汽车应用材料 第二章

一、典型汽车零件的选材

二、金属材料在汽车上的应用

第四节 金属材料在汽车上的应用

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1 ．汽车齿轮的选材（ 1 ）汽车齿轮的工作条件 （ 2 ）汽车齿轮的主要失效形式

一、典型汽车零件的选材

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（ 3 ）对汽车齿轮的性能要求1 ）高的弯曲疲劳强度；2 ）高的接触疲劳强度耐磨性；3) 较高的强度和冲击韧性；4) 较好的热处理性能，热处理变形小。

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（ 4 ）典型汽车齿轮选材 汽车齿轮用材是合金渗碳钢 20Cr 或 20CrMnTi ，并经渗碳、淬火和低温回火。渗碳、淬火、回火后，还可采用喷丸处理，增大表面应压力，有利于提高疲劳强度，并清除氧化皮。

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（ 5 ）合金渗碳齿轮的工艺路线 下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬火及低温回火→喷丸→磨削加工

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图 2-53 汽车变速齿轮

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2 ．汽车发动机曲轴（ 1 ）汽车发动机曲轴的工作条件 曲轴在工作中受到弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力。而且，应力分布极不均匀；曲轴颈与轴承还发生滑动摩擦。（ 2 ）曲轴的主要失效形式 疲劳断裂和轴颈严重磨损两种。

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（ 3 ）对曲轴的性能要求：1 ）高的强度；2 ）一定的冲击韧度；3 ）足够的弯曲、扭转疲劳强度；4 ）足够的刚度；轴径表面有高的硬度和耐磨性。

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（ 4 ）典型曲轴的选材 锻钢曲轴一般采用优质中碳钢和中碳合金钢制造，如 30 、 45 、 35Mn2 、 40Cr 、 35 Cr Mo 等。铸造曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等制造，如 ZG230-450 、 QT600-3 、QT700-2 、 KTZ450-5 、 KTZ500-4 等。

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（ 5 ）曲轴典型的工艺路线可根据材质不同分为两类：1 ）铸造曲轴的典型工艺路线：铸造→高温正火→高温回火→切削加工→轴颈气体渗碳2 ）锻钢曲轴的典型工艺路线： 下料→模锻→调质→切削加工→轴颈表面淬火

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3 ．汽车板簧（ 1 ）汽车板簧失效形式及性能要求 汽车板簧用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击载荷。汽车板簧的主要失效形式为刚度不足引起的过度变形或疲劳断裂。因此，对汽车板簧的性能要求是材料要有较高的屈服强度和疲劳强度。

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（ 2 ）典型板簧选材 汽车板簧一般选用弹性高的合金弹簧钢来制造，如 65Mn 、 65Si2Mn 钢等。对于中型或重型汽车，板簧还采用 50 CrMn 、 55 SiMnVB 钢；对于中型载货汽车用的大截面积板簧，则采用 55SiMnMoV 、 55SiMnMoVNb 钢制造。

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（ 3 ）工艺路线 热轧钢板冲裁下料→压力成型→淬火→中温回火→喷丸强化喷丸强化也是表面强化的手段，目的是提高零件的疲劳强度。

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（一）汽车结构零件用材1. 发动机缸体和缸套材料 缸体常用的材料有灰铸铁和铝合金两种。铝合金的密度小，但刚度差、强度低、价格贵。所以，除了某些发动机为减轻重量而采用铝合金外，一般缸体材料均采用灰铸铁。

二、金属材料在汽车上的应用

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气缸的缸体一般采用普通铸铁或铝合金，而气缸工作面则用耐磨材料，制成缸套镶入气缸。常用缸套材料为耐磨合金铸铁，主要有高磷铸铁、硼铸铁、合金铸铁等。为了提高缸套的耐磨性，可以用镀铬、表面淬火、喷镀金属钼或其他耐磨合金等办法对缸套进行表面处理。

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2 ．发动机缸盖 缸盖主要用来封闭气缸构成燃烧室。目前使用的缸盖材料有两种：一种是灰铸铁或合金铸铁；另一种是铝合金。铸铁发动机缸盖具有高温强度、铸造性能好、价格低等优点，但其导热性差、重量轻，但其高温强度低，使用中容易变形、成本较高。

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3 ．活塞组 活塞、活塞销和活塞环等零件组成活塞组。常用的活塞材料是铝硅合金，其性能特点是导热性好、密度小、膨胀系数减小，耐磨性、耐蚀性、硬度、刚度和强度提高。铝硅合金活塞需进行固溶处理及人工时效处理，以提高表面硬度。

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活塞销材料一般用 20 、 20Cr 、 20CrMnTi 等低碳、低碳合金钢，表面进行渗碳或碳氮共渗处理，以满足材料外表面硬而耐磨、内部韧而耐冲击的要求。

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活塞环材料目前一般多用珠光体基体的灰铸铁或在灰铸铁基础上添加一定量的铜、铬、钼及钨等合金元素的合金铸铁，也有的采用球墨铸铁或可锻铸铁。为了改善活塞环的工作性能，活塞环宜进行表面处理。目前应用最广泛的是镀铬，可使活塞环的寿命提高２～３倍。其他表面处理的方法还有喷钼、磷化、氧化、涂敷合成树脂等。

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连杆材料一般采用 45 钢、 40Cr 或 40MnB 等调质钢。合金钢虽具有很高强度，但对应力集中很敏感。

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气门 进气门一般可用 40Cr 、 35CrSi 、 38CrSi 、42Mn2V 等合金钢制造；而排气门则要求用高铬耐热钢制造，采用 4Cr10Si2Mo 作为气门材料时工作温度可达 550~650 ℃ 。

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半轴 汽车半轴通常选用调质钢制造。中、小型汽车的半轴一般用 45 钢、 40Cr ，而重型汽车则用 40MnB 、 40CrNi 或 40CrMnMo 等淬透性较高的合金钢制造。半轴加工中常采用喷丸处理及滚压凸缘根部圆角等强化方法。

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螺栓、铆钉等冷镦零件 常用的螺栓材料有 10 、 15 （木螺栓，铆钉）、35( 普通螺栓 ) 、 40Cr 和 15MnVB(重要螺栓 )等。

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（二）汽车冷冲压零件用材 在汽车零件中，冷冲压零件种类繁多，约占总零件数的 50%～ 60%。汽车冷冲压零件的材料有钢板和钢带，其中主要是钢板，包括热轧钢板和冷轧钢板，如 08、 20 、 25 和 Q345 等。

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热轧钢板主要用来制造一些承受一定载荷的结构件，如保险杠、刹车盘、纵梁等。这些零件不仅要求钢板具有一定刚度、强度，而且还要具有良好的冲压成型性能。冷轧钢板主要用来制造一些形状复杂，受力不大的机器外壳、驾驶室、轿车的车身等覆盖零件。这些零件对钢板的强度要求不高，但却要求具有优良的表面质量和冲压性能，以保证高的成品合格率。

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近年开发的加工性能良好、强度（屈服强度和抗拉强度）高的薄钢板——高强度钢板，由于其可降低汽车自重、提高燃油经济性而在汽车上获得应用，如已用于制造车身外面板（包括车顶、前脸、后围、发动机罩、车门、行李箱等）、车身内蒙保险杠、横梁、边梁、支架、发动机框架等。

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