汽车应用材料的认识

材料是汽车工业的基础。汽车应用材料包括了制造汽车结构各种零部件及工具使用的汽车工程材料，以及汽车在使用过程中使用的燃料和工作液等汽车运行材料。通常，一辆汽车由约3万个零部件组装而成，汽车上每个零件的生产制造都涉及到材料问题。据统计，汽车上的零部件采用了4千余种不同的材料加工制造。从汽车的设计、选材、加工制造，到汽车的使用、维修和养护无一不涉及到材料。以现代轿车用材为例，按照重量来换算，钢材占汽车自重的55%-60%，铸铁占12%-5%，有色金属占6% ~10%，塑料占8% ~12%，橡胶占4%，玻璃占3%，其他材料（油漆、各种液体等）占12% ~ 6%。为了满足汽车的使用性能和零件所需的各项技术要求，在汽车运用技术中要合理地选择和使用材料。

1． 汽车工程材料

汽车工程材料是指用于制造汽车零部件的材料。参照工程材料的分类，汽车工程材料可分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料等四大类。常用汽车工程材料分类如图所示。

（1）     金属材料

金属材料是目前汽车上应用最广泛的工程材料。工业上，一般把金属材料分为两大部分：黑色金属和有色金属。

黑色金属指铁、锰、铬及其合金，以钢铁材料的应用最为广泛（钢铁材料分类及应用详见本书项目三）；钢铁材料在我国汽车工业生产中仍占主流地位。一部中型载货汽车上钢铁材料约占汽车总重量的3/4，轿车上钢铁材料则超过总重的2/3。钢铁材料最大的特点是价格低廉，比强度（强度/密度）高，便于加工，因而得到广泛的使用。汽车用钢铁材料主要用于制造车架、车轴、车身、齿轮、发动机曲轴、气缸体、罩板、外壳等零件。

有色金属是指除黑色金属以外的所有金属及其合金，如铝、铜、镁及其合金。按照特性来分，有色金属又可分为轻金属、重金属、贵金属、稀有金属和放射性金属等多个种类。有色金属因具有质轻、导电性好等钢铁材料所不及的特性，在现代汽车上的用量呈逐年增加的趋势。例如：铝合金材料具有密度低、强度高和耐蚀性好的特性，轻质铝合金不但已广泛应用于铸造发动机和底盘各种壳体和车轮，而且越来越多地应用于车身零件，全铝车身亦已投入批量生产；采用新型镁合金制造的凸轮轴盖、制动器等零部件，可以减轻重量和降低噪声。在轿车制造行业，采用铝、镁、钛等轻金属来替代钢铁材料来减轻汽车自重，已成为轿车轻量化的一个重要手段。

（2）高分子材料

高分子材料属于有机合成材料，亦称聚合物。高分子材料可分为天然高分子材料 （如蚕丝、羊毛、油脂、纤维素等）和人工合成高分子材料。后者因具有较高的强度、良好的塑性、较强的耐腐蚀性、很好的绝缘性和质轻的特点，很快成为工程上发展最快、应用最广的一类新型结构材料。根据高分子材料的力学性能和使用状态，工程上，一般将其划分为塑料、橡胶、合成纤维、胶粘剂和涂料等种类。

塑料具有价廉、耐蚀、降噪、美观、质轻等特点，用于制造某些零部件的工程塑料强度、韧性和耐磨性较好。塑料正式应用于汽车始于20世纪60年代石油化工工业的兴盛期。现代汽车上许多构件如汽车保险杠、汽车内饰件、高档车用安全玻璃、仪表面板等零部件，均采用工程塑料制造，比用钢铁材料更具有安全性，并可降低造价，较大地改善了汽车的安全性、舒适性和经济性。

其它高分子材料在汽车上也有着广泛的应用。汽车的座垫、安全带、内饰等多数是由合成纤维制造的。如常见的尼龙、聚酯等。橡胶则通常用来制造汽车的轮胎、防震橡胶、软管、密封带、皮带等零部件；各种胶粘剂起到粘接、密封和防松等作用，并可简化制造工艺；各种车用涂料对车身的防锈、美化及商品价值有不可忽视的作用。

（3）陶瓷材料

陶瓷材料属于无机非金属材料，主要为金属氧化物和非金属氧化物。陶瓷材料是人类最早利用自然界提供的原料进行加工制造而成的材料，具有耐高温、耐腐蚀、硬度高、脆性大等特点。传统的陶瓷多采用粘土等天然矿物质原料烧制，而现代陶瓷则多采用人工合成的化学原料烧制。典型的工业用陶瓷材料有普通陶瓷、玻璃和特种陶瓷。

陶瓷在汽车上的最早应用是制造火花塞。现代汽车中，陶瓷的用途得到大大的拓展：一部分陶瓷作为功能材料被用于制作各种传感器如爆震传感器、氧传感器、温度传感器等部件；另一部分陶瓷则作为结构材料用于替代金属材料制作发动机和热交换器零件。近年来，一些特种陶瓷用于制造发动机部件或整机、气体涡轮部件等，可以达到提高热效率、降低能耗、减轻自重的目的。

（4）复合材料

复合材料是指由两种或两种以上不同材料组合而成的材料。由于它是由不同性质或不同组织结构的材料以微观或宏观的形式组合形成的，不仅保留了组成材料各自的优点，而且具有单一材料所没有的优异性能，在强度、刚度、耐蚀性等方面比单纯的金属材料、陶瓷材料和高分子材料都优越。原则上来说，复合材料可以由金属材料、高分子材料和陶瓷材料中任意两种或几种制备而成。按基体材料的种类来分，复合材料可分为非金属基复合材料和金属基复合材料两大类。

复合材料是一种新型的、具有很大发展前途的工程材料。起初主要应用于宇航工业。近年来在汽车工业中也逐步得到应用。对于汽车车顶导流板、风挡窗框等车身外装板件，采用纤维增强复合材料（FRP）制造具有质轻、耐冲击、便于加工异型曲面、美观等优点；汽车柴油发动机的活塞顶、连杆、气缸体等零件，则采用纤维增强金属（FRM）来制造，可显著提高零件的耐磨性、热传导性、耐热性，并减小热膨胀。

2. 汽车运行材料

汽车运行材料是指汽车在运行过程中所消耗的材料。它包括燃料、润滑剂、工作液和轮胎等。这些材料大多属于石油产品。据统计，全球石油产品的46%为汽车及相关工业所消耗。汽车运行材料的分类如图所示。

（1）燃料

燃料通常指能够将自身贮存的化学能通过化学反应（燃烧）转变为热能的物质。汽车燃料主要指汽油和轻柴油。

汽油作为点燃式发动机（汽油机）的主要燃料,其使用性能的好坏对发动机工作的可靠性、经济性以及使用寿命有极大影响。汽油是从石油提炼出来的，密度小、易于挥发。对于汽油的使用性能，主要从蒸发性、抗爆性、化学安定性、耐腐蚀性、清洁性等方面考虑，从而保证了发动机在各种工况下的可靠启动、正常燃烧和平稳运转。

轻柴油（简称柴油）是车用高速柴油机的燃料。与汽油相比，轻柴油的密度较大，易自燃。由于柴油机与汽油机的工作方式不同，对于柴油，主要从低温流动性、燃烧性、蒸发性、粘度、腐蚀性和清洁性等方面要求其使用性能。

据预测，石油资源只能供给全世界使用到2040年和2050年左右。进入21世纪以来，针对环境和能源形势的日趋恶化，世界范围内的环保呼声也越来越高，开发使用被称为“绿色能源”的清洁代用燃料也成为汽车燃料发展的趋势。目前，较普遍使用的汽车清洁代用燃料有天然气、液化石油气、电能、氢、太阳能、醇类、醚类和合成燃料等。与柴油相比，天然气、液化石油气、醇类、醚类和合成燃料更容易与空气的混合、燃烧，其尾气排放CO、HC、CO₂等污染比汽油、柴油低得多。同时，人们还尝试利用无污染的太阳能、电能驱动汽车。

（2）车用润滑油

汽车用润滑油主要包括发动机润滑油、汽车齿轮油和汽车润滑脂、液力传动油、液压油等。由于汽车可运行的地域辽阔，各地区的气候条件相差很大，因而对于汽车润滑油的要求比一般的润滑油更高。

发动机润滑油的主要功用是对汽车摩擦机件间（曲轴、连杆、活塞、气缸壁、凸轮轴、气门）进行润滑，除此以外，性能优良的发动机润滑油还应具有冷却、洗涤、密封、防锈和消除冲击负荷的作用。

车辆齿轮油是用于变速器、后桥齿轮传动机构及传动器等传动装置机件摩擦处的润滑油。它可以降低齿轮及其他部件的磨损、摩擦，分散热量，防止腐蚀和生锈，对保证齿轮装置正常转动和齿轮寿命十分重要。

润滑脂是指稠化了的润滑油。与润滑油相比，润滑脂蒸发损失小，高温高速下的润滑性好，附着能力强，还可起到密封作用。

（3）汽车工作液

汽车用制动液、减震器液、冷却液及制冷剂等，统称为汽车用工作液。

制动液俗称刹车油，是汽车液压制动系中传递压力的工作介质，是液压油中的一个特殊品种。减振器油是汽车减振器的工作介质。它利用液体流动通过节流阀时产生的阻力起到减震作用。

发动机冷却液是发动机冷却系统的冷却介质。其中防冻冷却液不仅具有防止散热器冻裂的功能，而且具有防腐蚀、防锈、防垢和高沸点（防开锅）的功能，可以有效地保护散热器，改善散热效果，提高发动机效率，保障汽车安全行驶。

制冷剂是汽车空调器工作介质。它在空调器的系统中循环，达到制冷的目的。

（4）轮胎

轮胎的主要作用是支承全车重量，与汽车悬架共同衰减缓汽车行驶种产生的振荡和冲击，支持汽车的侧向稳定性，保证车轮与路面有良好的附着性能。

汽车轮胎以橡胶为原料制成。世界上生产的橡胶约80%用于制造轮胎。轮胎的费用占整个汽车运输成本的25%左右。轮胎使用性能的好坏，直接影响着车辆的安全性、行驶稳定性和经济性。随着车辆行驶速度的不断提高，对轮胎的技术和安全要求也越高。掌握轮胎特征，正确地使用养护轮胎，可以延长轮胎的使用寿命，降低汽车的运行成本。

不同类型的轮胎有不同的结构特点和使用性能。按汽车轮胎组成结构，可分为有内胎轮胎和无内胎轮胎；按胎面花纹不同，又可分为普通花纹轮胎、越野花纹轮胎和混合花纹轮胎；按胎体帘布层的结构不同，又可分为斜交轮胎和子午线轮胎。

问题讨论：

一、 材料的性能

材料的性能包括使用性能和工艺性能。

材料的使用性能是指零部件在正常使用条件下材料所表现出来的性能。主要包括力学性能、物理性能和化学性能。材料的使用性能决定了材料的使用范围、安全可靠性和使用寿命。

 材料的工艺性能是指材料在被制成各种零部件的过程中适应加工的性能。对于金属材料来讲，工艺性能主要包括了铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能。材料的工艺性能直接影响着零部件的质量，是零部件选材和制订加工工艺路线时必须考虑的因素之一。

1.材料的力学性能

汽车是采用各种材料制成各种零部件并组装而成的，在使用过程中，各零部件会受到各种外加载荷作用，这就要求材料具有抵抗外力作用的能力。材料的力学性能是指材料在外加载荷作用下所表现出来的性能。

材料的力学性能主要包括强度、塑性、硬度、韧度、疲劳强度等。用来表征材料力学性能的各种临界值或规定值，统称为力学性能指标。材料的力学性能的优劣就是用这些指标的具体数值来衡量的。

材料的力学性能主要决定于材料的化学成分、组织结构、冶金质量、表面和内部的缺陷等内在因素，但一些外在因素如载荷性质、温度、环境介质等也会影响到材料的力学性能。外加载荷按照性质来分，一般分为静载荷、冲击载荷和交变载荷。根据加载形式的不同，外加载荷也可分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等。如图1-7所示。

受到载荷作用时，承载物所发生的尺寸和形状的变化称为变形。一般分为弹性变形和塑性变形。所谓弹性变形，是指材料受到载荷作用时产生变形，载荷卸除后恢复原状的变形。而塑性变形则是指材料在载荷作用下产生变形，且当载荷卸除后不能恢复原状的变形，也称之为永久变形。

图1–7 载荷的形式

力学性能不仅是验收、鉴定材料性能的重要依据，而且也是零件设计和选择材料的重要依据。

（1）强度与塑性

强度与塑性是材料最重要的两个力学性能指标。

强度是指材料抵抗塑性变形或断裂的能力。根据外加载荷形式的不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。材料的塑性是指材料在断裂前产生永久变形的能力，通常用伸长率和断面收缩率两个指标来表示。

通常，采用拉伸试验来测定材料的强度与塑性的各种力学性能指标(详见本书项目三)。

（2）硬度

硬度是衡量材料软硬程度的力学性能指标。材料抵抗其他硬物压入其表面的能力称为硬度。一般情况下，强度越高，硬度也越高。硬度试验已成为产品设计、质量检查、制定合理工艺的重要试验方法之一。

最常用的硬度试验为布氏硬度（HB）和洛氏硬度(HRC)。

1）布氏硬度   布氏硬度试验是用一定大小的载荷F，把直径为D的硬质合金球压入被测试样表面，如图1-8所示。保持规定时间后卸除载荷，移去压头，用读数显微镜测出压痕平均直径d，用载荷F除以压痕的表面积所得的商，即为被测材料的布氏硬度值。布氏硬度的单位为（MPa），但习惯上只写明硬度值而不标出单位。在实际测试时，布氏硬度值一般不用计算，而是在测出d值之后，根据d值查表得到硬度值。

图1-8  布氏硬度实验原理

硬质合金球作为压头所测得的布氏硬度用符号HBW表示，适用于测量退火、正火、调质钢件、铸铁及有色金属等硬度值不超过650的材料。布氏硬度试验结果较精确。但因压痕偏大，一般不宜测试成品或薄片金属的硬度。

布氏硬度的表示方法规定如图1-9 ：

图1-9布氏硬度的表示方法

500 HBW5/750：表示用直径5㎜的硬质合金球在750kgf (7355N的载荷下保持10～15S,测得的布氏硬度值为500；可简单表示为500 HBW。

（2）洛氏硬度 洛氏硬度是目前应用最广泛的硬度力学性能试验方法之一，它是采用直接测量压痕深度来确定硬度值的。洛氏硬度试验原理如图1-10所示。洛氏硬度HRC可以测量范围宽，操作简便迅速，压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件中间加工环节的质量检查中应用最多。

图1- 10 洛氏硬度试验原理

洛氏硬度是用金刚石圆锥体或硬质合金球作为压头，先施加初载荷F₁(99N),再施加主加载荷F₂。总载荷F= F₁+F₂  。总载荷分为588N、980N和1471N三种。我国常用的是HRA、HRB、HRC三种，试验条件及应用范围见表1-3。

表1-3  常用的三种洛氏硬度的试验条件及应用范围（GB/T230.1-2018）

洛氏硬度值的表示方法规定为：A、C标尺洛氏硬度用硬度值、硬度符号HR和使用标尺字母表示，例如52HRC、70HRA；B标尺洛氏硬度用硬度值、硬度符号HR和使用标尺字母和球压头代号（硬质合金球W）表示，例如60HRBW。

由于各种硬度试验条件不同，因此各硬度试验值之间不能直接进行比较。但根据试验结果，可以按如下经验公式粗略换算布氏硬度和洛氏硬度：

硬度在200～600HBW范围内，HRC=1/10HBW。 

（3）韧性

一些汽车零部件如内燃机的活塞销、连杆、变速器齿轮等，在工作过程中往往受到以一定速度作用于机件上的冲击载荷。冲击载荷的加速度高，作用时间短，使材料在受冲击时，应力分布和变形很不均匀，易产生损坏。因此，在设计和制造工作中应考虑到材料在冲击载荷下的力学性能。

材料抵抗冲击载荷的能力称为韧性。通常采用冲击韧度（a_k）、多冲抗力衡量材料的冲击性能。

1）冲击韧度  实际生产中，有些零件在承受了一次或数次大能量冲击后便导致断裂，采用冲击韧度a_k表征。对材料的品质、宏观缺陷及显微组织等十分敏感，冲击韧度可反映材料的内在质量，很容易提示出材料中的某些质量问题，生产中常用冲击试验来检验冶炼、热处理及各种热加工工艺和产品的质量。

通常采用一次摆锤冲击试验来测定材料的冲击韧度。冲击试验的原理如图1-11所示。 

图1-11  冲击试验原理图

a） 试样安装位置      b） 冲击试验原理图

材料的冲击韧度a_k计算为：

a_k =    （J·cm²）

    式中，A_k为冲击功（J），F为试样缺口处的截面积（cm²）

根据试样缺口形式的不同，U型缺口试样测得的冲击韧度用a_ku表示，V型缺口测得的冲击韧度用a_kv  表示。

A_k值或a_k值越大，材料的韧性越好，并据此可将材料分为脆性材料和韧性材料。脆性材料在断裂前无明显的塑性变形，断口较平整、呈晶状或瓷状，有金属光泽；韧性材料在断裂前有明显的塑性变形，断口呈纤维状、无光泽。

2）多冲抗力   实际生产中发现，对于一些承受小能量多次冲击的零件，未达到 a_k值，却发生了失效损坏，这种情况下，一般采用多冲抗力来表征其韧性。

多冲抗力一般采用小能量多冲试验进行测定。图1-12所示为落锤式多次冲击弯曲试验示意图，将材料制成标准试样放在试验机上，使之受到锤头的小能量（＜1500J＝多次冲击。测定在一定冲击能量下试样断裂前的冲击次数，并以此作为多冲抗力的指标。

图1-12 落锤式多次冲击弯曲试验示意图

试验表明，材料抵抗大能量一次冲击的能力主要取决于材料的塑性，而抵抗小能量多次冲击的能力主要取决于材料的强度。

此外，材料的韧性还与环境温度直接关联。有些材料在室温下并不显示脆性，而在较低温度下则可能发生脆断，这一现象称为冷脆。试验测定，在某个温度下材料将由韧性状态变为脆性状态，该温度T_K称为该材料的脆性转变温度。脆性转变温度越低，材料的低温冲击性能就越好。对于在低温下或寒冷地区工作的车辆和工程结构及机械设备来说，由于它们的工作环境温度可能在-50—50℃之间变化，必须具有更低的脆性转变温度，才能保证正常工作。

（4）疲劳强度

汽车发动机曲轴、齿轮、弹簧及轴承等许多零件，都是在交变载荷下工作的。承受交变应力的零件，在工作应力低于材料的屈服强度的情况下长时间工作时，会产生裂纹或突然断裂，这种现象称为疲劳失效或疲劳破坏。

疲劳失效具有隐蔽性和突发性，无论是何种材料，在失效前都不会出现明显的塑性变形，不易觉察，而且引起疲劳失效的应力很低，故疲劳失效的危险性很大，特别是对于重要机件如汽车半轴、发动机曲轴等，往往会造成灾难性事故。据统计，机械零件失效中有80%以上属于疲劳破坏，疲劳失效也是汽车零件中最常见的一种失效形式。因此，对材料疲劳失效的预防是十分必要的。

材料抵抗疲劳断裂的能力称疲劳强度，它可以通过疲劳试验，绘制疲劳曲线进行测定。

为了提高零件的疲劳强度，防止疲劳断裂的发生，要从三个方面考虑，一是在进行零件设计时应尽量避免尖角、缺口和截面突变，以免应力集中引起疲劳裂纹；二是提高零件表面加工质量，尽量减少能成为疲劳源的各种表面缺陷和表面损伤；三是采用各种表面强化处理工艺，如化学热处理、表面淬火、喷丸、滚压等以形成表面残余压应力，提高疲劳强度。

2． 材料的理化性能

材料的理化性能指其物理性能和化学性能。

（1）材料的物理性能

材料的物理性能是指材料的固有属性，如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性和色泽等。

1）密度  材料密度的是指单位体积物质的质量，用符号ρ表示，单位为kg/m³。实际生产中，汽车零部件的选材必须首先考虑材料的密度，如汽车发动机中要求采用质量轻、运动时惯性小的活塞，多采用低密度的铝合金制成。

对于金属材料，按照密度的大小可分为轻金属和重金属。一般地，密度小于5×10³ kg/m³的金属称为轻金属，如铝（Al）、镁(Mg)、钛(Ti)及其合金；密度大于5×10³ kg/m³的金属称为重金属，如铁(Fe)、铅（Pb）、钨（W）等。

2）熔点  熔点是指材料由固态向液态转变的温度。熔点是制定冶炼、铸造、锻造和焊接等热加工工艺规范的一个重要的参数。纯金属及其合金都具有固定的熔点，而高分子材料、复合材料一般没有固定的熔点。 

3）导热性  材料的导热性是指材料传导热量的能力。常用热导率（亦称导热系数）λ表示，单位为W/(m·K)。材料的热导率越大，导热性就越好。导热性是金属材料的重要性能之一，在金属热加工和热处理时，必须考虑金属材料的导热性。

一般来说，金属越纯，其导热性就越好；合金的导热性比纯金属的差，但金属与合金的导热性远好于非金属，塑料的热导率只有金属的1%左右。纯金属的导热性以银为最好，铜（Cu）、铝（Al）次之。导热性好并耐蚀性好的材料（如铝）常用来做汽车的热交换器或散热器中的零件。

4）导电性  材料传导电流的能力称为导电性。常用电阻率ρ和电导率δ表示。电阻率ρ的单位为Ω·m，电导率δ的单位为1/(Ω·m)，δ与ρ互为倒数。电导率大的金属，其电阻率小，适于制造电热元件。

5）热膨胀性  材料的热膨胀性是指材料随着温度的变化产生膨胀、收缩的特性。常用线膨胀系数α_L和体膨胀系数α_v来表示。

一般来说，陶瓷的线膨胀系数最低，金属次之，高分子材料最高。用膨胀系数大的材料制造的零件，在温度变化时尺寸和形状变化较大。生产中，在热加工和热处理时要考虑材料的热膨胀性的影响，可减少工件的变形和开裂。测量工具或精密配合的零件对都有严格要求。

6）磁性   材料能被磁场吸引或被磁化的性能称为磁性或导磁性。常用磁导率μ来表示，单位是亨利每米，符号为H/m。具备显著磁性的材料称为磁性材料，目前生产中应用较多的磁性材料有金属和陶瓷两类。

磁性只存在于一定的温度内，在高于一定温度范围时，磁性就会消失。如铁在770℃以上就会失去磁性，这一温度称为居里点。

常用金属材料的物理性能如表1-4所示。

表1-4 常用金属材料的物理性能

3． 材料的化学性能

材料的化学性能是指材料抵抗周围介质侵蚀的能力。

对于金属材料来说，化学性能一般指耐蚀性和抗氧化性；对于非金属材料，还存在着化学稳定性、抗老化能力和耐热性等问题。

1）耐蚀性  材料在常温下抵抗周围介质（如大气、燃气、水、酸、碱、盐等）腐蚀的能力称为耐蚀性。

金属材料在介质中一般会因发生化学反应而产生化学腐蚀或原电池反应而产生电化学腐蚀。因此，对金属制品的腐蚀防护十分重要。对于汽车上易腐蚀的零部件，一方面要采用耐蚀性好的不锈钢、铝合金等材料制造；另一方面，也要采用适当的涂料进行涂覆，起到防腐蚀、填平锈斑的作用。

非金属材料如陶瓷、塑料等一般都具有优良的耐蚀性。被誉为塑料王的聚四氟乙烯，不仅耐强酸、强碱等强腐蚀剂，甚至在沸腾的王水中也能保持非常稳定的性能。

2）抗氧化性  材料在高温下抵抗氧化的能力称为抗氧化性，又称为热稳定性。在钢中加入Cr、Si等元素，可大大提高钢的抗氧化性。在高温下工作的发动机气门、内燃机排气阀等轿车零部件，就是采用抗氧化性好4Cr9Si2等材料来制造的。

4．材料的工艺性能

汽车上使用的大多数零件是采用金属材料制造的。金属材料的工艺性能是指金属材料在加工过程中所具有和表现出来的性能。它与金属的物理性能、化学性能和力学性能有关，也与温度、受力状态和成形条件等工艺条件有关。

金属材料的工艺性能包括：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性和热处理工艺性。

（1）铸造性能

铸造俗称翻砂，金属材料可以通过铸造工艺制成各种形状的零件。轿车上的曲轴、凸轮轴、转向器壳体、气缸套等均是铸造而成的。

铸造性能是指金属在铸造成形过程中所表现出来的性能，包括液态金属的流动性、凝固过程的收缩率、吸气性和成分偏析倾向等。材料的铸造性能好，可以铸造出形状准确、结构复杂、强度较高的铸件，并可简化工艺过程，提高成品率。

（2）锻造性能

锻造即为压力加工，是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变其尺寸、形状及改善性能，目的是使金属材料在冷热状态下压力加工成型的工艺。按重量比率计，汽车上70%的零件匀是由锻压加工方法制造的，如轿车的车体外板就是冷扎钢板经过压力加工而成形。

金属的锻造性能是指材料对采用压力加工方法成形的适应能力，是衡量材料通过塑性加工获得优质零件难易程度的工艺性能。金属的锻造性好，表明该金属适合于塑性加工成形；锻造性差，说明该金属不宜选用塑性加工方法成形。

锻造性能的优劣常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。塑性越高，变形抗力越小，则可以认为该金属的锻造性好。反之则差。

（3）焊接性能

焊接工艺是指通过加热或加压，或两者并用，且可用或不用填充材料，使接触面处于融熔状态，使两个接触面连接起来的工艺。

焊接性是指金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。

焊接性包括工艺焊接性和使用焊接性两个方面。前者主要是指焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂缝的可能性；后者主要是指焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的力学性能及其他特殊性能（如耐热、耐蚀性能等）。

（4）切削加工性能

切削加工是指通过机械切削加工设备加工工件的工艺。主要有：车削、刨削、铣削、磨削等。

切削加工性能是指对材料进行切削加工的难易程度和切削加工后的表面质量的好坏程度。切削加工性能通常由四个方面来衡量：切削时消耗的动力，刀具的磨损，表面粗糙度，切屑的形态。切削加工性能的高低常用“切削加工性能指数”来表示，该指数越高切削性能越好。表1-5中列出部分材料的加工指数。

表1-5  各种材料机械加工工艺性能对比

（5）热处理工艺性能

热处理工艺是指对材料进行加热、保温、冷却，改变其材料内部结构和性能的工艺。

热处理工艺性包括淬透性，变形开裂倾向，过热敏感性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向等。

零件设计时，设计者应根据零件的使用要求，提出热处理的技术条件并标注在图纸上。技术条件包括热处理工艺名称、硬度要求、表面热处理要求等。对于某些要求性能较高的零件还需标注要求的金相组织或其他力学性能指标。

零部件选材                           

机械零件材料选用的原则要考虑三个方面的要求
　　
　　1、使用要求（首要考虑）：
　　
　　1）零件的工况（震动，冲击，高温，低温，高速，高载都应当慎重对待）；2）对零件尺寸和质量的限制；
　　
　　3）零件的重要程度。（对于整机可靠度的相对重要性）
　　
　　2、工艺要求：
　　
　　1）毛坯制造（铸造，锻打，切板，切棒）；
　　
　　2）机械加工；
　　
　　3）热处理；
　　
　　4）表面处理
　　
　　3、经济性要求：
　　
　　1）材料价格（普通圆钢与冷拉型材，精密铸造，精密锻造的毛坯成本与加工成本的对比，）；
　　
　　2）加工批量和加工费用；
　　
　　3）材料的利用率；（如板材，棒料，型材的规格，合理的加以利用）
　　
　　4）替代（尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料，如在一些耐磨部位的套用球墨替代铜套，用含油轴承替代车削加工的一些套，速度负载不大的情况下，用尼龙替代钢件齿轮或者铜蜗轮等等）。
　　
　　另外，还要考虑当地材料的供应情况
   汽车新材料应用展望