典型零件的选材及工程材料的应用.ppt

第九章 典型零件的选材及工程材料的应用第一节 选材的一般原则选用材料应考虑的一般原则是：使用性原则 是保证零件完成规定功能的必要条件。工艺性原则 材料的工艺性能表示材料加工的难易程度。经济性原则 保证零件生产和使用成本最低，效益最大。 第二节 典型零件的选材及工艺路线设计一、齿轮类零件的选材1. 齿轮的工作条件、失效形式及性能要求齿轮是机械工业中应用最广的零件之一，主要用于传递扭矩和调节速度。（1）工作条件1）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。2）齿面相互滑动和滚动，承受较大的交变接触力及强烈的摩擦。3）由于换档、启动或啮合不良，齿部承受一定的冲击。（2）主要失效形式1）疲劳断裂。 主要发生在齿根。它是齿轮最严重的失效形式。2）齿面磨损。3）齿面接触疲劳破坏 。4）过载断裂。 （3）性能要求1）高的弯曲疲劳强度2）高的接触疲劳强度和耐磨性3）齿轮心部要有足够的强度和韧性2. 齿轮零件的选材（p.226，表9-4）3. 典型齿轮选材及热处理举例机床齿轮和汽车齿轮为例 （1）机床齿轮普通车床变速箱齿轮，受力不大，转速中等，工作较平稳，无强烈冲击。选材：中碳钢45或40Cr热处理技术要求：齿面硬度HRC50~55，心部硬度HB220~250。热处理方法：锻后正火、调质、高频淬火工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频淬火+低温回火→磨齿 （2）汽车齿轮工作条件比机床恶劣。受力大，超载和受冲击频繁，要求较高的表面耐磨、抗疲劳性能，心部强韧性高。一般选合金渗碳钢。例如，解放牌载重汽车的变速箱齿轮。选材：20CrMnTi热处理技术要求：渗层0.8~1.3mm，齿面硬度HRC58~62，心部硬度HRC35~45。热处理方法：锻后正火950~970℃空冷，HB179~217渗碳920~940℃，4~6h，预冷至830~850℃直接油淬， 170~190℃低温回火2h工艺路线：下料→锻造→正火→机加→渗碳(内孔防渗)、预冷淬火+低温回火→喷丸→校正花键孔→磨齿 二、轴类零件的选材1. 轴的工作条件、失效形式及性能要求（1）一般轴的工作条件1）传递一定的扭矩，承受交变弯矩和拉、压载荷。2）轴颈承受较大的摩擦3）承受一定的冲击载荷（2）主要失效形式1）疲劳断裂 长期受扭转和弯曲交变载荷作用2）断裂失效 大载荷或冲击载荷作用3）磨损失效 轴颈或花键处过度磨损（3）对轴用材料性能要求1）良好的综合力学性能2）高的疲劳强度3）良好的耐磨性 2. 轴类零件的选材(1) 不传递动力只承受弯矩起支撑作用的轴：中碳钢调质，对有轴颈摩擦的，轴颈还要表面淬火。(2) 主要受弯曲，扭转的轴：一般淬透性的中碳钢调质；对于高角度和尺寸稳定性和高耐磨性的，调质后要氮化。(3) 同时承受弯曲（或扭转）及拉，压载荷的轴：淬透性较高的中碳钢，调质。3. 典型轴选材举例（1）机床主轴选材以C620车床主轴为例进行选材。该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合力学性能即可满足要求。但大端的轴颈、椎孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。 根据以上分析，车床主轴可选用45（40Cr）钢。热处理为调质处理，HB220~250；轴颈和椎孔进行表面淬火，HRC52。工艺路线为： （2）内燃机曲轴选材内燃机曲轴选材原则主要根据内燃机的类型、功率大小、转 速高低和相应轴承材料等项条件而定，同时也需考虑加工条 件、生产批量和热处理工艺及制造成本。由于在滚动轴承中工作，要求轴颈部有较高的硬度和耐磨性。 通常可选用QT700—2 ，其工艺路线如下：铸造----高温正火----高温回火----切削加工----轮颈气体渗氮锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表淬及低温回火→磨削 三、弹簧类零件的选材1. 弹簧的工作条件、失效形式及性能要求（1）工作条件1）弹簧在外力作用下，压缩、拉伸、扭转时材料将承受弯曲应力 或扭转应力。2）缓冲、减震或复原用的弹簧，承受交变应力和冲击载荷的作用3）某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用（2）主要失效形式1）塑性变形2）疲劳断裂3）快速脆性断裂4）在腐蚀介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效；高温下使 用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。 （3）对弹簧用材性能要求1）高的弹性极限和屈强比（σs/σb）2）高的疲劳强度3）好的材质和表面质量4）某些弹簧需要良好的耐蚀性和耐热性2. 弹簧零件的选材弹簧种类很多，载荷大小相差悬殊，使用条件和环境个不相同。在实际生产中多选用弹性极限高的金属材料来制造。3. 典型弹簧选材举例（1）汽车板簧（2）火车螺旋弹簧 （1）汽车板簧汽车板簧用于减震和缓冲，承受很大的