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第十四章 汽车常用金属材料;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;〔一〕强度; 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：; 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压入被测试材料外表，保持一定时间后，卸除载荷，测量被测材料的外表压痕直径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 ; 洛氏硬度试验可以直接从刻度盘上读取硬度值；压痕小，可测定成品及薄的工件；测试的硬度范围大，可以测从极软到极硬的金属材料。但洛氏硬度测试压痕小，测量值有时不够准确，所以，同一试样应测三点以上，取其平均值。;〔三〕塑性;〔四〕韧度 ;; 2. 小能量屡次冲击 实际上，汽车上零件在动载荷作用下并非一次或几次冲击而破坏的。多数情况是零件承受的冲击载荷属于小能量的屡次冲击载荷。因此，利用小能量屡次冲击试验，得到的韧度值更符合实际。试验原理如图14-6所示。;〔五〕疲劳 ; 2. 零件受到交变应力的大小、应力循环次数和应力特性。 如图14-7所示，是实验测得的疲劳断裂前应力循环次数Ｎ与交变应力σ的关系曲线－－疲劳曲线。从曲线可以看出，应力值越低，那么断裂前的循环次数Ｎo越多。当应力降到一定值; 二、金属的物理、化学性能及工艺性能 〔一〕物理性能：金属材料的物理性能主要包括密度、熔点、导热性、热膨胀性、磁性和电阻率等。 不同用途的零件对物理性能的要求也不同。如散热器水箱要选用导热性好的材料；发动机活塞应选用比重轻的铝合金。 常用金属的物理性能见表14-1〔查看此表〕。 〔二〕化学性能：金属的化学性能是指在室温或高温条件下发生或抵抗各种化学作用的能力。在工程上常指金属抵抗活泼介质的化学侵蚀的能力，包括抗氧化性和抗腐蚀性。 工作于恶劣环境下的零件选择材料时应注意其化学性能。 〔三〕工艺性能：工艺性能是指金属材料接受加工成型的能力。它包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、切削加工性能及热处理性能等。 在设计及制造零件时，要综合考虑材料的选择及加工方法，这时必须考虑金属材料的工艺性能。如灰口铸铁铸造性能好，但其压力加工及焊接性能较差，故广泛应用于铸造形状复杂、尺寸较大的零件。;表14-1 常用金属的物理性能 ;第二节 汽车常用碳素钢、铸钢及其热处理;〔一〕碳及几种杂质元素对碳素钢性能的影响 ; 2.锰 锰是炼钢时作为脱氧除硫元素，以锰铁合金形式参加钢中的。锰具有很好的脱氧能力，它与钢液中的氧结合，形成氧化锰〔MnO〕钢渣，降低钢中氧的质量分数，从