材料及成形工艺选用培训课程.ppt

第十一章第十一章 机械零件材料的选用机械零件材料的选用n n材料选用的一般原则材料选用的一般原则n n选材的基本过程与失效分析选材的基本过程与失效分析n n典型零件的选材典型零件的选材 第一节第一节 材料选用的一般原则材料选用的一般原则1.1.材料使用性能足够原则材料使用性能足够原则: : 根据零件的工根据零件的工 作条件、损坏作条件、损坏( (或失效或失效) )形式形式 , , 选择满足选择满足 力学性能的材料力学性能的材料2.2.材料工艺性能良好原则材料工艺性能良好原则: :对零件加工生对零件加工生 产有直接的影响产有直接的影响, ,甚至是决定性的甚至是决定性的3.3.材料的经济性合理原则材料的经济性合理原则: :主要是性价比主要是性价比4. 4. 材料、成形工艺和零件结构相适应原则：材料、成形工艺和零件结构相适应原则：在保证使用性能的前提下，兼顾其它因素在保证使用性能的前提下，兼顾其它因素第二节第二节 选材的基本过程与失效分析选材的基本过程与失效分析Ø选择材料的基本过程选择材料的基本过程Ø零件的失效分析零件的失效分析一一.选选择择材材料料的的基基本本过过程程二二.零件的失效分析零件的失效分析1.1.定义定义: : 零件不能正常和安全的工作零件不能正常和安全的工作, , 即零件失效。

即零件失效2.2.原因原因结构或形状设计不合理结构或形状设计不合理材料的选择不合理材料的选择不合理加工工艺不合理加工工艺不合理安装与使用不合理安装与使用不合理3.3.形式形式过量变形失效过量变形失效过量弹性变形过量弹性变形过量塑性变形过量塑性变形断裂失效断裂失效韧性断裂韧性断裂应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂蠕变断裂蠕变断裂疲劳断裂疲劳断裂低应力断裂低应力断裂脆性断裂脆性断裂表面损伤失效表面损伤失效磨损磨损接触疲劳接触疲劳腐蚀腐蚀第三节第三节 典型零件的选材及工艺分析典型零件的选材及工艺分析n n机床主轴机床主轴n n汽车半轴汽车半轴n n机床齿轮机床齿轮n n汽车齿轮汽车齿轮n n机架、箱体类零件机架、箱体类零件一、轴类零件一、轴类零件一、轴类零件一、轴类零件1.1.1.1.轴的工作条件轴的工作条件轴的工作条件轴的工作条件--------轴主要是起支承传动零件并传递扭矩轴主要是起支承传动零件并传递扭矩轴主要是起支承传动零件并传递扭矩轴主要是起支承传动零件并传递扭矩①①①①承受高变扭转载荷、弯曲载荷或拉承受高变扭转载荷、弯曲载荷或拉承受高变扭转载荷、弯曲载荷或拉承受高变扭转载荷、弯曲载荷或拉- - - -压载荷压载荷压载荷压载荷 ；；；；② ② ② ② 局部局部局部局部（轴颈、花键等处）承受磨擦和磨损；（轴颈、花键等处）承受磨擦和磨损；（轴颈、花键等处）承受磨擦和磨损；（轴颈、花键等处）承受磨擦和磨损； ③ ③ ③ ③ 特殊条件下特殊条件下特殊条件下特殊条件下受温度或介质作用。

受温度或介质作用受温度或介质作用受温度或介质作用2. 2. 2. 2. 主要失效方式：主要失效方式：主要失效方式：主要失效方式： 是疲劳断裂和转颈处磨损，有时也发生冲击过载断是疲劳断裂和转颈处磨损，有时也发生冲击过载断是疲劳断裂和转颈处磨损，有时也发生冲击过载断是疲劳断裂和转颈处磨损，有时也发生冲击过载断裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效3. 3. 3. 3. 性能要求：性能要求：性能要求：性能要求：① ① ① ① 高的疲劳强度，防止疲劳断裂；高的疲劳强度，防止疲劳断裂；高的疲劳强度，防止疲劳断裂；高的疲劳强度，防止疲劳断裂；② ② ② ② 优良的综合机械性能，即较高的屈服强度的抗拉强度，优良的综合机械性能，即较高的屈服强度的抗拉强度，优良的综合机械性能，即较高的屈服强度的抗拉强度，优良的综合机械性能，即较高的屈服强度的抗拉强度，较高的韧性，防止塑性变形及过载或冲击载荷下的扭转较高的韧性，防止塑性变形及过载或冲击载荷下的扭转较高的韧性，防止塑性变形及过载或冲击载荷下的扭转较高的韧性，防止塑性变形及过载或冲击载荷下的扭转和折断；和折断；和折断；和折断；③ ③ ③ ③ 局部承受磨擦的部位具有高硬度和耐磨性，防止磨损局部承受磨擦的部位具有高硬度和耐磨性，防止磨损局部承受磨擦的部位具有高硬度和耐磨性，防止磨损局部承受磨擦的部位具有高硬度和耐磨性，防止磨损; ; ; ;④ ④ ④ ④ 在特殊条件下工作的转的材料应具有特殊性能，如蠕在特殊条件下工作的转的材料应具有特殊性能，如蠕在特殊条件下工作的转的材料应具有特殊性能，如蠕在特殊条件下工作的转的材料应具有特殊性能，如蠕变抗力，耐腐蚀性等。

变抗力，耐腐蚀性等变抗力，耐腐蚀性等变抗力，耐腐蚀性等例例1、、C616 – 416车床主轴车床主轴一一) ) 工作条件工作条件: : 1.1.该轴在滚动轴承中运转该轴在滚动轴承中运转 2. 2.承受中等负荷承受中等负荷, ,承受一定的冲击力承受一定的冲击力 3. 3.转速中等转速中等 二二) ) 技术要求技术要求: : 1.1.整体调质后硬度应为整体调质后硬度应为HB200HB200～～230,230,金相组金相组 织为回火索氏体织为回火索氏体 2. 2.内锥孔和外圆锥面处硬度为内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45HRC45～～50,50, 表面表面3 3～～5mm5mm内金相组织为回火屈氏体和内金相组织为回火屈氏体和 少量回火马氏体少量回火马氏体 3. 3.花键部分硬度花键部分硬度HRC48HRC48～～50,50,金相组织同上金相组织同上三三) ) 选材选材: : 4545钢四四) ) 加工工艺路线加工工艺路线: :下料下料 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 半精加工半精加工 钻中心孔钻中心孔 精车加工精车加工 铣键槽铣键槽 局部淬火局部淬火(锥孔及外锥体锥孔及外锥体)粗磨粗磨 滚铣花键滚铣花键 花键淬火花键淬火 精磨精磨 例例2、、YJ – 130汽车半轴汽车半轴一一) ) 工作条件工作条件: : 1.1.该轴在上坡或启动时该轴在上坡或启动时, ,承受较大扭矩。

承受较大扭矩 2. 2.承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力 3. 3.承受反复弯曲疲劳应力承受反复弯曲疲劳应力二二) ) 技术要求技术要求: : 1.1.杆部硬度杆部硬度HRC37HRC37～～44;44;盘部外圆硬度盘部外圆硬度HRCHRC 24 24～～34 ;34 ;金相组织为回火索氏体和回火屈金相组织为回火索氏体和回火屈 氏体 2. 2.弯曲度弯曲度: :杆中部杆中部<1.8mm;<1.8mm;盘部跳动盘部跳动<2.0mm<2.0mm三三) ) 选材选材: :40Cr40Cr、、42CrMo42CrMo、、40CrMnMo40CrMnMo四四) ) 加工工艺路线加工工艺路线: :下料下料 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 半精加工半精加工 精车加工精车加工 盘部钻孔盘部钻孔 磨花键磨花键 二、齿轮类零件二、齿轮类零件二、齿轮类零件二、齿轮类零件（一）齿轮的工作条件：（一）齿轮的工作条件：（一）齿轮的工作条件：（一）齿轮的工作条件： １、传递扭矩，轮齿受弯曲应力；１、传递扭矩，轮齿受弯曲应力；１、传递扭矩，轮齿受弯曲应力；１、传递扭矩，轮齿受弯曲应力； ２、换档、起动时受冲击力；２、换档、起动时受冲击力；２、换档、起动时受冲击力；２、换档、起动时受冲击力； ３、接触压应力，摩擦作用。

３、接触压应力，摩擦作用３、接触压应力，摩擦作用３、接触压应力，摩擦作用二）失效形式：（二）失效形式：（二）失效形式：（二）失效形式： １、疲劳断；１、疲劳断；１、疲劳断；１、疲劳断； ２、齿面磨损；２、齿面磨损；２、齿面磨损；２、齿面磨损； ３、麻点剥落，实质为接触疲劳破坏；３、麻点剥落，实质为接触疲劳破坏；３、麻点剥落，实质为接触疲劳破坏；３、麻点剥落，实质为接触疲劳破坏； ４、过载断裂，扫齿４、过载断裂，扫齿４、过载断裂，扫齿４、过载断裂，扫齿三）性能要求：（三）性能要求：（三）性能要求：（三）性能要求： １、高的１、高的１、高的１、高的бbbбbbбbbбbb，，，，б-1б-1б-1б-1（主要指标）；（主要指标）；（主要指标）；（主要指标）； ２、高的接触疲劳强度和耐磨性；２、高的接触疲劳强度和耐磨性；２、高的接触疲劳强度和耐磨性；２、高的接触疲劳强度和耐磨性； ３、高的强韧性。

３、高的强韧性３、高的强韧性３、高的强韧性 例例1 1、、C616C616机床齿轮机床齿轮一一) ) 工作条件工作条件: : 1.1.工作负荷不太大工作负荷不太大 2. 2.中速运转中速运转(6(6～～10m/s)10m/s)二二) ) 技术要求技术要求: : 1.1.齿面硬度齿面硬度HRC45HRC45～～50,50,金相组织为回金相组织为回 火索氏体火索氏体 2. 2.齿心部硬度齿心部硬度HRC22HRC22～～25,25,金相组织为金相组织为 回火马氏体回火马氏体三三) 选材选材: 40、、45钢四四) 加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 半精加工半精加工 精车加工精车加工 高频淬火高频淬火及低温回火及低温回火 精磨精磨 例例2、、JN – 150型载重汽车变速箱齿轮型载重汽车变速箱齿轮一一) 工作条件工作条件: 1.工作负荷大工作负荷大 2.高速运转高速运转 ( 10～～15m/s以上以上 ) 3.受冲击频繁受冲击频繁,磨损较严重。

磨损较严重二二) 技术要求技术要求: 1.齿面硬度齿面硬度HRC58～～62, 金相组织为回金相组织为回 火马氏体火马氏体+合金碳化物合金碳化物+残余奥氏体残余奥氏体 2.齿心部硬度齿心部硬度HRC35～～45, 金相组织为金相组织为 回火马氏体回火马氏体(低碳低碳)+铁素体铁素体+细珠光体细珠光体三三) 选材选材: 20 CrMnTi 钢四四) 加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 正火正火 机械加工机械加工 渗碳渗碳 淬火淬火 低温回火低温回火 喷丸喷丸 磨齿磨齿 三、机架、箱体类零件三、机架、箱体类零件三、机架、箱体类零件三、机架、箱体类零件 各种机械的机身、底座、支架、横梁、工作各种机械的机身、底座、支架、横梁、工作各种机械的机身、底座、支架、横梁、工作各种机械的机身、底座、支架、横梁、工作台以及齿轮箱、轴承座、阀体、内燃机缸体等，台以及齿轮箱、轴承座、阀体、内燃机缸体等，台以及齿轮箱、轴承座、阀体、内燃机缸体等，台以及齿轮箱、轴承座、阀体、内燃机缸体等，都可视为机架、箱体类零件。

都可视为机架、箱体类零件都可视为机架、箱体类零件都可视为机架、箱体类零件 特点：形状不规则，结构比较复杂并带有内腔，特点：形状不规则，结构比较复杂并带有内腔，特点：形状不规则，结构比较复杂并带有内腔，特点：形状不规则，结构比较复杂并带有内腔，重量从几千克至数十吨，工作条件也相差很大重量从几千克至数十吨，工作条件也相差很大重量从几千克至数十吨，工作条件也相差很大重量从几千克至数十吨，工作条件也相差很大 一般的基础零件，如机身、底座等，主要起支一般的基础零件，如机身、底座等，主要起支一般的基础零件，如机身、底座等，主要起支一般的基础零件，如机身、底座等，主要起支承和连接机床各部件的作用，属非运动零件，以承和连接机床各部件的作用，属非运动零件，以承和连接机床各部件的作用，属非运动零件，以承和连接机床各部件的作用，属非运动零件，以承受压应力和弯曲力为主，为保证工作的稳定性，承受压应力和弯曲力为主，为保证工作的稳定性，承受压应力和弯曲力为主，为保证工作的稳定性，承受压应力和弯曲力为主，为保证工作的稳定性，应有较好的刚度和减振性工作台和导轨等零件，应有较好的刚度和减振性。

工作台和导轨等零件，应有较好的刚度和减振性工作台和导轨等零件，应有较好的刚度和减振性工作台和导轨等零件，则要求有较好的耐磨性则要求有较好的耐磨性则要求有较好的耐磨性则要求有较好的耐磨性n n这类零件一般受力不大，但要求有良好的刚度和密封性，在这类零件一般受力不大，但要求有良好的刚度和密封性，在这类零件一般受力不大，但要求有良好的刚度和密封性，在这类零件一般受力不大，但要求有良好的刚度和密封性，在多数情况选用灰铸铁进行铸造成形少数重型机械，如轧钢机、多数情况选用灰铸铁进行铸造成形少数重型机械，如轧钢机、多数情况选用灰铸铁进行铸造成形少数重型机械，如轧钢机、多数情况选用灰铸铁进行铸造成形少数重型机械，如轧钢机、大型锻压机械的机身，可选用中碳铸钢件或合金铸钢件，个别大型锻压机械的机身，可选用中碳铸钢件或合金铸钢件，个别大型锻压机械的机身，可选用中碳铸钢件或合金铸钢件，个别大型锻压机械的机身，可选用中碳铸钢件或合金铸钢件，个别特大型的还可采用铸钢特大型的还可采用铸钢特大型的还可采用铸钢特大型的还可采用铸钢——焊接联合结构焊接联合结构焊接联合结构焊接联合结构n n一些受力较大、要求高强度、高韧性，甚至在高温下工作的一些受力较大、要求高强度、高韧性，甚至在高温下工作的一些受力较大、要求高强度、高韧性，甚至在高温下工作的一些受力较大、要求高强度、高韧性，甚至在高温下工作的零件，如汽轮机机壳，选用铸钢。

零件，如汽轮机机壳，选用铸钢零件，如汽轮机机壳，选用铸钢零件，如汽轮机机壳，选用铸钢n n一些受力不大，且主要是承受静力，不受冲击，这类箱体可一些受力不大，且主要是承受静力，不受冲击，这类箱体可一些受力不大，且主要是承受静力，不受冲击，这类箱体可一些受力不大，且主要是承受静力，不受冲击，这类箱体可选用灰铸铁，如零件在服役时有摩擦、磨损发生，应选用珠光选用灰铸铁，如零件在服役时有摩擦、磨损发生，应选用珠光选用灰铸铁，如零件在服役时有摩擦、磨损发生，应选用珠光选用灰铸铁，如零件在服役时有摩擦、磨损发生，应选用珠光体基体的灰铸铁体基体的灰铸铁体基体的灰铸铁体基体的灰铸铁n n 受力不大，要求自重轻，或要求导热好，可选用铸造铝合金受力不大，要求自重轻，或要求导热好，可选用铸造铝合金受力不大，要求自重轻，或要求导热好，可选用铸造铝合金受力不大，要求自重轻，或要求导热好，可选用铸造铝合金n n受力很小，要求自重轻等，可选用工程塑料受力很小，要求自重轻等，可选用工程塑料受力很小，要求自重轻等，可选用工程塑料受力很小，要求自重轻等，可选用工程塑料n n受力较大，但形状简单，可选用型钢焊接而成受力较大，但形状简单，可选用型钢焊接而成受力较大，但形状简单，可选用型钢焊接而成受力较大，但形状简单，可选用型钢焊接而成. .。