第11章 机械工程材料选择.ppt

第12章 机械零件选材 1、强度指标σb(σ0.2) 作为零件的设计强度指标； σb(σ0.2)愈高，机器愈轻，寿命愈长。 2、塑性指标（δ、ψ） 不能直接用于设计计算； 主要作用是增加零件抗过载能力（如应力集中），提高零件的安全性。 3、硬度（HRC、HBS） 作为加工工艺最终检验指标。 二、材料的工艺性能良好 直接影响到零件的质量、生产效率和成本。 尽量选用工艺简单的材料； 材质应与其工艺性要求一致； 考虑各工序之间的相互联系和结合。 3）铝合金： 因锻造温度范围窄，可锻性并不很好； 4）铜合金：可锻性一般较好。 3）钢： 低碳钢和碳含量低于0．18％的合金钢有较好的焊接性能； 碳含量大于0．45％的碳钢和碳含量大于0．35％的合金钢的焊接性能较差。 碳含量和合金元素含量越高，焊接性能越差。 4、切削加工性能 影响到零件总成本的因素： ①用材的相对稳定性； ②材料在制造过程中的利用率； ③材料的工艺性； ④回用性等。 1、工作条件 同时承受弯曲、扭转交变负荷，如发动机曲轴； 主要承受交变扭转负荷或有冲击，如各种传动轴； 同时承受弯、扭、压、拉的交变负荷，如船舶推进器主轴； 负荷较小，主要考虑刚度、强度及耐磨性要求，如各种机床主轴。 3、轴类零件材料的选用 1）通常调质钢 （1）轻载主轴 载荷小、扭矩和冲击不大；Φ25~30mm； 40、45、50钢； （2）中载主轴 载荷中等、扭矩大、磨损较严重、Φ30mm 、形状复杂； 40Cr、35CrMo、42CrMo、42CrMnMo等钢。 （3）高精度主轴 载荷不大、精度非常高、热处理变形极小； 38CrMoAlA。 调质钢加工工艺路线 ： 下料 → 锻造 → 正火 →粗加工 → 调质处理 →（局部感应淬火 + 低温回火）→ 精加工→装配。 2）渗碳钢 重载主轴：载荷大、扭矩和冲击大、磨损严重、Φ30mm 、形状复杂； 20Cr、20CrMnTi等渗碳钢。 渗碳钢加工工艺路线 ： 下料 → 锻造 → 正火 →机械加工 →渗碳（930℃）→ 淬火（830℃）→低温回火（200℃）→ 磨削精加工 →装配。 3）球墨铸铁 轻型商用汽车、柴油机曲轴等：轻、中载荷及低、中速； QT600-3球铁等。 工艺路线： 铸造成形→正火或高温回火→切削加工→轴颈表面淬火、回火→磨削。 二、齿轮类零件的选材 1、工作条件： 很大的交变弯曲应力和接触应力；强烈的摩擦；冲击力。 损坏形式：主要上齿部折断和齿面的过度磨损。 2、性能要求： 高的弯曲与接触疲劳强度； 高的硬度和耐磨性； 齿心部有足够的强度和韧性； 有好的热处理工艺性。 3、齿轮零件材料的选用 1）低速（1~6m/s）、低载齿轮： 灰口铸铁、球墨铸铁等制造。 2）低速、中载、轻微冲击齿轮： 40、45、40Cr等调质钢制造。 3）中速（6~10 m/s ）、中载、承受一定冲击的齿轮： 40Cr、35CrMo、42CrMo、42CrMnMo等调质钢； 38CrMoAlA渗氮钢。 4）高速（10~15m/s）、中载或重载、承受较大冲击的齿轮： 20Cr、20CrMnTi、12Cr2Ni4A 等渗碳钢制造。 三、箱体类零件 保证箱体内各运动零部件的正确相对位置，使其协调运转。 1、力学要求： ① 足够抗压强度和刚度； ② 良好减震性。 2、箱体材料的选择 一般具有形状复杂、体积较大、壁薄的特点； 一般选用铸造毛坯。 对工作平稳和中等载荷的箱体，一般选用灰口铸铁HT150、HT200、HT300等制造。 载荷较大、承受冲击的箱体，可采用铸钢，如ZG270~500等制造。 要求质量轻、散热良好的箱体，例如飞机发动机气缸体，多采用铝合金铸造。 单件小批生产、形状简单、体积较大的箱体，可用Q235-A、20钢、16Mn等钢材焊成。 3、加工工艺路线 铸造（或焊接）成形 →人工时效（或去应力退火）→切 削加工。 * * 第一节 机械零件的失效分析 一、 失效的概念 ① 零件完全破坏，不能继续工作； ② 严重损伤，继续工作不安全； ③ 虽能安全工作，但不能满意地起到预期的作用。 第二节 选材的基本原则 一、材料的最终性能应满足零件的技术要求： 当工艺性能和机械性能相矛盾时，有时要选择工艺性能更好的材料，而舍弃某些机械性能更优越的材料。 1、铸造性能的比较 2、锻造性能比较 1）低碳钢最好，中碳钢次之，高碳钢较差； 2）低合金钢可锻性近于中碳钢，高合金钢的较差； 3、焊接性能 1）铜合金和铝合金的焊接性能较差； 2）灰口铸铁基本上不能在室温焊接； 三、充分考虑经济性 经济性：包括材料的成本、零件的总成本与国家的资源等。 材料的直接成本在产品总成本中占有较大比重。 零件选材时应注意的几个问题