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編輯推薦

適讀人群 ：本書可供從事汽車材料應用的科研、技術開發和零件製造的技術人員、管理人員閱讀,也可供工科學校相關師生參考。
《汽車材料和典型零件失效分析與延壽》一書全麵介紹瞭汽車材料和零部件的失效分析技術和預防措施。
書中許多案例是作者實際經驗的總結和提升，將會給讀者解決汽車零部件失效問題提供全新的思路和有益的藉鑒

內容簡介

　　《材料延壽與可持續發展：汽車材料和典型零件失效分析與延壽》全麵介紹瞭汽車材料和零部件的失效分析技術和預防措施。重點介紹瞭汽車典型零件和係統的腐蝕失效特點和預防措施，包括汽車腐蝕磨損形式以及預防措施，汽車金屬材料的腐蝕失效形式與預防，汽車鍍層闆腐蝕特點以及腐蝕措施，汽車排氣係統的熱端和冷端失效的評價方法和防腐性能提升的措施等。書中許多案例是作者實際經驗的總結和提升，將會給讀者解決汽車零部件失效問題提供全新的思路和有益的藉鑒。
　　《材料延壽與可持續發展：汽車材料和典型零件失效分析與延壽》可供從事汽車材料應用的科研、技術開發和零件製造的技術人員、管理人員閱讀，也可供工科學校相關師生參考。

內頁插圖

目錄

第1 章 緒論
1.1　概述 001
1.2　汽車工業發展趨勢 004
1.2.1　輕量化 004
1.2.2　提高安全性 006
1.2.3　提高可靠性 006
1.2.4　延長使用壽命 007
1.2.5　發展新能源汽車 007
1.3　汽車材料的開發和應用 008
1.3.1　汽車輕量化用鋼概要 008
1.3.2　高強度鋼和先進高強度鋼在自主品牌汽車上的典型應用 013
1.3.3　汽車用鋁閤金 017
1.3.4　汽車用鎂閤金 024
1.3.5　復閤材料 026
1.4　汽車在服役過程中的材料失效 028
1.4.1　腐蝕失效 028
1.4.2　疲勞失效 028
1.4.3　摩擦磨損 029
1.5　孕育中的新的工業革命對汽車工業發展和産品延壽帶來的影響 029
1.6　小結 031
參考文獻 032
第2 章 車輛材料和典型構件的自然環境腐蝕
2.1　概述 034
2.2　腐蝕的危害 035
2.2.1　腐蝕給國民經濟帶來重大損失 035
2.2.2　腐蝕給汽車工業帶來巨大損失 038
2.3　腐蝕失效的特點 040
2.4　國內外汽車的環境腐蝕研究概況 042
2.5　重慶市公交和卡車環境腐蝕調研 045
2.5.1　重慶市公交車輛環境腐蝕調研 045
2.5.2　重慶市卡車車輛大氣腐蝕調查 049
2.6　車輛材料在潮濕和酸雨的典型環境下的腐蝕 053
2.6.1　環境腐蝕試驗試樣與試驗方法 054
2.6.2　環境腐蝕試驗期間內的氣象及環境數據 054
2.6.3　自然曝露試驗的樣品的腐蝕等級、光澤和色差的試驗結果 055
2.6.4　環境腐蝕試樣的錶麵形貌變化 056
2.6.5　典型汽車零件環境腐蝕試驗結果和錶麵形貌 058
2.7　自然曝露試驗與加速腐蝕試驗相關性的研究 069
2.7.1　試驗樣品和方法 069
2.7.2　環境腐蝕試驗的結果 073
2.7.3　環境腐蝕産物形貌觀察 081
2.7.4　環境腐蝕産物成分的定性和定量測定 083
2.7.5　人工加速試驗——CASS 鹽霧腐蝕結果 087
2.7.6　人工加速腐蝕和自然環境腐蝕的相關性及其評價 089
2.8　高強度螺栓的延遲斷裂性能和環境腐蝕 092
2.8.1　高強度螺栓的延遲斷裂性能 092
2.8.2　高強度螺栓環境腐蝕 096
2.9　提高重慶地區典型汽車構件環境防腐性能的措施和建議 100
2.10　車輛材料環境腐蝕數據庫 103
2.11　總結 105
2.12　附錄 105
參考文獻 138
第3 章 塗鍍層鋼闆在汽車中的應用
3.1　概述 141
3.2　鍍層闆的種類和特點 141
3.3　鍍層闆的基本性能 147
3.3.1　鍍層與基體的結閤力 147
3.3.2　塗層闆的成形性 148
3.3.3　塗層闆的耐蝕性 150
3.3.4　塗層闆的點焊性能 153
3.3.5　塗層闆的錶麵處理與油漆特性 164
3.4　塗層闆在汽車工業中的應用 168
3.5　不同鍍層闆的性能和未來的發展趨勢 171
3.6　提升汽車零件防腐抗力的設計方法 173
3.7　小結 174
參考文獻 175
第4 章 汽車排氣係統腐蝕分析與選材
4.1　概述 177
4.2　排氣係統的零件構成和用材演變 178
4.3　不銹鋼在汽車排氣係統中的應用 183
4.4　排氣係統熱端和冷端的常見失效模式 184
4.5　排氣係統熱端材料的性能特點和失效 188
4.6　排氣係統的冷端材料性能和失效 191
4.7　腐蝕失效評價標準與方法 196
4.7.1　高溫氧化試驗 196
4.7.2　持久強度試驗 197
4.7.3　凝結液腐蝕試驗 198
4.7.4　晶間腐蝕評價 200
4.7.5　鹽霧腐蝕試驗 204
4.8　小結 205
4.9　附錄 206
參考文獻 209
第5 章 汽車金屬材料疲勞失效
5.1　概述 211
5.2　疲勞的循環應力 212
5.3　疲勞的加載模式和宏觀斷口 214
5.4　疲勞斷口的微觀特徵 217
5.5　疲勞的分類及錶徵參量 225
5.5.1　疲勞的分類 225
5.5.2　高周疲勞的錶徵 227
5.5.3　影響高周疲勞的應力因素 233
5.6　影響疲勞性能的因素 236
5.6.1　材料的種類和抗拉強度 237
5.6.2　材料種類和屈服強度 239
5.6.3　材料的晶粒度和亞晶尺寸 241
5.6.4　材料的錶麵完整性 241
5.6.5　影響疲勞的其他因素 244
5.7　應變疲勞（低周疲勞） 及錶徵 247
5.8　疲勞裂紋萌生 250
5.9　疲勞裂紋擴展 251
5.9.1　疲勞裂紋擴展和擴展速率的錶徵 251
5.9.2　Paris方程和疲勞壽命的估算 255
5.10　疲勞的試驗方法和數據處理 256
5.10.1　成組法及其數據處理 257
5.10.2　升降法及其數據處理 258
5.10.3　疲勞極限的統計分析——SAFL方法 258
5.10.4　疲勞損傷纍積理論的試驗和數據處理方法——LOCATI 法 259
5.11　高周疲勞快速試驗方法 261
5.12　疲勞試驗設備 264
5.13　提高疲勞強度的措施 268
5.13.1　疲勞設計和零件選材 268
5.13.2　製造工藝 269
5.14　疲勞失效分析 278
5.15　小結 281
參考文獻 282
第6 章 汽車零部件疲勞失效與延壽
6.1　概述 284
6.2　汽車典型零件的疲勞失效模式 284
6.2.1　軸類零件的失效斷口特徵 288
6.2.2　齒輪零件的失效的錶麵特徵 295
6.2.3　在剪矩作用下的疲勞失效模式 296
6.3　疲勞失效模式的多樣性和影響因素 298
6.4　汽車零件疲勞失效分析的思路及方法的思考 302
6.4.1　可靠性分析原理的應用 302
6.4.2　正確區分材料性能和零部件功能 315
6.4.3　充分利用和發揮計算機模擬的手段 316
6.4.4　疲勞斷裂分析的認識過程 317
6.4.5　對疲勞斷裂認識的階段性 319
6.4.6　疲勞失效的過程和零件所在係統的相關性 320
6.4.7　汽車零件失效分析時的共性和個性問題 322
6.5　疲勞斷裂分析與結構因素的再認識 323
6.5.1　零部件的基本結構特徵與疲勞斷裂模式 323
6.5.2　汽車部件結構對零件的力學要素和疲勞性能的影響 325
6.5.3　係統中的應力和應變集中對汽車結構件疲勞斷裂的影響 327
6.5.4　彎麯結構與疲勞斷裂 333
6.5.5　汽車零部件結構中的組閤應力問題 343
6.5.6　係統結構對零件失效形式的影響 345
6.5.7　零件的結構失穩與失效 347
6.6　小結 350
參考文獻 351
第7 章 典型汽車零件的摩擦與磨損
7.1　概述 352
7.2　摩擦的定義與分類 353
7.3　摩擦理論 354
7.3.1　早期摩擦理論 354
7.3.2　滑動摩擦理論 355
7.3.3　滾動摩擦理論 355
7.4　影響摩擦的因素 356
7.5　磨損的分類與評定 357
7.5.1　磨損的分類 358
7.5.2　影響黏著磨損和磨料磨損的因素 359
7.5.3　磨損的評定 360
7.6　提高材料耐磨性的方法和途徑 361
7.6.1　開發耐磨材料 361
7.6.2　錶麵強化 363
7.7　不同磨損類型和零件選材 368
7.8　汽車中的磨損失效 370
7.8.1　刹車製動轂磨損、熱疲勞和斷裂 370
7.8.2　變速箱齒輪的接觸疲勞、咬蝕和剝落 371
7.8.3　發動機排氣閥的衝擊磨損失效 377
7.8.4　礦用汽車翻鬥的衝擊磨損失效 380
7.8.5　汽車輪胎的磨損 380
7.8.6　汽車其他磨損件 385
7.8.7　熱衝壓硬化時的模具的磨損 385
7.9　小結 386
參考文獻 387

前言/序言

總前言
我國改革開放三十多年來, 材料的研究、開發、應用有瞭快速的發展,水泥、鋼鐵、有色金屬、稀土材料、織物等許多材料的産量多年居世界第一,我國已經成為世界上材料的生産、銷售和消費大國, 支撐著“中國製造” 的産品遍布世界、“中國建造” 的重大工程建設項目遍布全國, 促進瞭國傢GDP連續高速發展, 中國已經成為世界上第二經濟大國。但是, 我國還不是材料強國, 我國的材料多處於中、低檔水平, 支撐起來的“中國製造” 的産品水平不高、價格太低、緣名牌; “中國建造” 的重大工程中的主要結構件、專用件、關鍵件和重要件許多還依賴進口; 我國在材料的選用、材料製成品的設計、加工、製造和材料保護等方麵與先進國傢相比還存在較大差距,導緻材料製成品在製造環境、運行環境和自然環境的侵蝕下, 容易齣現腐蝕、摩擦磨損磨蝕、斷裂(疲勞), 引發“中國製造” 的産品和“中國建造” 的重
大工程項目齣現種種問題。
材料壽命是人類所用材料的核心。材料性能優良, 質量穩定, 使用安全、可靠、經濟, 是材料壽命的前提; 沒有使用安全、可靠、經濟, 就談不上使用壽命。材料壽命的延長錶達瞭上述性能的全麵提升; 材料延壽, 就是提高材料製成品使用的可靠性、安全性、經濟性和耐久性, 就是延長材料製成品的使用壽命, 就是節約瞭資源、能源、實施瞭低碳經濟、減少瞭環境汙染、支持瞭人類可持續發展。
我國建國以來材料研究取得瞭顯著的成績, 在滿足經濟建設需求的同時,一大批材料研究、材料應用研究、材料加工研究和材料保護研究相繼發展壯大起來, 並為材料及其製成品的使用可靠性、安全性、經濟性和耐久性做瞭大量的工作, 積纍瞭豐富的理論和實踐經驗, 在材料全生命周期中凝煉齣一些重要的原則、技術和措施。
“材料延壽與可持續發展” 有兩方麵的工作: 一是總結過去。總結係統控製材料提前損傷、提前破壞和提前失效的因素的理論、原則、技術和措施,使各個行業的産品設計師, 製造、使用和管理工程師有所啓示、有所參考、有所作為、有所貢獻; 盡可能地延長材料的使用壽命, 提高材料製成品的可靠性、安全性、經濟性和耐久性。這項工作實質上是針對過去與現在, 總結現有成果, 及早服務於國傢建設。
二是研究未來。麵對未來, 材料的優質化、高性能化、高強化、長壽命化, 多品質、多規格化、標準化、傳統材料的綜閤優化、新材料的不斷創新,由此促進我國從“材料生産、銷售、消費大國” 轉變為“材料強國”。為此,我們組織瞭“材料延壽與可持續發展” 的戰略研究, 在開展大量的調查研究基礎上, 從國傢長遠發展的眼光提齣一整套的理論、原則、政策和建議, 促使我國早日成為“材料強國”, 支持國傢“節約資源、節能減排”、“可持續發展” 和“保衛地球” 戰略。
目前, 在中國科協和中國工程院的領導與支持下, 一批材料科學工作者在努力地開展工作, 提齣研究報告, 編寫並齣版發行《材料延壽與可持續發展》係列圖書, 供相關方麵領導和工作人員參考。
希望通過我們的努力, 既能為設計師、製造、使用和管理工程師提高其産品對環境抗力的理論、原則、技術和措施; 又為國傢成為“材料強國”, 提齣種種設想、原則、措施和政策建議。
由於我們水平有限, 不當之處, 敬請批評指正。

中國工程院 院士
中國工程院 副院長


前言
自2000年以來, 中國汽車工業發展進入“快車道”, 每年汽車産量幾乎全以百分比兩位數的速度增長, 並於2003年達到1364萬輛, 超過美國, 居世界首位。此後, 多年來中國的汽車産銷量一直居世界第一。2013年産量達到2211萬輛, 汽車保有量超過1.2億輛, 汽車工業的主營收入超過6.3萬億元人民幣, 利稅已接近8.5萬億元人民幣。汽車工業已成為中國的支柱産業,汽車與人們日常生活密切相關, 而汽車産業對相關産業的帶動作用以及由此産生的汽車文化: 汽車展覽、汽車賽事、汽車旅遊、汽車的現代科技等, 也是沒有任何一個産業可與之相比; 對影響如此之大的一個産業, 其用材和組成零部件的失效分析、預防和延壽自然是人們關注的重大課題。任何一個零件的失效原因的準確分析, 特彆是對一些關鍵零部件的分析, 並提齣延壽的措施, 對於體量如此之大的汽車産業, 不是一個單純的技術問題, 而是將會對整個産業的發展産生深刻的影響, 進而産生巨大的經濟效益, 並給一個新車型的發展帶來巨大的商機。這正是本書選擇這一主題的重要原因所在。
早期係統的失效分析工作始於第二次世界大戰後人們對自由輪的斷裂分析, 由此産生瞭材料低溫韌性的評價參量, 同時也使人們認識到失效分析不僅僅是尋找一個技術問題的解決方式, 同時還涉及相關技術産業的發展和影響産業發展的新的科學問題的産生; 隨後美國金屬學會組織編寫瞭《金屬手冊———斷口金相與斷口圖譜》, 該手冊的第10捲為失效分析預防, 從而使失效分析成為一門新興科學。20世紀60年代以後, 這門新興學科迅速發展,對汽車零件的失效分析和材料的改進展示齣瞭重要的意義。美國的這本手冊已經齣版到第9版, 足見這一係統的巨著對技術發展所起的重要作用和意義。我國曾於20世紀80年代中期, 由中國機械工程學會材料學會組織編寫瞭《機械産品失效分析叢書》, 該套叢書反映和總結瞭我國當時的失效分析技術水平、主要成果和經驗, 叢書的齣版曾對我國失效分析預防工作發揮瞭重大作用, 為産品質量的提升做齣瞭貢獻。
《汽車材料和典型零件失效分析與延壽》全麵論述瞭汽車材料和零部件的失效分析技術和預防措施, 全書共分七章。
第1章概述瞭汽車工業發展的趨勢、汽車用材(包括高強度鋼、先進高強度鋼、鋁閤金、鎂閤金、復閤材料等結構材料) 的新近發展和應用以及孕育中的第三次産業革命對汽車發展趨勢的影響(即電動化、智能化和輕量化), 綜述瞭汽車在服役過程中的材料和構件的失效模式和預防失效、延壽的重要意義。
腐蝕給國民經濟尤其是汽車工業帶來的巨大損失, 第2章基於本書編著者承擔的中國工程院、國傢科技部資助的社會公益項目以及重慶市的國際閤作項目所進行的大量的觀測, 收集瞭大量相關數據和試驗結果, 展示瞭車輛材料在潮濕和酸雨的典型環境下的腐蝕研究成果, 並提齣瞭在這類環境中提升材料和構件腐蝕抗力的措施。
第3章論述瞭鍍層闆的種類、特點、性能、未來的發展趨勢, 以及對汽車防腐抗力提升的作用, 並通過大量的應用研究結果, 提齣瞭應用鍍層闆提升汽車防腐抗力的設計方法。
第4章概述瞭排氣係統的零件構成、用材演變和進展。基於排氣係統的熱端和冷端的失效模式, 尤其是對冷端冷凝腐蝕的研究和分析, 提齣瞭排氣係統的熱端和冷端失效的評價方法和防腐性能提升的措施。本章由中信金屬公司尚成嘉和張偉提齣初稿, 編著者根據全書的撰寫思路進行瞭修改和補充。
第5章首先論述瞭金屬材料疲勞的特點、疲勞失效和斷口特徵、疲勞的種類及錶徵參量, 疲勞的試驗方法和數據處理, 試圖給讀者關於疲勞方麵的準確概念, 並概述瞭影響疲勞的因素和提高疲勞性能的措施。
第6章以大量的汽車零部件颱架試驗和使用中的失效案例的分析論述瞭汽車零部件的多種失效模式, 多因素的分析和認識方法, 希望能給讀者進行汽車典型零部件進行失效分析時一個新的多維的思維; 本章由劉珂軍和編著者共同完成。不少案例是實際經驗的總結和提升, 可供讀者在分析失效原因時進行藉鑒。
汽車中的摩擦磨損是重要的失效模式之一, 摩擦不僅消耗汽車發動機的有效功, 磨損還會引起零件的早期失效, 第7章首先介紹摩擦磨損的類型、汽車中的典型零件的摩擦磨損失效的案例, 並提齣瞭減少摩擦和降低磨損失效的途徑。
現代的失效分析是一門新穎的多學科交叉的綜閤性技術。做好汽車材料和零件的失效分析工作, 涉及機械設計、力學、物理、材料、工藝、管理、材料試驗和微觀分析等多學科以及多學科交叉的專業知識, 同時還要瞭解零件的製造曆史、服役曆史, 準確地找齣失效原因並提齣預防措施, 是一項係統工程。本書正是本著這一思想對汽車構件的常見的失效方式(腐蝕、疲勞、磨損) 進行論述; 這三種失效模式又相互交叉和聯係。因此書中各章也相互滲透, 互有聯係, 但針對特定的失效模式, 又自成體係, 可獨立閱讀! 應該說明, 由於電動化、智能化和輕量化的發展, 汽車電器、電子、電控等技術迅速發展及其在現代汽車上的用量也迅速增加, 失效概率也較前增多, 有關這方麵的失效與預防將另有專著論述, 不在本書涉及範圍。
本書涉及多學科的廣泛領域, 限於作者水平, 書中不當之處難免, 熱情希望讀者加以指正。本書初稿曾承總編委會李金桂研究員審閱, 化學工業齣版社責任編輯劉麗宏、段誌兵、王清顥為本書的齣版付齣瞭許多辛勤勞動,他們所提齣的寶貴意見已經采用於書中, 中國工程院為編寫此書專門立項並多次召開會議, 給予指導和支持, 編著者在此並緻謝意。

編著者
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