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第十四章 汽车常用金属材料 第一节 金属的性能 一、金属的机械性能 二、金属的物理、化学性能及工艺性能 第二节 汽车常用碳素钢、铸钢及其热处理 一、碳素钢的基本知识 二、碳素钢在汽车中的应用 三、铸钢在汽车中的应用 四、钢的热处理 第三节 汽车常用合金钢 一、合金钢的基本知识 二、合金结构钢及其在汽车中的应用 三、合金工具钢 四、特殊性能钢 第十四章 汽车常用金属材料第一节 金属的性能 金属材料:以一种金属元素为基体,加入其它金属元素或非金属元素而形成的具有金属特性的材料。 大部分汽车零件是由金属材料制造的,因此,汽车的性能很大程度上决定于金属材料的性能。 一、金属的机械性能 载荷:或称为外力、负荷,分为拉力、压力、扭矩等。 机械性能:是指金属材料受到各种不同性质载荷的作用,所表现出的力学性能。它包括强度、塑性、硬度、韧度和抗疲劳强度等性能指标。 (一)强度 强度:金属在载荷(外力)作用下,抵抗变形和不受损坏的能力。 按载荷的不同强度分为抗拉、抗压、抗剪、抗扭、抗弯曲等五种。 内力:金属内部原子阻止变形的抗力。其数值大小和外力相等,方向相反。 应力:材料单位面积上的内力大小。 注:载荷类型不同,内力的表现形式也不同,因此金属强度指标也不同。但实际应用中最为广泛的是拉伸强度指标,其它强度指标与拉伸强度指标有一定的关系,知道拉伸强度就可以近似地预测其它强度指标,而且测定金属拉伸强度的方法——拉伸试验法也最为简单。 拉伸试验 : 试验准备:试验机、符合国家标准(GB 397——86)规定要求的圆形拉伸试样,如图14-1所示。 试验时,将试样放到试验机上,匀速缓慢地向试样两端施加轴向静拉力,直至拉断为止。 做出拉伸曲线图,又称为“应力——应变曲线”,如图14-2所示。 拉伸曲线图的五个阶段: 1. oe——弹性变形阶段 : 2. es——微量塑性变形阶段 3. ss’——屈服阶段 4. s’b——大量塑性变形阶段 5. bk——颈缩阶段 可见,金属在外载作用下, 变形有三个阶段:弹性变形、 弹塑性变形和断裂。 注:只有塑性材料的塑性变形有五个阶段。 由上述各阶段的应力——应变关系,可以得出几个机械性能的强度指标: 弹性极限σe——金属材料抵抗弹性变形的最大应力。 屈服极限(屈服强度)σs——金属材料抵抗塑性变形的应力。 强度极限(抗拉强度)σb——金属材料抵抗塑性变形不致断裂的最大应力。 以上三个强度指标具有重要的实际意义。例如,汽车上许多零件都不允许产生过量的塑性变形,象气缸盖螺栓,就是以屈服极限为设计依据。强度极限也是设计零件时的主要依据之一。 (二)硬度: 硬度:金属表面上局部体积内抵抗塑性变形和破坏的能力。 硬度是金属材料的重要机械性能。虽然硬度与强度间没有严格的对应关系,但可以通过大量实验数据找出粗略的换算关系。而硬度试验设备简单,操作容易迅速,性能测试时又不损坏金属零部件。所以,可以通过硬度试验检验工具和零件的质量。 硬度试验广泛应用的有布氏硬度和洛氏硬度试验方法。 1. 布氏硬度 试验原理:用直径为D的淬硬圆钢球以规定的载荷FP压入被测试材料表面,保持一定时间后,卸除载荷,测量被测材料的表面压痕直径d和压痕球面积A,计算平均压力FP/A的大小作为材料的布氏硬度指标,如图14-3所示。 布氏硬度试验时,钢球的直径D和载荷FP是根据被测试材料的种类、性质和厚度,按国家标准(GB 231—84)的规定选择,试验后用专门的刻度放大镜测出压痕直径d的大小,再查布氏硬度值表即可得到布氏硬度值。布氏硬度用符号HB表示,习惯不写单位。 布氏硬度只适用于硬度较低,尺寸较大的金属材料。广泛应用于退火或调质后的钢件、灰口铸铁和有色金属等较软的材料。 由于布氏硬度是材料局部范围抵抗变形的能力,所以布氏硬度与材料的抗拉强度之间存在一定的换算关系,对一般的碳钢有如下近似关系: 当HBS<175时,σb≈0.36HBS。 当HBS>175时,σb≈0.35HBS。 2.洛氏硬度 试验原理:洛氏硬度试验和布氏硬度试验同样采用压入法测定硬度。两者的区别是洛氏硬度试验用的压头是一个120o的圆锥
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