tài)時的組織，其強度及硬度高，塑性良好，晶粒的大小、成分及其均勻化程度，對鋼冷卻后的組織和性能有重要影響。因此，鋼在加熱時，為了得到細小均勻的奧氏體晶粒，必須嚴格控制加熱溫度和保溫時間，以求在冷卻后獲得高性能的組織。冷卻是熱處理的關(guān)鍵工序，成分相同的鋼經(jīng)加熱獲得奧氏體組織后，以不同的速度冷卻時，將獲得不同的力學(xué)性能，見表2-1。退火是將鋼加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。正火是指把鋼加熱到組織轉(zhuǎn)變