典型机械零件的选材分析.ppt

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7.2 典型机械零件的选材分析 常用材料的特点 聚合物材料:密度小、摩擦系数小,减振性、耐蚀性、电绝缘性及弹性好,但强度和刚度低、尺寸稳定性差、易老化等; 陶瓷材料:化学稳定性好,硬度、红硬性、耐热性高,但塑性低、脆性大,工艺复杂、成本高。 常用材料的特点 复合材料:综合了各种不同材料的优良性能,其比强度、比模量高,抗疲劳、减摩、耐磨、减振性好,且化学稳定性优异,但价格高; 金属材料:具有综合的力学性能和某些物理、化学性能,是机械工程中最主要的结构材料。 一、齿轮类机械零件的选材分析 1、工作条件 齿根承受交变的弯曲应力; 齿面有强烈的滚动和滑动摩擦、磨损; 轮齿接触区域承受很大的交变接触应力; 换档、启动时轮齿承受一定的冲击载荷; 瞬时过载、润滑油腐蚀及外部硬质磨粒的侵入,使工作条件恶化。 2、常见的失效形式 轮齿折断: 疲劳断裂、冲击过载断裂; 齿面接触疲劳破坏:点蚀; 齿面磨损: 摩擦、磨损—胶合,磨粒磨损; 过量的塑性变形等。 3、主要性能要求 1)轮齿根部具有高的弯曲疲劳强度; 2)齿面具有高的接触疲劳强度、高的表面硬度和耐磨性; 3)轮齿心部具有足够高的强度和冲击韧性; 4)良好的切削加工性、淬火变形要小,易获得高的加工精度和低的表面粗糙度值。 4、齿轮类材料的选材分析 1)钢制齿轮 毛坯:型材 锻坯,流线分布合理,重要齿轮 硬齿面:>350HBS; 软齿面:≤350HBS。 齿轮类材料的选材分析.1 ①轻载、低速或中速、冲击力小,精度一般的齿轮 中碳钢如Q255、Q275、40、45、50Mn等 正火160~200HBS或调质200~280HBS 工艺简单,成本低,承载能力低。 用于标准减速箱齿轮,冶金机械、重型机械和机床的次要齿轮。 齿轮类材料的选材分析.2 ②中速、中载、受一定冲击载荷、运动较为平稳的齿轮 调质钢如45、50Mn、40Cr、42SiMn等 齿面:高频(中频)淬火、低温回火,50~55HRC 心部:正火或调质 用于制造机床齿轮 齿轮类材料的选材分析.3 ③重载、高速或中速,且受较大冲击载荷的齿轮 渗碳钢如20Cr、20CrMnTi、20CrNi3等 渗碳、淬火、低温回火 表面58~63HRC,心部具有较高的强度和韧性。 用于汽车、拖拉机变速箱和后桥齿轮。 齿轮类材料的选材分析.4 ④精密传动齿轮或磨齿困难的硬齿面齿轮 氮化钢如35CrMo、38CrMoAlA等 调质+氮化处理,齿面65~70HRC 热处理变形小,热稳定性好,一定的耐蚀性,硬化层薄,不耐冲击。 用于载荷平稳、润滑良好的精密齿轮或内齿轮。 齿轮类材料的选材分析.5 2)铸钢齿轮 尺寸较大(直径400mm)、形状复杂并承受一定冲击的齿轮 碳素铸钢如ZG35、ZG45等; 合金铸钢如ZG40Cr、ZG35CrMo等; 铸造→正火或退火→切削加工→(表面淬火)。 齿轮类材料的选材分析.6 3)铸铁齿轮 低速、轻载、不受冲击且精度低的齿轮 开式:HT200、HT250、HT300等; 闭式:QT600-3、QT450-10、QT400-15等; 铸造→退火或正火→切削加工→(表面淬火)。 齿轮类材料的选材分析.7 4)有色金属材料齿轮 仪表或接触腐蚀介质的轻载齿轮 黄铜:如ZCuZn38、ZCuZn40Pb2等; 铝青铜:如ZCuAl10Fe3、ZCuAl9Mn2等; 硅青铜:如ZCuSi3Mn1等; 硬铝和超硬铝:如LY12、LC4等。 齿轮类材料的选材分析.8 5)粉末冶金齿轮 可少切削或无切削精密加工 汽车发动机定时齿轮、分电器齿轮、柴油机凸轮轴齿轮等; 6)工程塑料齿轮 重量轻、摩擦系数小、减振、噪音小,但强度低、工作温度低 仪表、小型机械的轻载、无润滑齿轮。 5、典型齿轮的选材 1)机床齿轮 中速、载荷不大、运转平稳、无强烈冲击 调质钢,如45、40Cr等 加工工艺: 锻造→正火①→粗加工→调质②→精加工→表面淬火③+低温回火→精磨 见表7-5 典型齿轮的选材.1 对性能要求不高的的一般齿轮 锻造→粗加工→正火① →精加工→表面淬火②+低温回火→精磨 高速、重载、高精度、受冲击的齿轮 用氮化钢:如35CrMo、38CrMoAlA,氮化 或渗碳钢:如20CrMnTi、20Cr,渗碳、淬火+低温回火 典型齿轮的选材.2 2)汽车变速箱齿轮 受力较大、超载和冲击载荷 渗碳钢,如20Cr、20CrMnTi、20MnVB等 加工工艺: 锻造→正火①→切削加工→渗碳、淬火②+低温回火→喷丸→精磨 见表7-6 二、轴类零件的选材分析 1、工作条件 作用:支承传动零件,传递运动和动力 1)传递扭矩,承受交变扭转载荷或交变弯曲应力; 2)局部(轴颈、花键等)承受较大的摩擦和磨损

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