第二章_鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用

1、汽車材料汽車材料第二章 鋼鐵材料及其在汽車上的應(yīng)用第一節(jié) 碳素鋼教學目的與要求： 1.了解碳對碳素鋼性能的影響 2.掌握錳、硅和硫、磷對碳素鋼性能的影響 3.了解碳素鋼的分類和常用碳素鋼教學內(nèi)容： 1.鋼和鑄鐵的含碳量 2.碳及常存元素對碳素鋼性能的影響 3.碳素鋼的分類 4.常用碳素鋼的優(yōu)缺點及牌號表示重點： 碳及常存元素對碳素鋼性能的影響，掌握常用碳素鋼的牌號。難點： 碳及常存元素對碳素鋼性能的影響，掌握熱脆、冷脆等名詞。v鐵碳合金是汽車用材的主體，其用量超過汽車用材總量的2/3。v鋼鐵材料包括碳素鋼、合金鋼和鑄鐵。v含碳量小于2.11的鐵碳合金稱為鋼。v含碳量大于2.11的鐵碳合金稱為鑄

2、鐵。我國是世界上最早煉鋼的國家。早在公元前6世紀的春秋晚期我國就有了生鐵器物，后來又用生鐵冶煉成鋼。而西方生鐵煉鋼技術(shù)到19世紀才出現(xiàn)，而且是從中國工匠處學到的，但此后西方冶金技術(shù)不斷進步，遠遠超過我國。碳素鋼在汽車上的應(yīng)用v再找點汽車圖片資料一、碳及常存元素對碳素鋼性能的影響v1、碳的影響從圖中我們可以看出，隨著含碳量增加，碳素鋼的強度、硬度升高，塑性和韌性降低。當含碳量在0.9 左右時，強度達到最大值，以后隨著含碳量得增加，除硬度繼續(xù)升高外，強度明顯下降，塑性和韌性進一步降低。2、常存元素的影響（1）錳、硅的影響 錳、硅是有益元素，能提高鋼的強度和硬度。其中，硅還能使鋼的流動性變好，有利于

3、澆鑄成型，但過高會降低鋼的塑性；錳還可以減少硫?qū)︿摰挠泻ψ饔?。泰坦尼克號v這是泰坦尼克號沉沒前的圖片，我們知道它是撞冰山斷裂而沉沒的，那么對于船身的材料，大家清楚嗎？科學家從船身的材料上也發(fā)現(xiàn)了點原因。在本節(jié)課程中我們將會了解到。（2）硫、磷的影響硫、磷是有害元素，它們會使鋼的塑性和韌性下降。硫還會使鋼在鍛造、軋制等熱加工時產(chǎn)生脆化，導致工件開裂，即“熱脆”現(xiàn)象；磷雖能增強鋼的硬度和強度，但磷能使鋼在低溫時塑性和韌性大大下降，這種現(xiàn)象稱為“冷脆”。磷的存在還會使鋼的焊接性能變壞，焊接時容易產(chǎn)生裂紋。因此，鋼中應(yīng)嚴格控制硫、磷的含量。二、碳素鋼的分類1、按鋼的含碳量分類v低碳鋼：C0.25v中碳

4、鋼：C 0.250.60v高碳鋼：C 0.602、按鋼的質(zhì)量分類v普通鋼：S 0.050，P 0.045v優(yōu)質(zhì)鋼：S 0.035，P 0.035v高級優(yōu)質(zhì)鋼：S 0.025，P 0.025v特級優(yōu)質(zhì)鋼：S 0.015，P 0.0253、按鋼的用途分類碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造汽車零件和工程構(gòu)件碳素工具鋼：用于制造刀具、量具和模具4、按冶煉時脫氧程度的不同分沸騰鋼：脫氧程度不完全的鋼 鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度完全的鋼半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼三、常用碳素鋼1、碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的含碳量在0.060.38之間，雜質(zhì)元素硫、磷的含量較多，故強度不夠高。牌號表示方法：Q + 屈服強度 +質(zhì)量等級

5、符合 + 脫氧程度符合例：Q235-A*F表示屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼是應(yīng)用極為廣泛的機械制造用鋼。雜質(zhì)元素硫、磷含量較少，經(jīng)熱處理后有較好力學性能，常用于制造較重要的機械零件。牌號表示：用兩位數(shù)表示，數(shù)字表示鋼中平均含碳量得萬分數(shù)。例：45鋼表示平均含碳量為45的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。v知識鏈接優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的分類： 滲碳鋼：含碳量在0.150.25，常用于制造滲碳零件。 調(diào)質(zhì)鋼：含碳量在0.250.50，通過調(diào)質(zhì)處理來提高其綜合性能。 彈簧鋼：含碳量在0.550.9，用于制造彈簧等各種彈性元件及耐磨零件。3、鑄造碳鋼鑄造碳鋼是將鋼液直接澆注成零件毛坯的碳

6、鋼。用于汽車上一些形狀復(fù)雜，難以鍛造或切削加工的兩年關(guān)鍵，用鑄鐵鑄造又難以達到較高性能要求時，一般用鑄鋼鑄造。特性：具有較好的強度、塑性和韌性，且具有良好的焊接性能，但鑄造性能不如鑄鐵。牌號表示：ZG + 屈服強度數(shù)值 + 抗拉強度數(shù)值例：ZG200-400表示屈服強度不小于200MPa，抗拉強度不小于400MPa的鑄鋼。小結(jié)： （1）碳對碳素鋼性能的影響 （2）錳、硅和硫、磷對碳素鋼性能的影響 （3）碳素鋼的分類 （4）常用碳素鋼 謝謝！第二節(jié) 鋼的熱處理簡介 現(xiàn)象：放在水中冷卻的一根鋼絲硬而脆，很容易折斷；放在空氣中冷卻的一根較軟、有較好的塑性，可以卷成圓圈而不斷裂。 鋼絲的水冷與空冷鋼絲

7、的水冷與空冷教學目的與要求： 1.了解熱處理的基本原理。 2.掌握常用熱處理的主要工藝過程、作用與應(yīng)用。 3.了解機械零件常用的表面防護方法。教學內(nèi)容： 1.鋼的熱處理的基本原理。 2.鋼的常規(guī)熱處理的種類，工藝過程，作用及應(yīng)用。 3.鋼的表面熱處理的種類，工藝過程，作用及應(yīng)用。重點： 鋼的常用熱處理，作用及應(yīng)用。難點： 鋼的熱處理的基本原理。v鐵碳合金是汽車用材的主體，其用量超過汽車用材總量的2/3。v鋼鐵材料包括碳素鋼、合金鋼和鑄鐵。v含碳量小于2.11的鐵碳合金稱為鋼。v含碳量大于2.11的鐵碳合金稱為鑄鐵。 熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的

8、一種工藝方法。 其目的是改善材料的性能，充分發(fā)揮材料的潛力，延長其使用壽命。v分類一、普通熱處理 普通熱處理通常是指對工件進行整體的熱處理。 常用的有：退火、正火、淬火和回火。1、退火 退火就是將鋼件加熱到一定溫度，保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝。退火的目的：主要用來消除鑄件、鍛件等的內(nèi)應(yīng)力，以防止變形和開裂，均勻組織、細化晶粒，以改善鋼的力學性能，降低鋼的硬度，改善切削加工性能等。2、正火 正火就是將鋼件加熱到一定溫度，保溫一定時間后在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火的目的：主要是細化晶粒、減少內(nèi)應(yīng)力，提高鋼的強度和韌性，改善鋼的切削加工性能。正火與退火基本相同，只是由于冷卻速度稍快，使

9、鋼的強度與硬度要比退火處理高。1完全退火 2球化退火 3去應(yīng)力退火 4正火退火與正火機械零件一般的加工工藝順序： 作用：作用：消除前一工序所造成的某些組織缺陷及內(nèi)應(yīng)力，可以改善材料的切削性能，為隨后的切削加工及熱處理（淬火回火）做好組織準備。 即對金屬進行軟化處理。3、淬火淬火就是將鋼件加熱到一定溫度，保溫一定時間后在空氣中冷卻的熱處理工藝。目的目的：改變金屬的組織結(jié)構(gòu)（馬氏體組織），提高鋼的強度和硬度，并在不同的回火溫度配合下，能使鋼獲得不同的力學性能。v鏨子淬火+低溫回火來提高其強度和硬度淬火的冷卻介質(zhì)常用的有：水、鹽和堿水溶液、礦物油等。4、回火 回火就是將淬火后的鋼件加熱到一定溫度以下

10、，保溫一定時間后冷卻的熱處理工藝。 回火的目的：主要用來減少和消除鋼淬火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形和開裂；調(diào)整鋼的硬度，提高鋼件的塑性和韌性，以滿足使用要求；穩(wěn)定組織，以保證工件在使用中形狀和尺寸不發(fā)生變化。一般來說，幾乎所有的淬火零件都需要進行回火處理。1）低溫回火能消除鋼件因淬火而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，并保持淬火鋼的高硬度、高耐磨性，同時提高其韌性。主要用于刀具、工量具、模具以及其他耐磨零件。中溫回火能使鋼件獲得較高的彈性和強度，并具有一定的韌性。主要用于各種彈性零件，如各類彈簧等。高溫回火能使鋼獲得良好的綜合力學性能。調(diào)質(zhì)：淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)主要用于各種重要零件的處理，如汽車的半軸、螺栓、齒輪

11、等。二、表面熱處理汽車上許多零件是在交變載荷、沖擊載荷及強烈摩擦條件下工作的，這些零件表面具有高硬度和高耐磨性，而心部又需具有足夠的強度和韌性。為了滿足使用要求，通常用表面熱處理的方法來實現(xiàn)。分類：表面淬火和表面化學熱處理汽車變速齒輪 傳動齒輪軸 1、表面淬火 表面淬火表面淬火僅對工件表層進行淬火的熱處理工藝。 原理原理：通過快速加熱，使鋼的表層奧氏體化，在熱量尚未充分傳到零件中心時就立即予以冷卻淬火。 適用適用：中碳鋼、中碳合金鋼。 方法方法：火焰加熱表面淬火、感應(yīng)加熱表面淬火（1）火焰加熱表面淬火利用氧-乙炔火焰對工件表面進行加熱，使其表面迅速達到淬火溫度，隨即噴水冷卻。（2）感應(yīng)加熱表面淬火利用感應(yīng)電流通過工件時產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件表面迅速達到淬火溫度，隨即快速噴水冷卻的過程。電流電流2、表面化學熱處理表面化學處理是通過一定的工藝方法，將一種或幾種元素滲入鋼件表面，以改變其化學成分和組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的熱處理工藝。按滲入元素不同，分：滲碳、滲氮和碳氮共滲。（1）滲碳滲碳是把工件置于滲碳介質(zhì)中加熱、保溫，使活性碳原子產(chǎn)生并滲入工件表層的化學熱處理方法。（2）滲氮將活性氮原子滲入鋼件表面的熱處理工藝，也稱氮化處理。與滲碳相比，滲氮能使工件表面具有更高的硬度和耐磨性，并能提高工件