12 工程材料的选用与典型零件的工艺路线分析.ppt

12 工程材料的选用与典型零件的工艺路线分析 12.1 选择材料的一般原则和过程 12.2 典型零件选材及工艺路线 12.1 选择材料的一般原则及过程 选材的动机 —— 开发新产品、产品的改进和更新换代。 选材原则 　　使用 、工艺性能 　　经济性 　　环境与资源原则 1.材料的使用性能 —— 首要原则 零件失效类型 　　变形 —— 弹、塑性变形。 　　断裂 —— 脆、塑性，疲劳断裂。 　　表面损伤 —— 磨损、腐蚀等。 零件失效的原因 —— 设计、材料、加工、安装和使用。 2.工艺性能 —— 铸、锻、焊、机加工、热处理 金属材料的加工工艺路线： 性能要求不高的一般零件 —— 毛坯 → 正火或退火 → 切削加工 性能要求较高的零件（轴、齿轮等） 　　毛坯 → 预先热处理（正火、退火）→ 粗加工 　　　　　→ 最终热处理（淬火＋回火，时效，渗C等）→精加工 要求较高的精密零件（精密丝杠、镗床主轴等） 　　毛坯 → 预先热处理 → 粗加工 → 最终热处理 → 半精加工→ 时效（或 N化）→ 精加工 → 时效 3.经济性 —— 根本原则 产品成本分析 基本材料的成本（价格、利用率）—— 占总成本的30~70% 　制造（加工）成本 —— 约占零件成本的30% 　加工成本 = 工具与设备费用 + 每件产品成本 × 生产批量 4.环境与资源原则 —— 贯穿材料生产、使用、废弃的全过程 （１）减少材料使用量、延长零件寿命、材料再利用。 　　重要金属的世界储量　 （２）环境污染小 　　废气排放少 　　材料回收及降解 12.2 典型零件选材及工艺路线 1.齿轮类零件的选材 性能要求 —— 齿面硬度（决定弯曲、接触疲劳强度，耐磨性） 　　　　　　　强度，韧性。 选材 　　调质钢（如机床齿轮) —— 调质 + 表面淬火 + 低温回火 　　渗碳钢 （如汽车齿轮）—— 硬度、韧性高。 实例 —— 载重汽车变速箱齿轮 　性能指标 ——σb1000MPa，aKU2≥50J ，齿面硬度≥HRC55 。 　选材 —— 20CrMnTi，σb 1080MPa ， aKU2≥ 55J，齿面HRC≥58~63 。 　最终热处理工艺 —— 930℃渗C + 预冷830℃油淬 + 200℃回火 　最终组织 —— 心部：回火M + F　　齿面：回火M + 碳化物 + A 　工艺路线 —— 锻造→正火→机加工→渗碳、淬火＋低温回火→喷丸→磨削 2.机床主轴的选材 性能要求 —— 强度、塑韧性，疲劳强度，轴颈耐磨性。 　　普通车床（轻载）主轴 —— 45钢调质或正火，轴颈高频表面淬火。 　　铣床（中载）主轴 —— 40Cr等调质，轴颈高频表面淬火。 　　组合机床（重载）主轴 —— 20CrMnTi ，经渗C、淬火、回火处理。 　　精密镗床（高精度）主轴 —— 38CrMoAl ，调质 + 氮化 + 时效。 实例１ —— C620 车床主轴，综合机械性能一般；大端轴颈等部位耐磨性高。 　性能指标 —— 硬度220～250HB，轴颈52HRC 。 　选材 —— 45钢 　热处理工艺 —— 830℃水淬 + 500℃回火 + 轴颈高频淬火 + 200℃回火 　最终组织 —— 心部：回火S　　轴颈表面：回火M 　工艺路线 —— 锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火＋低温回火→磨削 3.内燃机曲轴的选材 性能要求 —— 强度，韧性，弯曲、扭转疲劳强度和刚度，轴颈耐磨性。 选材 —— 调质钢（韧性高）、球墨铸铁。 实例 —— 175A型农用柴油机曲轴 　性能指标 ——σb750MPa，整体硬度240～260HBS，轴颈表面硬度≥625HV (HRC55), δ≥2%, aKU≥150kJ/m2。 　选材 —— QT700-2 　热处理工艺 —— 880~920℃正火 + 500～600℃回火 + 轴颈氮化 　最终组织 —— P + G + 少量F 　工艺路线 —— 铸造→高温正火→高温回火→机加工→轴颈氮化