機械工程材料

1、第10章 常用機械工程材料的選用,10.1 機械零件的失效與分析 10.2 材料選擇的一般原則、方法和步驟 10.3 典型零件的材料選擇,第10章 常用機械工程材料的選用,10.1.1 失效的概念所謂失效，就是指機械零件在使用過程中由于尺寸、形狀或材料組織與性能發(fā)生變化而喪失原設計功能，失去正常條件下所應具有的工作能力的現(xiàn)象。 零件失效一般分為下列三種情況： （1）完全破壞，不能繼續(xù)工作； （2）嚴重損傷，繼

2、續(xù)工作不安全； （3）輕微損壞，能安全地工作，但已達不到預定的精度或功能。,,10.1 機械零件的失效與分析,產(chǎn)品失效的后果 引發(fā)事故，甚至重大的或災難性的事故，造成危害，甚至生命財產(chǎn)的巨大損失（直接經(jīng)濟損失與間接經(jīng)濟損失）。,直接經(jīng)濟損失,泰坦尼克號郵輪與冰山相撞而傾覆；飛機失事；焊接輪船在低溫航行時的斷裂；北歐焊接鋼橋在寒冷冬季無人無車通過時突然坍塌；,據(jù)美國1982年統(tǒng)計，因機械零件斷裂、腐蝕和磨損失效，每

3、年造成的經(jīng)濟損失達3400億美元，其中斷裂失效造成的損失約為1190億美元（占1/3）。,1979年9月7日，我國某工廠氯氣車間的液氯瓶爆炸，使10噸氯液（5.12地震期間有一化工廠氯液泄露，造成恐慌）外溢擴散，波及范圍達7.35km2，致使59人死亡，779人中毒，直接經(jīng)濟損失達63萬元。,某鋼鐵廠軋機的人字齒輪軸失效。修復軋機并不需巨款，而停產(chǎn)期間造成的間接經(jīng)濟損失卻高達400余萬元。,第10章 常用機械工程材料的選用,10.1.2

4、 機械零件失效的形式 1. 斷裂失效 斷裂失效是指機械零件在工作過程中由于應力的作用發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象。 （1）塑性斷裂 塑性斷裂是指零件承載截面上所受的應力超過了零件材料的屈服強度，產(chǎn)生塑性變形，直至發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。,,,韌性（塑性）斷裂實物,韌性斷裂斷口（韌窩）,第10章 常用機械工程材料的選用,（2）疲勞斷裂 疲勞斷裂是指零件在交變循環(huán)應力多次作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 疲勞斷裂的主要特點是：①引起疲勞斷裂的應力較低，

5、一般大大低于材料的屈服強度；②斷裂前沒有明顯的宏觀塑性變形，在沒有預兆的情況下突然發(fā)生斷裂。,,,疲勞斷裂實物 疲勞斷裂顯微形貌,第10章 常用機械工程材料的選用,（3）低應力脆性斷裂 低應力脆性斷裂是指零件在所受應力遠低于材料屈服強度時發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。脆性斷裂往往會帶來災難性的后果，是最危險的零件失效形式。特別實在低溫或沖擊載荷作用下容易發(fā)生。,,,脆性斷裂斷口

6、(解理花樣) 沿晶斷口(冰糖花樣),（4）蠕變斷裂 蠕變是指金屬材料在較高溫度下（再結晶溫度以上），在低于屈服點的應力的作用下，緩慢地產(chǎn)生塑性變形，且變量隨著時間的延長而增加的現(xiàn)象。零件由蠕變而引起的斷裂稱為蠕變斷裂。,蠕變斷裂,第10章 常用機械工程材料的選用,2. 過量變形失效 過量變形失效是指機械零件在工作中受到外力作用，發(fā)生過量的彈性變形或塑性變形而失效的現(xiàn)象。 （1）過量彈性變形失效 零件在工作時發(fā)生過量的

7、彈性變形而造成的失效。 過大的彈性畸變量會造成軸上嚙合零件的嚴重偏載，嚙合失常，甚至咬死，導致傳動失效,,,（2）過量塑性變形失效 當受力超過了材料的屈服強度時，零件就會發(fā)生塑性變形。,鋼結構房梁承載過重發(fā)生塑性變形彎曲，導致倒塌；螺栓嚴重過載被拉長，失去緊固作用。,（3）高溫蠕變 機械零件在高溫下承受載荷作用，在屈服點的應力作用下緩慢發(fā)生塑性變形而導致失效。,第10章 常用機械工程材料的選用,3. 表面損傷失效 表面損傷失效

8、是指機械零件在工作中，由于機械力或化學腐蝕的作用，使其工作表面產(chǎn)生磨損、疲勞點蝕、腐蝕等損傷的現(xiàn)象。 根據(jù)損傷形式的不同，表面損傷失效一般分為磨損失效、表面疲勞失效和腐蝕失效三大類。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,（1）磨損失效 磨損失效是指在機械力的作用下，相對運動的零件表面之間發(fā)生摩擦，材料以細屑的形式逐漸磨耗，使零件的表面材料不斷損失，從而導致零件最終失效的一種形式。磨損最常見的有磨粒磨損和黏著磨損兩種主要類型。,,

9、,活塞環(huán)與缸套之間的摩擦,第10章 常用機械工程材料的選用,①磨粒磨損 在零件相對摩擦時，由于硬質(zhì)顆粒對金屬表面的切削作用，造成被磨表面產(chǎn)生溝槽，磨面材料逐漸耗損的一種磨損。,,,磨粒磨損示意圖,磨粒磨損磨痕,②黏著磨損 在零件相對摩擦時，其表面微小的凸起部分，在壓力和摩擦熱的作用下發(fā)生焊合或黏著，當零件繼續(xù)運動時，黏著部分又被撕開，使材料從一個表面轉移到另一個表面所造成的表面磨損。黏著磨損又稱咬合磨損。,粘著磨損示意圖,粘著磨損磨

10、痕,第10章 常用機械工程材料的選用,（2）表面疲勞失效 (接觸疲勞)表面疲勞失效是指相對滾動接觸的零件，在工作過程中，由于交變接觸應力的長期作用，使表層材料發(fā)生疲勞破壞而剝落的現(xiàn)象，又稱疲勞點蝕。 采用表面淬火或化學熱處理的方法，并使表面硬化層有一定的深度，提高零件的疲勞強度和表面硬度，可有效地提高零件的抗表面接觸疲勞能力。,,第10章 常用機械工程材料的選用,（3）腐蝕失效 腐蝕失效是指零件表面由于和周圍介質(zhì)發(fā)生化學或電化學反

11、應引起表面損傷的現(xiàn)象。它與材料本身的成分、結構和組織有關，也與介質(zhì)的性質(zhì)密切相關。同樣的材料在不同的介質(zhì)中，往往性能表現(xiàn)差異極大，如黃銅在海水和大氣中具有良好的耐蝕性，但在含氨的環(huán)境中卻極易腐蝕。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,10.1.3 機械零件失效的原因與分析方法1. 零件失效的原因 （1）結構設計方面 零件的整體結構設計不合理，薄弱區(qū)域未得到有效的加強，造成零件在工作中承載能力不足。零件的局部結構、形狀和

12、尺寸設計不合理，存在尖角、尖銳缺口和過小的過渡圓角等缺陷，往往是產(chǎn)生應力集中的重要原因。對零件的實際工作條件（零件工作時所處的溫度及介質(zhì)等環(huán)境的變化等）估計不足，使得零件在工作中安全系數(shù)較低，抗過載能力過低。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,（2）材料選擇方面 在選擇材料時只注意了材料的部分常規(guī)性能指標，而對零件的失效形式、實際性能指標要求的判斷存在較大的偏差，造成選材錯誤。對產(chǎn)品本身的工作條件、性能特點理解不深，照搬同類產(chǎn)

13、品的材料和處理工藝，忽略了產(chǎn)品間的差異，造成選材不當。選用的材料質(zhì)量差，含有夾雜物、雜質(zhì)元素或不良組織，使得零件達不到應有的性能指標。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,（3）加工工藝方面 在零件加工和成形過程中，由于采用的工藝方法和工藝參數(shù)不正確，使零件產(chǎn)生各種各樣的缺陷，最終導致零件失效。,,,如零件在機械加工過程中，表面粗糙度值過大、刀痕紋路較深或磨削時產(chǎn)生較高的殘余應力或裂紋；熱處理的氧化和脫碳、變形和開裂、回火不足等

14、；鑄件中氣孔、疏松、夾雜甚至裂紋；鍛造或軋制過程中產(chǎn)生的過熱、過燒等。,第10章 常用機械工程材料的選用,（4）裝配安裝使用方面 零件裝配工藝或操作不當，零件裝配或配合過緊、過松，或者機器安裝時對中不準、固定不緊、潤滑不良等都可造成失效。在使用過程中，由于操作、維護、保養(yǎng)不當，或不按要求違規(guī)使用，均由可能使零件失效。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,2. 零件失效分析的方法 （1）收集證據(jù)； （2）調(diào)查經(jīng)過； （3）查閱

15、資料、整理分析； （4）試驗分析（斷口分析、組織結構分析、力學性能分析）；（5）綜合分析。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,,10.2 材料選擇的一般原則、方法和步驟,1. 材料的使用性能 材料的使用性能是指零件在工作時材料應具有的力學性能、物理性能和化學性能。 材料的使用性能是材料選擇時最主要的依據(jù)，其要求是根據(jù)零件的工作條件和失效形式提出的。,☆ ：重點內(nèi)容,10.2.1 材料選擇的一般原則,第10章 常用機械工程

16、材料的選用,零件的工作條件主要包括三個方面： （1）受力狀態(tài) （2）工作環(huán)境 （3）特殊要求,,,第10章 常用機械工程材料的選用,2. 材料的工藝性能 材料的工藝性能是指材料加工成形的難易程度。（1）鑄造性能 金屬材料的鑄造性能一般從流動性、收縮性、偏析傾向等方面進行綜合評定。鑄造性能好的材料通常具有流動性好、收縮率低和偏析傾向小的特點。 在常用的鑄造合金中，鑄造鋁合金和銅合金的鑄造性能較好，其次是鑄鐵，鑄鋼的鑄造性能

17、較差。在各種鑄鐵中，又以灰鑄鐵的鑄造性能最好。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,（2）壓力加工性能 壓力加工性能主要包括鍛造性能、冷沖壓性能等，通常用材料的塑性和變形抗力來衡量。材料的塑性越好，變形抗力越小，則其壓力加工性能也越好。 一般來說，純金屬的壓力加工性能優(yōu)于其合金，單相固溶體優(yōu)于多相合金，低碳鋼優(yōu)于高碳鋼，非合金鋼優(yōu)于合金鋼。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,（3）焊接性能 焊接性能一般用焊接接頭的力學性能

18、和焊縫處形成裂紋、脆性和氣孔的傾向來衡量。低碳鋼、低合金結構鋼具有良好的焊接性能。中碳鋼的焊接性能有所下降。鑄鐵由于碳的質(zhì)量分數(shù)大，焊接時產(chǎn)生裂紋的傾向較大，焊縫處易形成白口組織。銅合金和鋁合金的導熱性高，焊接時裂紋傾向大，易產(chǎn)生氧化、氣孔等缺陷，焊接性能較差，需采用氬弧焊工藝進行焊接。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,（4）切削加工性能 切削加工性能一般從切削速度、切削抗力、零件表面粗糙度、斷屑能力以及刀具磨損量等方面

19、來評價。鋁、鎂、銅合金和易切削鋼的切削加工性能較好，其次是碳鋼和鑄鐵，鈦合金、高溫合金、奧氏體不銹鋼等材料的切削加工性能則較差。,,第10章 常用機械工程材料的選用,（5）熱處理工藝性能 熱處理工藝性能主要包括淬透性、淬硬性、變形開裂傾向、氧化脫碳傾向、過熱敏感性、回火脆性和回火穩(wěn)定性等。 材料的選擇和熱處理工藝的制定往往是同時進行、綜合考慮的結果。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,3. 材料的經(jīng)濟性 （1）材料的價格

20、（2）零件的加工費用 （3）使用維修成本 （4）資源供應狀況,,,碳鋼、鑄鐵價格較低，加工方便,低合金高強度結構鋼價格低于合金鋼,有色金屬、鉻鎳不銹鋼、高速工具鋼價格高,盡量使用簡單設備、減少加工工序數(shù)量、采用少切削或無切削加工等措施，以降低加工費用。,加工過程復雜的零件和使用周期長的工模具，采用價格較高的合金鋼或硬質(zhì)合金代替碳鋼,所用材料應該顧及我國的資源狀況,第10章 常用機械工程材料的選用,10.2.2 材料選擇的方法與步

21、驟1. 材料選擇的方法 （1）以綜合力學性能為主 要求材料具有良好的綜合力學性能，即材料的強度和疲勞極限要高，同時還要有較好的塑性與韌性。常選用中碳鋼或中碳合金鋼，正火或調(diào)質(zhì)處理后使用，其中最常用的是45鋼和40Cr鋼。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,（2）以疲勞強度為主選材時應重點考慮材料的抗疲勞性能。通常，材料的強度越高，其疲勞強度也越高；調(diào)質(zhì)處理比正火和退火組織具有更高的疲勞強度。,,,（3）以磨損為主 ①磨擦

22、劇烈，但受力較小，無大的沖擊載荷的零件，如鉆套、頂尖、量具等。對塑性和韌性要求不高，通常選用高碳鋼或高碳合金鋼，進行淬火+低溫回火處理，得到高硬度的回火馬氏體和碳化物組織，就可以滿足使用要求。,第10章 常用機械工程材料的選用,②同時承受磨損和交變載荷，以及一定的沖擊載荷的零件，要求材料表面具有較高的耐磨性，同時還要有較高的強度、塑性和韌性。 材料本身應具有良好的綜合力學性能，還要能通過表面熱處理等強化方法提高其表面耐磨性。 ③要

23、求具有小的摩擦系數(shù)的零件，如滑動軸承、軸套等，可采用軸承合金、減磨鑄鐵、工程塑料等材料制造。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,（4）以特殊性能為主 對于特殊條件下工作的零件，主要應考慮材料的特殊性能。如在高溫下工作并承受較大載荷的零件，一般選用熱強鋼或高溫合金；而受力不大的零件則可考慮采用耐熱鑄鐵制造。對于在腐蝕性介質(zhì)中工作的零件，主要應考慮其對相應介質(zhì)的耐蝕能力。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,2. 材料選擇的步驟

24、（1）分析零件的工作條件和失效形式，明確零件材料的主要性能要求。 （2）對同類產(chǎn)品的材料選用情況進行調(diào)研，從各個方面進行綜合分析評價。 （3）查閱有關設計手冊，通過相應的計算，確定零件應有的各種性能指標。 （4）初步選擇具體的零件牌號，并決定熱處理工藝和其他強化方法。 （5）根據(jù)試驗結果，最終確定材料和熱處理工藝。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,,10.3 典型零件的材料選擇,10.3.1 軸類零件 1. 工

25、作條件和失效形式 （1）承受交變的彎曲載荷和扭轉載荷的復合作用，易導致疲勞斷裂。 （2）承受過載和沖擊載荷，易導致軸產(chǎn)生過量變形，甚至斷裂。 （3）軸頸或花鍵處承受局部摩擦和磨損，易導致磨損失效。,☆ 重點內(nèi)容,第10章 常用機械工程材料的選用,2. 材料應具備的性能 （1）良好的綜合力學性能，即具有足夠的強度和一定的塑韌性，防止過量變形和斷裂。（2）高的疲勞強度，防止疲勞斷裂。（3）高的表面硬度和耐磨性，防止軸頸等處磨損

26、。（4）在高溫條件下、或腐蝕性介質(zhì)中，還要求有高的抗蠕變能力和耐腐蝕性能。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,3. 材料選擇與工藝路線 （1）材料選擇 ① 載荷不大或不重要的軸，常選用Q235、Q275等碳素結構鋼，不經(jīng)熱處理直接使用。 ② 承受一定的彎曲載荷和扭轉載荷的軸，一般選用35、40、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理，并對有耐磨性要求的部分進行表面淬火處理。 ③ 載荷較大、截面較大或承受一定沖擊載荷的

27、軸，可選用40Cr、35CrMo和40CrNiMo等合金調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，并對有耐磨性要求的部分進行表面淬火處理。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,④ 耐磨性要求較高、承受較大沖擊載荷的軸，可選用20Cr、20CrMnTi等合金滲碳鋼，經(jīng)滲碳、淬火、回火處理后使用。 ⑤ 要求精度高、尺寸穩(wěn)定性好、耐磨性好的軸，可選用38CrMoAlA鋼，進行調(diào)質(zhì)處理和氮化處理后使用。 ⑥對于形狀復雜的軸，如曲軸，可采用QT600-3、QT7

28、00-2等球墨鑄鐵制造。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,（2）工藝路線 ①中碳結構鋼或合金結構鋼主軸工藝路線： 下料→鍛造→正火或退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火+回火→粗磨→低溫回火→精磨。 ②合金滲碳鋼主軸工藝路線： 下料→鍛造→正火→精車→滲碳、淬火+低溫回火→粗磨→低溫回火→精磨。 ③氮化鋼主軸工藝路線： 下料→鍛造→退火→粗車→調(diào)質(zhì)→精車→低溫回火→粗磨→氮化→精磨。,,,,第10章 常用機械工程材料的

29、選用,,,4. 軸類零件選材舉例 （1）機床主軸的選材 機床主軸一般承受中等的扭轉和彎曲復合載荷，轉速中等并承受一定的沖擊載荷，局部表面承受摩擦和磨損，因而要求其材料應具有優(yōu)良的綜合機械性能和良好的抗疲勞性能。機床主軸常選用45鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，軸頸等處再進行局部表面淬火，載荷較大時可選用40Cr等合金鋼制造。,第10章 常用機械工程材料的選用,某機床主軸主要承受交變的彎曲載荷和扭轉載荷的復合作用，其載荷不大、轉速不高，有時受

30、到不大的沖擊載荷作用，具有一般的綜合力學性能即可滿足使用要求。其大端的內(nèi)錐孔和外錐體在與頂尖和卡盤的裝卸過程中有相對摩擦，花鍵部位與齒輪有相對滑動，為了防止這些部位表面磨損和劃傷，要求有較高的硬度和耐磨性。,,,,第10章 常用機械工程材料的選用,該主軸可選用45鋼制造。熱處理工藝為整體調(diào)質(zhì)處理，硬度為220～250HBS；內(nèi)錐孔和外錐體局部淬火，硬度為45～50HRC；花鍵部位高頻淬火，硬度為48～53HRC。 其加工工藝路線如下

31、： 下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工(除花鍵外)→局部淬火+回火(內(nèi)錐孔和外錐體)→粗磨(外圓、外錐體和內(nèi)錐孔)→銑花鍵+花鍵高頻淬火+低溫回火→精磨(外圓、外錐體和內(nèi)錐孔)。,,,,第10章 常用機械工程材料的選用,①正火：消除鍛造應力，并得到合適的硬度（180～220HBS），便于切削加工。同時也改善鍛造組織，為調(diào)質(zhì)處理做準備。 ②調(diào)質(zhì)：調(diào)質(zhì)處理后組織為回火索氏體，硬度為220～250HBS，使主軸得到良好的綜合力學性能

32、和疲勞強度。 ③局部淬火：內(nèi)錐孔和外錐體采用鹽浴快速加熱局部淬火，經(jīng)回火后達到所要求的硬度，可提高其耐磨性，保證裝配精度。 ④高頻淬火+回火：花鍵部位采用高頻淬火，變形較小，經(jīng)回火后達到所要求的表面硬度。,,,,第10章 常用機械工程材料的選用,（2）內(nèi)燃機曲軸的選材 曲軸的主要失效形式是疲勞斷裂和軸頸磨損。疲勞斷裂有彎曲疲勞和扭轉疲勞斷裂兩種形式，磨損則以軸頸表面最為嚴重。 曲軸材料主要應具有如下的性能： ①具有高的強度和一

33、定的韌性。 ②具有高的彎曲、扭轉疲勞強度和足夠的剛度。 ③軸頸表面要具有高的硬度和耐磨性。,,,,第10章 常用機械工程材料的選用,鍛鋼曲軸： 下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→局部表面淬火+低溫回火(軸頸)→精磨。 ①正火：消除鍛造應力，得到合適的硬度，同時改善組織，并為調(diào)質(zhì)做組織準備。 ②調(diào)質(zhì)：獲得回火索氏體組織，使主軸具有良好的綜合力學性能和疲勞強度。調(diào)質(zhì)后硬度適中，切削加工性能良好。 ③局部表面淬火：軸頸處

34、采用中頻淬火，提高表面硬度和耐磨性，獲得較深的硬化層。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,,,,鑄造曲軸： 球墨鑄鐵具有鑄造性能好、減磨、吸振性能優(yōu)良、缺口敏感性小等優(yōu)點，廣泛應用于曲軸的鑄造，常用的材料有QT600-3、QT700-2等。,第10章 常用機械工程材料的選用,,,,其加工工藝路線如下： 鑄造毛坯→高溫正火→高溫回火→切削加工→軸頸氣體氮化→精磨。 ①正火：采用950℃高溫正火工藝，獲得細珠光體基體組織，以提高其

35、強度、硬度和耐磨性。 ②高溫回火：采用560℃高溫回火工藝，消除正火時產(chǎn)生的內(nèi)應力。 ③氮化(570℃)：對軸頸處采用570℃的氣體滲氮工藝，以提高軸頸表面硬度和耐磨性。,第10章 常用機械工程材料的選用,10.3.2 齒輪類零件 1. 工作條件和失效形式 （1）由于傳遞扭矩，齒根承受較大的交變彎曲應力，易導致齒根部位發(fā)生疲勞斷裂。 （2）齒面相互滾動和滑動，承受很大的接觸壓應力和摩擦力，易產(chǎn)生齒面磨損和齒面接觸疲

36、勞破壞。 （3）換擋、啟動或嚙合不均時，輪齒承受一定沖擊載荷，易使齒面產(chǎn)生塑性變形。 （4）瞬時過載、潤滑油腐蝕和外部硬質(zhì)顆粒的侵入，齒輪的工作條件更加惡化，易造成輪齒折斷、齒面腐蝕、磨損加劇等破壞。,,,第10章 常用機械工程材料的選用,,,,2. 材料應具備的性能 （1）高的彎曲疲勞強度，以防輪齒疲勞斷裂。 （2）齒面具有高的接觸疲勞強度、高的硬度和耐磨性，以防疲勞點蝕和齒面過量磨損。 （3）齒輪心部具要有足夠的強度和韌性

37、，防止輪齒因過載而斷裂。 （4）良好的工藝性能，如切削加工性好、熱處理變形小且變形有一定規(guī)律、淬透性好等，保證齒輪的加工精度和質(zhì)量。,第10章 常用機械工程材料的選用,,,,3. 材料選擇與工藝路線 （1）調(diào)質(zhì)鋼 工藝路線一般為鍛造毛坯經(jīng)粗加工后進行調(diào)質(zhì)或正火處理，再經(jīng)精加工后進行表面淬火和低溫回火。 （2）滲碳鋼 工藝路線一般為鍛造毛坯經(jīng)正火處理后進行精加工，然后進行滲碳、淬火+低溫回火處理，表面具有很高的硬度和耐磨性，心部

38、具有良好的韌性，其齒面接觸疲勞強度和耐磨性、齒根彎曲疲勞強度和心部強度和沖擊韌性均優(yōu)于表面淬火齒輪。,第10章 常用機械工程材料的選用,,,,（3）鑄鋼和鑄鐵 鑄鋼的工藝路線一般為鑄造毛坯先正火處理，經(jīng)切削加工后進行表面淬火和低溫回火。 鑄鐵的工藝路線一般為鑄造毛坯先退火或正火處理，經(jīng)切削加工后進行表面淬火和低溫回火。 （4）非鐵金屬 （5）工程塑料,第10章 常用機械工程材料的選用,,,,4. 齒輪類零件選材舉例 （1）機床

39、齒輪的選材 某機床變速箱齒輪，采用45鋼制造，其加工工藝路線如下：下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→高頻淬火+低溫回火→精磨。,第10章 常用機械工程材料的選用,,,,①正火：消除鍛造應力，使組織均勻并細化，得到合適的硬度，便于切削加工。正火后材料具有一定的綜合力學性能，對于一般用途的齒輪，可省略調(diào)質(zhì)處理。 ②調(diào)質(zhì)：獲得回火索氏體組織，使齒輪心部具有良好的綜合力學性能，使齒輪能承受較大的交變彎曲載荷和沖擊載荷。 ③高頻淬火

40、和低溫回火：高頻淬火可提高齒輪表面硬度，從而提高耐磨性和點蝕疲勞抗力；使齒輪表面具有一定的殘余壓應力，以進一步提高疲勞強度。低溫回火可消除淬火應力，防止磨削裂紋的產(chǎn)生，提高抗沖擊能力。,第10章 常用機械工程材料的選用,,,,（2）汽車齒輪的選材 如某汽車變速箱齒輪，采用20CrMnTi鋼制造，其加工工藝路線如下： 下料→鍛造→正火→切削加工→滲碳、淬火+低溫回火→噴丸處理→精磨。,第10章 常用機械工程材料的選用,,,,熱處理工藝

41、分析： ①正火 消除鍛造應力，均勻和細化組織，降低硬度，改善切削加工性能。 ②滲碳、淬火+低溫回火 滲碳、淬火+低溫回火處理后，滲碳層深度為1.2～1.6mm，表面碳的質(zhì)量分數(shù)為0.8～1.1％，表面硬度為58～62HRC，心部硬度為30～45HRC，這樣齒面具有高硬度和高耐磨性，而心部具有較高的強度和足夠的韌性。,有一載重汽車的變速箱齒輪，使用中受到一定的沖擊，負載較重，齒表面要求耐磨，硬度為58～62HRC，齒心部硬度為30

42、～45HRC，其余力學性能要求為σb＞1000MPa，σOF≥600MPa，AK ＞48J。試從所給材料中選擇制造該齒輪的合適鋼種(35、45 、20CrMnTi 、38CrMoAl 、T12)。其工藝流程如下：下料→鍛造→正火→機加工→滲碳→淬火→低溫回火→噴丸→磨齒。試分析熱處理工藝的作用。并指出使用狀態(tài)的組織。,思考？,正火:消除鍛造應力,改善切削加工性,同時均勻組織,細化晶粒,為后續(xù)熱處理作組織準備。滲C:為了保證齒輪表層

43、的含碳量及滲碳層深度的要求。淬火＋低溫回火目的：提高表面的硬度和耐磨性，而心部具有足夠的韌性，其中低溫回火的作用是消除淬火應力及減少脆性。表層組織為高碳馬氏體(M回)+ Fe3C+ A′，心部組織為低碳馬氏體(M回)+ F。,第10章 常用機械工程材料的選用,10.3.3 箱體類零件,,,箱體類零件大多形狀結構復雜、體積較大、壁厚較薄，所以一般采用鑄造方法生產(chǎn)。根據(jù)其工作條件的不同，可選用灰鑄鐵、鑄鋼、鑄造鋁合金等材料制造。

44、（1）灰鑄鐵：對于載荷不大、工作平穩(wěn)的箱體，可選用灰鑄鐵 ，如HT150、HT200等。若與其他零件有相對運動，存在摩擦和磨損的，則應選用抗拉強度較高的灰鑄鐵HT250 或孕育鑄鐵HT300 、HT350 等。加工工藝路線一般為：鑄造毛坯→去應力退火→劃線→切削加工。,第10章 常用機械工程材料的選用,,,,（2）鑄鋼：對于載荷較大、要求高強度、高韌性，或在高溫高壓下工作的箱體，應選用鑄鋼，如ZG230-450、ZG310-570等

45、。 （3）鑄造鋁合金：對于載荷不大，要求重量輕且熱導性好的小型箱體，如摩托車發(fā)動機曲軸箱、汽缸頭等，可選用鑄造鋁合金，如 ZL105、ZL201等。 （4）工程塑料：對于載荷很小，有一定的耐磨、耐蝕要求，重量輕的箱體零件，可選用工程塑料，如ABS、尼龍、有機玻璃等。,第10章 常用機械工程材料的選用,,,,（5）結構鋼：對于載荷較大、并承受較大沖擊載荷，或單件生產(chǎn)的箱體零件，可采用焊接結構，如選用焊接性能良好的普通碳素結構鋼Q235