第11章机械零件的毛坯及材料的选用.ppt

第11章 机械零件的毛坯及材料的选用 零件毛坯选择的基本原则 个别特大型的机身还可以采用铸—焊或锻—焊组合结构； 11.2 零件材料的选用 ⑤ 以热强度为主的选材 （3）经济性原则 24 第11章 机械零件毛坯及材料的选用 11.2.2选材的原则、方法和步骤 零件总成本包括材料本身价格、加工费、设备和工艺装备的折 旧费、管理费、运输费、安装费和国家资源等。 碳钢、铸铁价格较低，加工方便 低合金高强度结构钢价格低于合金钢 有色金属、铬镍不锈钢、高速工具钢价格高 尽量使用简单设备、减少加工工序数量、采用少切削或无切削 加工等措施，以降低加工费用。 加工过程复杂的零件和使用周期长的工模具，采用价格较 高的合金钢或硬质合金代替碳钢 所用材料应该顾及我国的资源状况 2. 选材的方法和步骤 （1）选材的方法 应根据零件的工作条件，找出最主要的性能要求，作为选材的主要依据 ① 以综合力学性能为主时的选材 ② 以磨损为主时的选材 ③以疲劳强度为主时的选材 ④ 以抗蚀性为主的选材 ⑤ 以热强度为主的选材 25 第11章 机械零件毛坯及材料的选用 11.2.2选材的原则、方法和步骤 26 第11章 机械零件毛坯及材料的选用 11.2.2选材的原则、方法和步骤 ① 以综合力学性能为主时的选材 对于一般的机器零件，通常采用调质或正火处理后的中碳钢、球 墨铸铁或淬火、低温回火处理后的低碳钢等制造。 对于受力复杂、工作条件苛刻的零件，例如起落架、涡轮轴、机 翼大梁等，可以选用强度较高的合金调质钢和超高强度钢制 造，以保证在整个大截面上具有均匀的综合性能。 当对于受力较小并要求有较高的比强度和比刚度时，要选择铝合金、 镁合金、钛合金或工程塑料与复合材料等制造。 ② 以磨损为主时的选材 ☆对于受力较小的摩擦比较严重的零件，例如各种量具、转套、刀具 和冷冲模等，其材料的基本要求是高耐磨性和高硬度。在应力较低 的情况下，材料的硬度越高，其耐磨性也就越好。当材料的硬度相 同时，组织中分布的碳化物数量越多，弥散度越大，其耐磨性越好。 所以一般用淬火及低温回火处理后的过共析钢、高碳合金钢制造。 ☆铸铁中的石墨是良好的固体润滑剂，有时用铸铁制造耐磨零件，如机 床导轨等 ☆铜合金的摩擦系数很小，约为钢的一半，而塑料的摩擦系数更小，因此 也常用铜合金和塑料制造在摩擦部位工作的零件。 ☆对于同时受磨损和循环载荷及冲击载荷的零件，如传动齿轮、凸轮等， 材料的选取应该根据零件的工作条件而定，还要采用相应的表面硬化方法。 27 第11章 机械零件毛坯及材料的选用 11.2.2选材的原则、方法和步骤 ③以疲劳强度为主时的选材 ☆高周疲劳时，材料疲劳抗力的指标主要是疲劳强度。陶瓷材料和高分子材料的疲劳强度都很低，而金属材料的疲劳强度较高，特别是钛合金和高强度钢。因此，抗疲劳构件几乎都采用金属材料制造。 ☆低周疲劳时，材料的疲劳抗力不仅与材料的强度有关，还与其塑性有关，所以材料应该有较好的强韧性。可以采用牺牲静强度来提高材料包括疲劳抗力和韧性在内的综合性能 28 第11章 机械零件毛坯及材料的选用 11.2.2选材的原则、方法和步骤 ☆对于受力不大但要求抗蚀性较高的零件，由于奥氏体不 锈钢耐蚀性好，并具有一定的耐热性和良好成工艺性， 一般可以考虑选用奥氏体不锈钢，例如发动机尾椎体等。 ☆对于受力较大，而又要求抗蚀性的零件，我们可以选用 马氏体不锈钢。为了减轻结构质量，也可以选用钛合金 ④ 以抗蚀性为主的选材 29 第11章 机械零件毛坯及材料的选用 11.2.2选材的原则、方法和步骤 ☆工作温度在300～400℃以下，我们可以选用耐热铝合金和镁合金。 但是其所能够承受的工作应力较小，往往是为了减轻结构质量或 是形状复杂而需要铸造成型时才选用。 ☆对于工作温度在500～600℃以下时，我们可以选用不锈钢材料。 但是不锈钢零件的结构质量较大，在工作应力、温度和腐蚀条件 允许的条件下，我们可以考虑选用钛合金材料来减轻结构质量。 ☆对于在700～1000℃之间工作的零件，应该采用高温合金制造。 例如飞机发动机的燃烧室、涡轮等。 ☆对于工作温度更高的零件，我们应该考虑陶瓷、陶瓷基复合材料和 碳-碳复合材料等。 30 第11章 机械零件毛坯及材料的选用 11.2.2选材的原则、方法和步骤 （2）选材的步骤 ① 分析零件的服役条件、形状尺寸和应力状态，确定零件的技术条件； ② 通过分析或实验，结合同类零件失效分析的结果，确定零件在实际使 用中主要和次要的失效形式，并通过计算确定零件应具有的主要力学性 能指标； ③ 根据计算结果合理选择材料。所选材料除应