中职汽车机械基础项目1 汽车常用材料的认识与选用.pptx

中职汽车机械基础工信版项目1 汽车常用材料的认识与选用项目一 汽车常用材料的认识与选用任务一 黑色金属材料在汽车上的应用汽车机械基础任务学习目标1了解金属材料的性能。2了解黑色金属材料的类型及性能。3了解黑色金属在汽车零件上的应用情况。思政目标1增强民族自豪感和文化认同感。2增长知识，提高口头表达能力。3勇敢面对困难，不断挑战自我。任务引入在汽车零部件中，应用最广泛的是金属材料（见图 1-1），占汽车总质量的 70%90%。金属材料不仅来源丰富，而且具有耐用性好、工艺性好等优点，还可以通过不同的成分配比、不同的加工和热处理方法来改变其组织与性能，以扩大其使用范围。图 1-1 金属材料一、金属材料的分类 金属材料按组成成分的不同分为纯金属和合金。纯金属是由一种金属元素组成的物质。合金是由一种主要金属元素与另外一种（或几种）金属元素（或非金属元素）组成的物质。合金的种类较多，如工业上常用的生铁和钢就是铁碳合金，黄铜就是铜锌合金。由于合金的性能一般优于纯金属，因此在工业上合金的应用比纯金属广泛。金属材料通常分为两类：黑色金属和有色金属。黑色金属主要指铁、锰、铬及其合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等；有色金属是指除黑色金属外的金属和合金，如铜、铝、锌、锡、镍、铅、钛、镁以及铜合金、铝合金、镍合金、钛合金、镁合金和轴承合金等。一、金属材料的分类金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。金属材料的使用性能是指在正常使用条件下，金属材料所表现出来的性能，主要包括物理性能、化学性能和力学性能。材料的使用性能决定了材料的使用条件、可靠性和使用寿命。1金属材料的力学性能金属材料的力学性能，又称机械性能，是指材料在外加载荷作用下所表现出来的性能，主要包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。金属材料的力学性能主要决定于材料的化学成分、组织结构等内在因素。1）材料的受力与变形金属材料在加工及使用过程中所受到的外力称为载荷。根据载荷作用性质的不同，它可以分为静载荷、冲击载荷及交变载荷。（1）静载荷：指大小不变或变动很慢的载荷，如汽车静止时，车身对车架的压力属于静载荷。（2）冲击载荷：指突然增加的载荷，如车身对悬架的冲击属于冲击载荷。（3）交变载荷：指所经受的周期性或非周期性的载荷（也称疲劳载荷），如发动机曲轴运转过程中所承受的载荷就属于交变载荷。金属材料受不同载荷作用而发生的几何形状和尺寸的变化称为变形。变形一般分为弹性变形和塑性变形。金属材料在外力作用下而发生变形，当外力去除后，能够消失的变形称为弹性变形，不能消失的变形称为塑性变形，也称为残余变形。二、金属材料的性能2）力学性能指标（1）强度。强度是金属材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。衡量强度的指标主要是屈服强度 s和抗拉强度 b。例如，为了保证气缸盖和气缸体之间的密封性，缸盖螺栓是不允许发生塑性变形的，所以设计缸盖螺栓时就以屈服强度作为计算依据。（2）塑性。塑性是金属材料在断裂前产生塑性变形的能力，常用的衡量塑性的指标是伸长率 和断面收缩率。金属材料的伸长率（）和断面收缩率（）数值越大，表示材料的塑性越好。工程上常按伸长率的大小把材料分为两大类：5%的材料称为塑性材料，如钢、铝和铜等；0.8%）多用于制造刃具、量具和冷作模具，这类钢淬火后的硬度高，且具有足够的耐磨性；含碳量中等的钢（C 为 0.35%0.70%）多用于制造热作模具，这类钢淬火后的硬度较低，但韧性良好。合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅在于含碳量的表示方法，它用一位数字表示平均含碳量的千分数，当含碳量1%时，则不予标出。例如，5CrMnMo 为合金工具钢，平均含碳量为 0.5%，含铬、锰、钼量均小于 1.5%。又如，Cr12MoV 为合金工具钢，平均含碳量大于 1.0%，含铬量为 11.5%12.5%，钼、钒的含量均小于 1.5%。刃具钢又分为低合金刃具钢和高速钢。低合金刃具钢主要是含铬的钢，如 9CrSi 是应用广泛的刃具钢，用于制造要求变形小的各种薄刃低速切削刃具，如丝锥、板牙、铰刀等。高速钢含钨、铬、钒等合金元素较多，具有很高的红硬性，当其切削温度高达 600时，仍然保持高硬度和高耐磨性。此外，高速钢还具有足够的强度、韧性，所以它是重要的切削刀具材料，常用的高速钢有 W18Cr4V 和 W6Mo5Cr4V2。三、黑色金属材料（1）合金刃具钢。合金刃具钢主要用来制造车刀、铣刀、钻头等各种切削刀具。合金刃具钢分为低合金刃具钢和高速钢。低合金刃具钢。低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢。主要加入的合金元素有 Cr、Mn、Si、W、V 等。低合金刃具钢与碳素工具钢相比提高了淬透性，能制造尺寸较大的刀具，可在冷却介质（如油）中较缓慢地冷却淬火，使变形倾向减小。这类钢的强度和耐磨性也比碳素工具钢高，但由于合金元素的加入量不大，一般工作温度不得超过 300。9CrSi 和 CrWMn 是常用的低合金刃具钢，低合金刃具钢的预备热处理方式是球化退火，最终热处理方式为淬火后低温回火。这类钢常用于制造低速或手动工具或刀具等，如丝锥、板牙、钻头、铰刀、刮刀和拉刀等。高速钢。用于制造高速度切削工具的钢称为高速钢。其含碳量在 0.70%1.65%之间，含合金元素总量10%，主要合金元素有 W、Mo、Cr、V 等，合金元素与碳形成碳化物，以提高钢的硬度、耐磨性和红硬性。因此，高速钢具有很高的红硬性，当其切削温度高达 600时，仍然保持高硬度和高耐磨性，一般用来制造切削速度较高的刀具（如车刀、铣刀、拉刀等）。高速钢的热处理包括锻造后的球化退火及加工成形后的淬火与低温回火。常用的高速钢有W18Cr4V 和 W6Mo5Cr4V2，前者通用性强，能满足一般要求，但红硬性较差且价格高，主要用于制造截面积较小的刀具和普通钻头；后者的特点是价格相对较低，用来制造钻头、滚刀、铣刀以及大截面的刀具。三、黑色金属材料（2）合金量具钢。量具是测量工件的工具，如游标卡尺、千分尺、塞规、量块、样板等。它们的工作部分要求高硬度、高耐磨性、高的尺寸稳定性和足够的韧性。量具没有单独的专用钢种。碳素工具钢、合金工具钢和滚动轴承钢都可以用来制造量具，但精度要求较高的量具，一般采用微变形合金工具钢制造，如 CrWMn、CrMn、GCr15 等。量具钢经淬火后要在 150170进行长时间保温回火和冷处理，以稳定尺寸。常用合金量具钢的牌号、热处理方法和用途如表 1-8 所示。三、黑色金属材料3）特殊性能钢特殊性能钢是指具有某些特殊的物理、化学、力学性能，能在特殊的环境、工作条件下使用的钢。常用的特殊性能钢有不锈钢、耐热钢、耐磨钢。特殊性能钢的牌号与合金工具钢牌号的表示方法相同，例如，2Cr13 为不锈钢，平均含碳量为 0.20%，含铬量为 12.5%13.5%。另外，当含碳量小于或等于 0.03%和小于或等于 0.08%时，在钢号前面分别标 00和 0，如 00Cr18Ni10 和 0Cr18Ni9 等。（1）不锈钢。不锈钢的主要合金元素是铬和镍。不锈钢的性能中最重要的是耐腐蚀性，此外还要有合适的力学性能，良好的冷、热加工和焊接工艺性能。铬是使不锈钢获得耐腐蚀性的基本合金元素。加入 Cr、Ni 等合金元素，可使腐蚀速度降低，提高钢的耐腐蚀性。常用的不锈钢有 1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr18Ni9 等。图 1-10 所示为不锈钢法兰。三、黑色金属材料图 1-10 不锈钢法兰（2）耐热钢。耐热钢是指在高温下具有高的抗氧化性能和较高强度以及良好的耐热性能的钢。耐热钢可分为抗氧化钢与热强钢两类。抗氧化钢一般具有较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。耐热钢常用于制造高温下工作的零部件，如内燃机气门（见图 1-11）、涡轮叶片（见图 1-12）等。在汽车上常用的耐热钢是4Cr9Si2，用于制造发动机排气门。三、黑色金属材料图 1-11 内燃机气门图 1-12 涡轮叶片（3）耐磨钢。耐 磨 钢 种 类 繁 多，可 分 为 高 锰 钢，中、低 合 金 耐 磨 钢 等。高 锰 钢 是 耐 磨 钢 中 用 量 最 大 的 一 种，如 ZGMn13，适用于制造在强烈冲击条件下工作的零件，如铁路道岔、挖掘机铲齿（见图 1-13）等。三、黑色金属材料图 1-13 挖掘机铲齿3铸铁1）铸铁的类型铸铁是含碳量大于 2.11%，并且含有硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。在铸铁中，碳以渗碳体或石墨的形式存在。根据碳的存在形式和铸铁中石墨的形态不同，铸铁可分为以下类型，具体见表 1-9。三、黑色金属材料2）常用铸铁的牌号、性能及用途（1）灰铸铁。灰铸铁是生产中使用最多的铸铁。灰铸铁含碳量较高（含碳量为 2.7%4.0%），可看成碳素钢的基体加片状石墨。由于片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中。铸铁中的石墨含量越大，尺寸越大，分布越不均匀，割裂基体越严重，铸件的强度、塑性和韧性就越差，因此灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢。由于石墨对抗压强度的影响不大，所以灰铸铁的抗压强度与钢相当。同时由于石墨的存在，灰铸铁具有优良的铸造性、耐磨性和消振性，以及良好的切削加工性能和较低的缺口敏感性。灰铸铁常用于受力不大、冲击载荷小、需要减振或耐磨的各种零件，如机床床身、机座、箱体、阀体等，汽车上制动器的制动蹄和制动鼓也是用灰铸铁制成的，如图 1-14 所示。灰铸铁的牌号由“灰铁”两字的汉语拼音首字母“HT”及后面一组数字组成，数字表示其最低的抗拉强度。例如 HT250，表示最低抗拉强度为 250MPa 的灰铸铁。三、黑色金属材料图 1-14 制动蹄和制动鼓（2）可锻铸铁。可锻铸铁是白口铸铁经石墨化退火得到的一种具有团絮状石墨的铸铁。可锻铸铁不可以锻造，只是其塑性和韧性远比灰铸铁高，同时由于石墨呈团絮状，减小了石墨对金属基体的割裂作用和应力集中，因而可锻铸铁比灰铸铁有较高的强度，并且有一定的塑性和韧性，可以部分代替锻钢。我国常用的可锻铸铁有黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁。其牌号由三个字母及两组数字组成。黑心可锻铸铁有“可、铁、黑”三字的汉语拼音首字母“KTH”表示；珠光体可锻铸铁用“可、铁、珠”三字的汉语拼音首字母“KTZ”表示，后面两组数字分别表示最抵抗拉强度和最小伸长率。例如，KTH300-06 表示最低抗拉强度为 300MPa，最小伸长率为 6%的黑心可锻铸铁；KTZ450-06 表示最低抗拉强度为 450MPa，最小伸长率为 6%的珠光体可锻铸铁。黑心可锻铸铁具有一定的强度及较高的塑性和韧性，可用于制造承受冲击和振动的零件，如汽车后桥壳、差速器壳、减速器壳、变速器壳体（见图 1-15）等；珠光体可锻铸铁具有较高的强度和硬度、良好的耐磨性，但塑性、韧性不如黑心可锻铸铁，一般用来制造耐磨损、承受高载荷和一定冲击的零件，如小型曲轴、连杆、轮轴、齿轮、摇臂等。三、黑色金属材料图 1-15 变速器壳体（3）球墨铸铁。球墨铸铁经球化处理而使石墨大部分或全部呈球状。由于球状球墨对基体的割裂作用减小，所以球墨铸铁的强度和塑性超过灰铸铁和可锻铸铁，甚至超过某些低碳钢。但球墨铸铁仍具有良好的铸造性、减振性、耐磨性及切削加工性能。球墨铸铁的牌号用“QT”加两组数字表示。“QT”表示“球铁”，后面两组数字分别表示最低抗拉强度和最小伸长率。例如，QT500-7 表示最低抗拉强度为 500MPa，最小伸长率为 7%的球墨铸铁。球墨铸铁应用广泛，可用来制造一些受力复杂而强度、韧性及耐磨性要求高的零件。例如，QT400-18 适用于制造汽车轮毂（见图 1-16）、后桥壳及减速器壳体等；QT500-7 适用于制造汽车、拖拉机的曲轴、连杆、凸轮轴等零件。三、黑色金属材料图 1-16 汽车轮毂1气缸体、气缸套和气缸盖的材料（1）气缸体材料。气缸体工作时承受较大的机械负荷和热负荷，因此，要求材料具有足够的强度和刚度，以及良好的铸造性和切削加工性能。一般采用灰铸铁作为气缸体材料。（2）气缸套材料。气缸套内壁直接承受燃气的高温，且与活塞间具有高速相对运动，承受压力。因此，常用的气缸套材料为耐磨合金铸铁，主要有高磷铸铁、硼铸铁等。（3）气缸盖材料。气缸盖用来封闭气缸构成燃烧室，承受高温、高压、机械负荷和热负荷。因此，气缸盖材料常选用导热性好、高温机械强度高、能承受反复热应力、铸造性能良好的灰铸铁、合金铸铁和铝合金。2活塞销、活塞环的材料活塞销材料一般采用 20 低碳钢或 20Cr、18CrMnTi 等低碳合金钢。活塞环材料应耐磨、韧性好，具有良好的耐热性和易加工性。常用的活塞环材料有灰铸铁和在灰铸铁基础上加入一定量的铜、铬、铝及钨等合金元素所形成的合金铸铁。3连杆、气门的材料（1）连杆材料。连杆工作时承受燃气压力、惯性力，以及交变的拉压应力和弯曲应力。连杆材料一般选用 45 钢、40Cr 或 40MnB 等调质钢。（2）气门材料。气门工作时承受较高的机械负荷和热负荷，气门材料应选用耐热、耐腐蚀、耐磨的材料。进、排气门工作条件不同，材料的选择也不同。进气门一般可用 40Cr、35CrMo、38CrSi、42Mn2V 等合金钢制造；排气门工作温度高达 850，因此排气门选用高铬耐热钢制造，常采用 4Cr10Si2Mo、4Cr14Ni14W2Mo。四、汽车典型零件选材4汽车齿轮的材料汽车齿轮的材料要求具有高的疲劳强度和高的接触疲劳强度。轮齿内部应具有足够的抗冲击性，以防止轮齿受冲击过载时折断。一般选用经过渗碳处理的低碳钢作为重要齿轮的材料。应用最多的是经渗碳、淬火和低温回火处理的合金渗碳钢 20Cr 或 20CrMnTi。5汽车曲轴等轴类零件的材料轴类零件应具有高的强度、足够的刚度、良好的韧性以及高的疲劳强度，在相对运动的摩擦部位（如轴颈、键等），还应具有高的硬度和耐磨性。因此，一般用经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造。常用的优质碳素结构钢有 35 钢、40 钢、45 钢、50 钢等，其中45 钢最常用。当载荷大且有外形、尺寸和质量限制，或耐磨性要求高时采用合金钢制造轴类零件。常用的合金钢有 20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、40MnB 等。发动机曲轴承受连杆的作用力，因此要求材料具有高的强度、韧性和耐磨性。中、小功率内燃机曲轴常用的材料为 45 钢、40Cr、5Mn2 等。四、汽车典型零件选材6汽车弹簧材料汽车弹簧主要有悬架的螺旋弹簧、钢板弹簧以及发动机中的气门弹簧。弹簧的主要作用是缓冲和减振，以及位置复原。汽车钢板弹簧承受很大的交变应力和冲击载荷作用，需要高的屈服强度和疲劳强度，一般选用 65Mn、60Si2Mn 钢制造。中型或重型汽车钢板弹簧选用 5CrMn、55SiMnVB 钢制造；重型载货汽车钢板弹簧选用 55SiMnMoV、55SiMnMoVNb 钢制造。内燃机中的气门弹簧是压缩弹簧，其作用是在凸轮、摇臂挺杆的联合作用下，使气门打开或关闭。其承受的应力不大，一般采用淬透性比较好，有一定耐热性的 50CrVA 钢。7车身、纵梁和挡板车身、纵梁和挡板均为冲压件。汽车冷冲压零件采用的材料有钢板和钢带，钢板包括热轧钢板和冷轧钢板，如钢板 08、20、25 和 16Mn 等。四、汽车典型零件选材课后练习1脆性材料的伸长率为 。A1%B5%D3%B5%C7%D9%3下列塑性最好的材料是 。A铸铁 B低碳钢 C高碳钢 D中碳钢4金属材料在常温下的力学性能包括硬度、强度、疲劳强度、韧性和 。A塑性 B弹性 C脆性 D热硬性5下列金属材料中，焊接性最差的是 。A低碳钢 B中碳钢 C高碳钢 D铸铁课后练习6下列材料中，可锻性最好的是 。A低碳钢 B中碳钢 C高碳钢 D铸铁7金属材料的力学性能指的是什么？主要用哪些指标来衡量？8什么是金属材料的工艺性能？它包括哪些具体的性能？9解释热处理的含义并说明其作用。10表面淬火的目的是什么？11表面化学热处理的目的是什么？12影响铸铁性能的主要因素有哪些？列举铸铁在汽车中的应用。13解释下列材料牌号的含义：Q235、25、T10、20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、QT400-15、HT250。思政元素铁是支撑现代社会的骨架，可以说，没有铁就没有现代文明。人类的历史，也是一部金属使用发展史。为什么要使用金属呢？因为人类一开始使用天然的树木、骨头建造房屋、兵器，这些都太脆弱了。只有金属能够长久保存，并且坚固耐用。人类一开始使用的金属是青铜，也就是铜锡合金，青铜强度高、熔点低，耐磨且化学性质稳定，这意味着人类在技术不发达的时候，用稍高的温度就可以冶炼青铜。四千年前的青铜时代，人类用青铜制作了大量的刀斧、酒杯、大鼎。中国出土的后母戊鼎，反映了商朝青铜铸造业的宏大规模。到了公元前 1500 年，人类进入了铁器时代。与青铜相比，铁有很多优点，首先就是铁比青铜更坚硬，做刀斧兵器更锋利，延展性好，能够铸造成各种形状，而且铁矿远比铜矿丰富。铁相对于铜来说，冶炼更困难，铁的熔点比铜的熔点高很多，直到发明了风箱，才让炉灶温度达到冶炼铁的温度，因此铁器时代在青铜时代之后。思政元素中国古代的炼铁技术很高，现在中国国家博物馆还留着西汉的铁戟，距今已经 2000多年，依然非常精美。钢铁就像粮食一样，为支撑国民经济快速发展做出了巨大贡献。我国成为制造业大国，钢铁工业功不可没，钢铁工业对国防、石油、造船、建筑、装备制造业等都起到了很大的支撑与推动作用。21 世纪的前 15 年内，我国生产了约 70 亿吨钢。没有这 70 亿吨钢，哪能建起鳞次栉比的高楼大厦、纵横交错的铁路和高速公路？如果没有钢铁工业的支撑，我国造船工业不可能在全球占到那么大的比重。如果我国没有如此强大的造船能力，航空母舰、导弹驱逐舰就无从谈起。从古至今，中国的发展变迁离不开冶金技术的升级，钢铁行业的发展史就是一部浓缩的中国创业史。从无到有，百炼成钢，如今的中国钢铁已然傲视全球。这个行业数十年的筚路蓝缕，起伏间不断发展壮大，有力地托起一个新时代的中国，我们相信，钢铁注定还将成为中国梦最为坚实的后盾！项目一 汽车常用材料的认识与选用任务二 有色金属及非金属材料在汽车上的应用汽车机械基础任务学习目标1了解常用有色金属及非金属材料的类型。2熟悉铝及铝合金、铜及铜合金、轴承合金在汽车上的应用情况。3了解其他非金属材料的性能特点及其在汽车上的应用情况。思政目标1培养爱国主义情怀，增强民族自豪感，增强责任意识；2培养学生正确的世界观和科学观，不畏劳苦，刻苦钻研；3内修外练，坚定理想信念，加强自身建设。任务引入有色金属因具有质量轻、导电性能好等特性，在现代汽车上的用量逐年增加。近年来，在轿车制造行业，采用铝、镁（镁合金轮毂如图 1-17 所示）、钛等轻金属替代钢铁材料，是轿车轻量化的一个重要手段。图 1-17 镁合金轮毂1铝及铝合金1）工业纯铝目前铝是工业中用量最大的有色金属。纯铝是银白色金属，密度小（2.7g/cm3），大约是钢或 铁 密 度 的 1/3，导 电 性 和 导 热 性 仅 次 于 铜、银、金 而 居 第 四 位，且 价 格 较 低，强 度 低（b80MPa），塑性很高（=50%、=80%），具有良好的加工性能和焊接性能，良好的抗大气腐蚀能力。工业纯铝在汽车上的应用主要是作为空气压缩机垫圈、排气阀垫片、汽车铭牌等的材料。我国工业纯铝的牌号是用其纯度来编号的，如 L1、L2、L3 等，L 为“铝”字的拼音首字母，编号数字越大，纯度越低。例如，L1 的含铝量为 99.7%，杂质总量不大于 0.3%；L4 的含铝量为 99.4%，杂质总量不大于 0.6%。一、有色金属在汽车上的应用2）铝合金纯铝的强度低，无法作为承受载荷的结构材料使用，因此，通常在铝中加入一定量的其他金属元素以制成具有较高强度的铝合金。铝合金用于制造承受载荷的结构零件，根据其成分和工艺特点，可分为变形铝合金（或称压力加工铝合金）和铸造铝合金两类。（1）变形铝合金。变形铝合金具有较高的强度和良好的塑性，可以通过压力加工制成各种半成品，也可以焊接。它主要用于承受中等载荷或高载荷的构件，如发动机机架、飞机起落架等。常用的变形铝合金有防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻造铝合金等。此类铝合金在汽车上应用不多。（2）铸造铝合金。铸造铝合金有良好的铸造性能，可以铸成各种形状复杂的零件，但塑性低，不宜进行压力加工。铸造铝合金按主加合金元素的不同，可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金及铝锌合金等。其中应用最广的是铝硅合金，俗称硅铝明，具有良好的铸造性能，广泛用于制造形状复杂的零件，如发动机活塞（见图 1-18）、气缸体、气缸套等。一、有色金属在汽车上的应用2）铝合金纯铝的强度低，无法作为承受载荷的结构材料使用，因此，通常在铝中加入一定量的其他金属元素以制成具有较高强度的铝合金。铝合金用于制造承受载荷的结构零件，根据其成分和工艺特点，可分为变形铝合金（或称压力加工铝合金）和铸造铝合金两类。（1）变形铝合金。变形铝合金具有较高的强度和良好的塑性，可以通过压力加工制成各种半成品，也可以焊接。它主要用于承受中等载荷或高载荷的构件，如发动机机架、飞机起落架等。常用的变形铝合金有防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金及锻造铝合金等。此类铝合金在汽车上应用不多。一、有色金属在汽车上的应用（2）铸造铝合金。铸造铝合金有良好的铸造性能，可以铸成各种形状复杂的零件，但塑性低，不宜进行压力加工。铸造铝合金按主加合金元素的不同，可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金及铝锌合金等。其中应用最广的是铝硅合金，俗称硅铝明，具有良好的铸造性能，广泛用于制造形状复杂的零件，如发动机活塞（见图 1-18）、气缸体、气缸套等。一、有色金属在汽车上的应用图 1-18 发动机活塞铸造铝合金的牌号由“Z”加铝及主要合金元素符号组成，主要合金元素符号后跟有表示其名义百分含量的数字，如果合金元素的百分含量小于 1，一般不标数字，如ZAlSi7Mg。铸造铝合金的代号用汉语拼音字母“ZL”（铸铝）与三个数字组成，ZL 后面第一个数字表示合金类别，1 表示铝硅合金，2、3、4 分别表示铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金。ZL 后第二、三位数字表示合金顺序号，顺序号不同，其化学成分也不同。例如，ZAlSi7Mg的代号为 ZL101。一、有色金属在汽车上的应用铸造铝合金在汽车上的应用包括：制造气缸体、曲轴箱、气缸盖、活塞、发动机架等，尤其是活塞几乎都用铝合金制造。我国应用铝硅合金 ZL108、ZL109、ZL111 比较多。另外，底盘上采用铝铸件的零件也不少，如离合器壳体（见图 1-19）、变速器壳等。铸造铝合金在汽车上的应用情况见表 1-10。一、有色金属在汽车上的应用图 1-19 离合器壳体2铜及铜合金1）纯铜 纯铜呈紫红色，故又称紫铜。纯铜的导电性和导热性仅次于金和银，是常用的导电、导热材料。纯铜强度低（230240MPa）、硬度小（4050HBS）、塑性好，易于冷、热压力加工，焊接性能良好。纯铜的牌号有 T1、T2、T3 三种。“T”为“铜”字汉语拼音首字母，编号越大，纯度越低。纯铜可用来制造发动机的输油管、缸头垫、火花塞垫等。一、有色金属在汽车上的应用2）黄铜工业上广泛采用的铜合金分为黄铜、青铜和白铜三类。其中应用较广的是黄铜。黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金，具有良好的力学性能，易于加工成形，并且对大气、海水、淡水、蒸汽有相当高的耐腐蚀性。通常将铜锌二元合金称为普通黄铜，其牌号由“黄”字汉语拼音首字母“H”加数字组成，数字表示平均含铜量的百分数。例如，H62 表示含铜量为 62%，含锌量为 38%的普通黄铜。在普通黄铜中加入其他的合金元素所构成的合金，称为特殊黄铜。其牌号为 H+主加元素符号+含铜量+主加元素含量。例如，HSn70-1 表示含锡（主加元素）量为 1%、含铜量为 70%，其余为锌的锡黄铜。黄铜在轿车上可用于转向节衬套（见图 1-20）、钢板弹簧衬套、轴套等耐磨件，也可用于散热器冷凝管、冷却管，还可用于装饰件、供水排水管、油管接头、制动三通接头、垫片和垫圈。黄铜在汽车上的应用情况见表 1-11。一、有色金属在汽车上的应用一、有色金属在汽车上的应用图 1-20 转向节衬套3轴承合金发动机的主轴承、曲柄销轴承、活塞销轴承及摇臂轴承等都是滑动轴承。用来制造滑动轴承中轴瓦内衬的合金，称为轴承合金。滑动轴承起支撑作用，而且在运转中轴与轴瓦之间有强烈的摩擦。由于轴是机器的重要零件，且造价高，更换难，且磨损不可避免，因此要求轴承合金具有高的疲劳强度、抗压强度、塑性和韧性；具有低的摩擦系数、良好的磨合性、抗咬合性及亲油性；具有良好的导热性、耐腐蚀性以及较小的膨胀系数；具有良好的工艺性能，即易于铸造和切削加工。常用的滑动轴承合金主要有锡基轴承合金（如 ZChSnSb11-6、ZChSnSb8-4）、铅基轴承合金（如 ZChPbSn16-16-2）、铜基轴承合金（如 ZCuPb30）等。锡基轴承合金和铅基轴承合金又称巴氏合金，是应用广泛的轴承合金。图 1-21 所示为巴氏合金轴瓦。一、有色金属在汽车上的应用图 1-21 巴氏合金轴瓦汽车上除大量使用金属材料外，非金属材料也得到越来越广泛的应用。常用的非金属材料包括有机高分子材料（塑料、橡胶、胶黏剂等）、无机非金属材料（陶瓷、玻璃）和复合材料。非金属材料有许多金属材料不具备的优点：高分子材料质轻、耐腐蚀、吸振、价廉；陶瓷硬度高、耐高温、耐腐蚀；复合材料则是一种新兴的、具有广阔发展前景的工程材料。1塑料塑料是应用广泛的有机高分子材料，其主要成分是合成树脂，此外还包括填料或增强材料、增塑剂、固化剂、润滑剂、稳定剂、着色剂及阻燃剂等添加剂。合成树脂在一定的温度、压力下可软化并塑造成形，决定了塑料的基本属性，并起到黏结剂的作用；其他添加剂是为了弥补或改进塑料的某些性能。塑料具有质量轻、耐磨、吸振、耐腐蚀、绝缘、可以着色、易于加工成形等优点，因而得到了广泛应用，但塑料的不足之处是强度、刚度较低，耐热性差，易老化等。二、非金属材料在汽车上的应用1）塑料的类型及性能特点按用途分，塑料可分为通用塑料和工程塑料。通用塑料是指用于制造日常用品、农用品等的塑料。这类塑料产量大，用途广、成形性好、价格便宜，因而应用广泛。工程塑料是指用于制造工程构件和机械零件的塑料。工程塑料主要有 ABS 塑料、聚甲醛和聚碳酸酯等。这类塑料强度、刚度较高，韧性、耐热性、耐腐蚀性较好，可用来代替金属材料制造机械结构件。二、非金属材料在汽车上的应用2）塑料在汽车上的应用塑料在汽车上的应用越来越多，涉及汽车的内饰件、外装件、功能件，如保险杠、散热器格栅、仪表板、燃油箱等，用量约占全车质量的 9%。塑料在汽车上的应用见表 1-12。二、非金属材料在汽车上的应用2橡胶橡胶是以生橡胶（简称生胶）为主要原料，加入各种适量的配合剂制成的，属于黏弹性高分子材料，具有弹性模量低、弹性极限高、耐疲劳、易硫化黏结等性能；有些胶种还具有耐油、耐化学介质、耐高温及气密性好等性能。1）橡胶的类型橡胶分为天然橡胶和合成橡胶两大类。天然橡胶是指以天然橡胶为生胶形成的橡胶材料，属于通用橡胶，具有优良的弹性，较高的强度和优异的抗疲劳性、耐磨性、防水性、绝热性与电绝缘性，以及良好的加工性能。合成橡胶是以石油、天然气和煤等为原料，通过化学合成的方法制成的与天然橡胶性质相似的高分子材料。合成橡胶的原料来源丰富，成本低廉，其品种和数量较多，产量已超过天然橡胶。按其性能和用途不同，橡胶又可分为通用橡胶和特种橡胶两大类。通用橡胶的性能与天然橡胶相似，物理性能和机械加工性能较好。特种橡胶，是指具有耐热、耐寒、耐油和耐化学腐蚀等特殊性能的橡胶，如硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶等。二、非金属材料在汽车上的应用2）橡胶的主要特性和其他材料相比较，橡胶的主要特性有以下几点：极高的弹性、良好的热塑性、良好的黏着性、良好的绝缘性。此外，橡胶还具有良好的耐腐蚀性、密封性和耐寒性等，但是橡胶的导热性能差，抗拉强度低，且容易老化。橡胶老化会出现变色、发黏、变硬、变脆及龟裂等现象。因此，在橡胶制品的使用中应避免其与酸、碱、油及有机溶剂接触，尽量避免受热、日晒和雨淋等。二、非金属材料在汽车上的应用3）橡胶在汽车上的应用橡胶是在汽车上大量应用的一种重要材料。汽车上的橡胶零部件约有 300 种，广泛分布于汽车发动机及其附件，以及传动、转向、悬架、制动、电气仪表及车身等系统内。橡胶在汽车上的应用见表 1-13。提示：橡胶制品占轿车总质量的 3%6%，现代轿车中橡胶用量最大的是轮胎，约占轿车中橡胶件总质量的 70%。二、非金属材料在汽车上的应用3陶瓷陶瓷是各种无机非金属材料的通称。陶瓷以天然或合成的化合物为原料，经处理、成形、干燥、烧结而成。陶瓷不仅仅是用来制造日用器皿的传统陶瓷材料，近年来随着陶瓷性能的不断改进，已发展成为金属材料和高分子材料以外的第三大类工程材料。陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀性好、耐磨性好、抗压强度高等特点。目前它在汽车上得到了越来越多的应用。在汽车中应用的陶瓷材料主要有普通陶瓷、特种陶瓷。二、非金属材料在汽车上的应用普通陶瓷是以黏土、石英或长石等天然硅酸盐材料（含 SiO2的化合物）为原料，经过配制、烧结而制成的。这类陶瓷质地坚硬，耐腐蚀性好，不导电，易于加工成形，是应用广泛的传统材料。日用陶瓷、建筑陶瓷和化工陶瓷一般属于普通陶瓷。汽车发动机的火花塞（见图 1-22）就是由普通陶瓷制成的。二、非金属材料在汽车上的应用图 1-22 火花塞特种陶瓷，又称精细陶瓷，采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成。特殊陶瓷一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，特种陶瓷分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等。特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。近年来，特种陶瓷在汽车上大量应用，它能大大提升汽车的可靠性。如氧化锆陶瓷氧传感器（见图 1-23）可靠性很高，在使用过程中力学性能优良，而且可以减少许多由于摩擦产生的热量，延长部件的使用寿命。提示：氧传感器作为净化排气的部件，可用于测定排气中的 O2浓度，再将该测定值反馈给发动机进气及燃料供给系统，可促进内燃机的燃烧保持在充分燃烧状态。这样可以达到显著的节能效果。二、非金属材料在汽车上的应用图 1-23 氧化锆陶瓷氧传感器4复合材料复合材料是由两种或两种以上性质不同的金属材料或非金属材料通过人工复合而制成的。它不仅具有各组成材料的优点，还可获得单一材料不具备的优越的综合性能。日常所见的人工复合材料很多，如钢筋混凝土就是用钢筋与石子、沙子、水泥等制成的复合材料，汽车轮胎是由人造纤维与橡胶复合而成的材料。复合材料主要应用在航空、航天工业中。近年来，随着汽车轻量化和高性能的发展趋势，复合材料在汽车上的应用日益增多。复合材料种类很多，可分为高分子基复合材料、陶瓷基复合材料、金属基复合材料；也可分为纤维增强复合材料、层状增强复合材料、颗粒状增强复合材料。目前，发展最快、应用较广的复合材料是纤维增强塑料，它包括玻璃纤维增强塑料和碳纤维增强塑料。二、非金属材料在汽车上的应用1）玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料又称玻璃钢，是以玻璃纤维及制品为增强剂，以树脂为黏结剂而制成的。其强度、抗疲劳性、韧性都比塑料高很多，强度高于铝合金，耐腐蚀性、隔热性好，且成型工艺简单，成本低。玻璃钢用于零部件，可减轻汽车的自重，提高汽车的性能。目前玻璃钢在汽车上常用于仪表板、发动机罩、行李箱盖、保险杠（见图 1-24）、挡泥板等。以尼龙、聚烯烃类、聚苯乙烯类等热塑性树脂为黏结剂制成的热塑性玻璃钢，具有较高的力学性能、耐热性能和抗老化性能，工艺性能也好，此类复合材料的强度达到或超过了某些金属，可用来制造轴承、齿轮、仪表盘、壳体、叶片等零件。二、非金属材料在汽车上的应用图 1-24 玻璃钢制成的汽车前后保险杠2）碳纤维增强塑料碳纤维增强塑料是以碳纤维或其织物为增强剂，以碳或石墨化的树脂作为基体而制成的。由于碳纤维比玻璃纤维具有更高的强度和刚度，且具有良好的耐疲劳性能，因此碳纤维增强塑料是比较理想的增强材料。碳纤维增强塑料的强度与钢相近，化学稳定性好，摩擦系数小，自润性与耐热性好，其综合性能优于玻璃钢。碳纤维增强塑料主要用于航天工业，它在汽车上可用于传动轴、钢板弹簧、保险杠、发动机挺杆等结构件。目前碳纤维增强复合材料有碳纤维树脂、碳纤维金属、碳纤维陶瓷等，其中以碳纤维树脂应用最为广泛。二、非金属材料在汽车上的应用课后练习1关于黄铜的叙述，不正确的是 。A黄铜是铜锌合金 B黄铜零件在大气、海水或有氨的介质中易发生季裂 C黄铜易发生脱锌 D单相黄铜强度高2关于巴氏合金的叙述，不正确的是 。A软基体组织上分布着硬质点 B摩擦系数小、有良好的导热性和耐腐蚀性C疲劳强度低 D无偏析现象3铅青铜 ZCuPb30 的含铜量为 。A30%B50%C70%D90%课后练习4有色金属与黑色金属相比较，具有哪些优良的性能?5根据其成分和工艺特点，铝合金分为哪两类?各有什么应用?6工业上铜合金分类有哪些?黄铜在汽车上的应用有哪些?7常用的滑动轴承合金主要有哪些?各有什么应用?8汽车常用的非金属材料有哪些?各具有什么特性?9工程上常用的非金属材料包括哪几类?10课外查阅资料，分析新型非金属材料在汽车上的应用前景。思政元素稀土是一组金属的简称，已知自然界中稀土矿物超过 200 种。最早发现稀土的是芬兰化学家加多林，他从一块形似沥青的重质矿石中分离出第一种稀土元素。18 世纪发现的稀土矿物较少，当时只能用化学法制得少量不溶于水的氧化物，历史上习惯地把这种氧化物称为“土”，因而得名稀土。稀土元素从 18 世纪末开始陆续被发现，共有 17 种，包括化学元素周期表中的 15 种镧系元素，几乎每隔 35 年，科学家就能够发现稀土的新用途，每六项发明中，就有一项离不开稀土。稀土有“工业味精”“新材料之母”之称，广泛应用于尖端科技领域和军工领域。据工业和信息化部介绍，目前稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土储氢材料、稀土催化材料等功能材料已是先进装备制造业、新能源、新兴产业等高新技术产业不可缺少的原材料。中国稀土矿藏丰富，是能够提供全部 17 种稀土金属的国家。