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第7章 工程材料的应用
主要内容： 工程材料在汽车、机床上的应用情况及工程材料在仪器仪表、热能设备、化工设备和航空航天器等典型设备上的应用情况。 重点和难点： 工程材料在典型设备上的应用。2 7.1 汽车用材
一、汽车用金属材料 汽车主要结构可分为发动机、底盘、车身、电气设备四部分。 (1) 发动机?? 提供动力，由缸体、缸盖、活塞、连杆、曲轴及配气、燃料供给、润滑、冷却等系统组成。 (2) 底盘?? 包括传动系(离合器、变速箱、后桥等)、行驶系(车架、车轮等)、转向系(方向盘、转向蜗杆等)和制动系(油泵或气泵、刹车片等)。3 (3) 车身：驾驶室、货箱等。 (4) 电气设备：电源、起动、点火、照明、信号、控制等。
前置后驱汽车结构示意图4 1、缸体和缸盖 ①缸体材料应满足下列要求：有足够的强度和刚度；良好的铸造性和切削性；价格低廉。缸体常用的材料有灰口铸铁和铝合金两种。 ②缸盖应选用导热性好、高温机械强度高、能承受反复热应力、铸造性能良好的材料来制造。目前使用的缸盖材料有：灰铸铁、合金铸铁、铝合金。
缸体
缸盖5 2、缸套 气缸工作面用耐磨材料，制成缸套镶入气缸。 常用缸套材料为耐磨合金铸铁：高磷铸铁、硼铸铁、 合金铸铁。 为了提高缸套的耐磨性，可以用镀铬、表面淬火、喷镀金属钼或其它耐磨合金等办法对缸套进行表面处理。6 3、活塞、活塞销和活塞环 ①活塞材料的要求是热强度高、导热性好、膨胀系数小、密度小, 减摩性、耐磨性、耐蚀性和工艺性好等。常用的活塞材料是铝硅合金。 ②活塞销外表面应进行渗碳或氰化处理，以满足外表面硬而耐磨，材料内部韧而耐冲击的要求。活塞销材料一般用20、20Cr、18CrMnTi。 ③活塞环用合金铸铁或球墨铸铁，经表面处理。镀多孔性铬后可使环的工作寿命提高2~3倍。其它方法有喷钼、磷化、氧化、涂合成树脂等。
活塞销
活塞环
活塞7 4、连杆 连杆连接活塞和曲轴。 连杆既受交变的拉、压应力，又受弯曲应力。连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的刚性和韧性。 一般采用45钢、40Cr、40MnB等调质钢。8 5、气门 气门承受较高的机械负荷和热负荷，排气门工作温度高达650~850℃。气门头部承受冲击。 气门失效：气门座扭曲、气门头部变形、气门座积碳时引起燃烧，气门座烧蚀。 气门材料选用耐热、耐蚀、耐磨的材料。 进气门一般可用40Cr、35CrMo、38CrSi、42Mn2V等合金钢制造。排气门则要求用高铬耐热钢(4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo)制造。9 6、汽车半轴　 承受扭转力矩和反复变曲、一定的冲击载荷。 半轴的失效：花键齿压陷、磨损，半轴断裂。要求半轴材料具有高的抗弯强度、疲劳强度和较好的韧性。汽车半轴是要求综合机械性能较高的零件，通常选用调质钢制造。 中、小型汽车的半轴一般用45钢、40Cr。 重型汽车用40MnB、40CrNi、40CrMnMo等淬透性较高的合金钢制造。
汽车半轴
10 7、车身、档板等冷冲压零件 在汽车零件中，冷冲压零件种类繁多，约占总零件数的50~60%。 汽车冷冲压零件用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。如钢板08、20、25、Q345(16Mn)等。