7.2典型机械零件的选材讲稿.ppt

【例题7-2】 有一载重汽车变速箱齿轮，使用中受一定冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～63HRC，齿心部硬度33～45HRC，其余力学性能要求为:Rm ≥1000Mpa ,R-1≥440Mpa , a K ≥95J/cm2 。试从“例题7—1”所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种，制订工艺流程，分析每步热处理的目的及其组织。 1.分析： 此载重汽车变速箱齿轮在工作时负荷较重，每个齿受交变弯矩作用，因此要有高强度和高疲劳强度。齿轮受较大冲击，故要求有高冲击韧度。齿表面为防止磨损，要求具有高硬度和高耐磨性（５８～６３HRC）。每个齿除受较大弯矩外，齿表面还承受较大压力。因此不仅要求齿表面硬度高，耐磨，还要求齿心部具一定强度和硬度（３３～４5HRC）。 根据以上分析，可知该汽车齿轮的工作条件比机床齿轮要求苛刻，因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧度等方面的要求均比机床齿轮要高。例题7.１钢种中，４５钢不能满足使用要求（表面硬度只能达50～56HRC），38CrMoAlA钢氮化层较薄而适合应用于转速快、压力小、不受冲击的使用条件，故其不适合做此汽车齿轮。渗碳钢２０ＣｒＭｎＴｉ经渗碳热处理后，齿表面可获得高硬度（５８～６３ HRC）、高耐磨性，该钢淬透性好、齿心部可获强韧结合组织，具有较高冲击韧度，故可满足使用要求。因此该载重汽车变速箱齿轮选用20CrMnTi钢制造。 【例题7-2】 有一载重汽车变速箱齿轮，使用中受一定冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～63HRC，齿心部硬度33～45HRC，其余力学性能要求为:Rm ≥1000Mpa ,R-1≥440Mpa , a K ≥95J/cm2 。试从“例题7—1”所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种，制订工艺流程，分析每步热处理的目的及其组织。 2.解答： 制造该齿轮的适宜钢种为20CrMnTi ，其加工工艺路线为：下料→锻造→正火（950℃～970℃空冷）→机加工→渗碳（920℃～950℃渗碳6～8小时）→预冷淬火（预冷至８７０℃～８８０℃油冷）→低温回火→喷丸→磨齿。 其中每一步热处理的目的及相应组织为： 正火：细化、均匀组织，改善锻造后组织，提高其切削加工性。经正火后的组织为Ｆ＋S 。 渗碳：表面获得高碳，保证经淬火后得到高硬度、高耐磨性。渗碳温度下对应的组织为Ａ+K。 预冷淬火：齿表面获得高硬度、高耐磨性，其对应的组织为高碳Ｍ+碳化物+ AR；齿心部强、韧结合，对应的组织为低碳Ｍ+F+T。 再经低温回火后，减少淬火应力、稳定组织，其相应组织为：表面M 回+ K + AR ，心部M 回+ F + T 。 【例题7-2】 有一载重汽车变速箱齿轮，使用中受一定冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～63HRC，齿心部硬度33～45HRC，其余力学性能要求为:Rm ≥1000Mpa ,R-1≥440Mpa , a K ≥95J/cm2 。试从“例题7—1”所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种，制订工艺流程，分析每步热处理的目的及其组织。 3.联想与归纳： 通过分析与解答此题，可以检验、培养学生的独立分析与解决问题的能力。如果出现错误，这就需要认真小结，找出存在问题的关键所在。加强能力培养，主要就是加强独立分析与解决实际问题的能力。如不会根据已知条件来分析、判断，仍选调质钢如45，38CrMoAl钢。应学会根据题目所给的已知条件来分析问题的思考方法，如本例中可对比渗碳钢与调质钢的特征（见分析），就不难做出正确判断。 4. 请思考： 如现为一普通机床变速葙齿轮，您该如何选材呢？ 7.2.3 汽轮机叶片的选材分析（ Selecting blade of gas turbine materials） 1. 叶片的工作条件、失效方式及性能要求 （1）工作条件和失效方式 叶片是汽轮机的“心脏”，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用，其工作条件为: ①受蒸汽和燃气弯矩的作用; ②受中、高压过热蒸汽冲刷或湿蒸汽的电化学腐蚀或高温燃气氧化和腐蚀; ③受湿蒸汽中的水滴或燃气中杂质的磨损; ④由于外界干扰力的频率和叶片的自振频率相等而产生的共振力的作用。 叶片的失效方式为蠕变变形、断裂(包括振动疲劳、应力腐蚀、蠕变疲劳及热疲劳)和表面损伤(包括氧化、电化学腐蚀和磨损)。 汽轮机叶片 1. 叶片的工作条件、失效方式及性能要求 （2）性能要求 根据叶片的工作条件和失效方式，叶片材料应具有如下性能: ①高的室温及高温力学性能。低、中压汽轮机叶片的工作温度一般不超过400℃，可用常温力学性能（如高的疲劳抗力，较高的强度与较好的塑韧性）为依据；高压汽轮机前几级叶片的工作温度在400℃以上，则主要要求良好的高温力学性能（即