森記課件之汽車零件選材技校汽修專業(yè)版本補充.ppt

汽車零件選材,潘 森 (技校汽修專業(yè)版本補充） 2010.06.21,任務一：選擇制造發(fā)動機連桿的材料,發(fā)動機連桿的作用是把發(fā)動機活塞的往復直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)的扭矩輸出，可以說，五種形式的載荷就有了三種（拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)），服役條件也算是苛刻了。連桿正常使用應為25104Km，因此，必須具有較高的強度和韌性，才能使之達到的壽命設計。因此，為其選擇合適的材料是至關重要。 說明：金屬材料的“服役時間”單位一般取小時，但也視材料應用時的受力狀態(tài)而言，如有時取“次數(shù)”（受彎狀態(tài)），這里取汽車的行走里程（Km),數(shù)據(jù)也很保守。,選材思路： 1.由于有活塞的遮蓋，工作環(huán)境溫度場最高不大于750；也由于有潤滑油的潤滑和冷卻，連桿大、小頭溫度場相差小于100，故不必作專門的溫度影響考慮。 2.由于活塞的速度運動規(guī)律是“0max0”,故連桿的受力形式是“規(guī)律性變幅循環(huán)應力”，要進行疲勞強度的校核。 3.由于發(fā)動機有專門的配重設計，故不必考慮過多振動問題，倒是要在連桿的截面形狀上選取合理的高剛度形狀來解決扭轉(zhuǎn)載荷問題。 4.設計時作“承受載荷較大的金屬結構件”（各種機械設計手冊包括我們的課本的有關圖表）考慮選材的力學性能指標（主要是抗拉強度b ）。,綜合上述，制造發(fā)動機連桿的材料有優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼和鑄鋼。對于速度高、受力較大的連桿，應選擇優(yōu)質(zhì)碳素鋼，如45鋼等。當然，也可使用40、50、45Mn、35CrMo、42CrMo、40Cr合金鋼用模鍛工藝制造 （課本P51 ） 。 實際生產(chǎn)中的一般情況是（考慮到相當大的安全系數(shù)），受力小使用狀態(tài)下選用鑄鋼，受力大使用狀態(tài)下則選用高標號優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼鍛打成型（模鍛）；兩種選材都采用零件的截面為“工”字型，這是除了“箱型”的截面外，抗彎和抗扭能力最好的截面形狀了。 順便說說，連桿螺栓及螺母、曲軸軸瓦蓋螺栓使用材料為：40CrA,35CrMo,40MnB（調(diào)質(zhì)）；正常使用壽命為10104Km。,任務二：對絲錐進行淬火處理,一、鋼的淬火 淬火就是將鋼加熱到AC3或AC1以上某一溫度，保持一定時間，然后以適當?shù)臏囟壤鋮s，獲得馬氏體或下貝氏體的熱處理工藝。主要目的是為了獲得馬氏體組織，提高鋼的硬度和強度。 絲錐是一種常用的切削刀具，要求具有高的硬度、耐磨性及較高的精度。 手用絲錐的熱硬性不作要求，選用T10A 和T12A鋼（碳素工具鋼）制造，并經(jīng)淬火和低溫回火。機用絲錐要求有較高的熱硬性，可選用9SiCr、9Mn2V、CrWMn鋼或W18Cr4V鋼（合金工具鋼）制造。 由于絲錐用于手工操作的為多，操作的不規(guī)范（左右手動作不均衡等），它的柄部和心部承受較大的不均勻的扭轉(zhuǎn)應力，有一個掌握淬火深度的問題。,二、淬火加熱溫度的選擇 這種選擇要具體看鋼種，如果是結構鋼，下圖是鐵碳平衡圖的一部分，可以根據(jù)鋼種的含碳量查到適用的加熱溫度。但是如果絲錐是工具鋼或高速鋼，就要注意以下幾點： 1.淬火溫度范圍 工具鋼的淬火溫度應足夠?qū)?，以減少過熱的可能性。,2.熱處理變形性 工具在熱處理時，特別要求其尺寸和外形穩(wěn)定。 3.高速工具鋼二次硬化問題 高速工具鋼的淬火溫度很高，接近熔點，其目的是使合金碳化物更多的溶入基體中，使鋼具有更好的二次硬化能力。高速工具鋼淬火后硬度升高，此為第一次硬化，但淬火溫度越高，則回火后的強度和韌性越低。 淬火后在350以下低溫回火硬度會下降，在350以上溫度回火硬度逐漸提高，至520580范圍內(nèi)回火（化學成分不同，回火溫度不同）出現(xiàn)第二次硬度高峰，并超過淬火硬度，此為二次硬化。 這是高速工具鋼的重要特性。 4.脫碳敏感性 如果工具表面發(fā)生脫碳，將使表面層硬度降低，因此要求工具鋼的脫碳敏感性低。在相同的加熱條件下，鋼的脫碳敏感性取決于其化學成分。,三、淬火冷卻速度和冷卻介質(zhì)的選擇（見前面已介紹的“馬氏體問題”） 冷卻速度是淬火工藝的關鍵。冷卻速度，奧氏體會分解而得不到馬氏體；冷卻速度，對于某些鋼材和工件又容易淬裂。一種正好能獲得全部（當然只能是絕大部分）馬氏體所必需的最低冷卻速度，稱為“臨界冷卻速度”。 淬火的臨界冷卻速度隨鋼種的不同而異。合金鋼的臨界冷卻速度較低，可以在油中淬火以防淬裂；高碳鋼的臨界速度較高，需在水中淬火；至于低碳鋼，由于臨界速度太高，一般無法淬硬。,四、鋼的淬透性和淬硬性 工廠常見有“淬透性與淬硬性是一個指標的兩種理解”的說法這個問題不能似是而非： 淬透性是一種熱處理工藝指標，表征為工件淬火后生成馬氏體的深（厚）度，因此計量單位為長度單位； 淬硬性則表征為工件淬火后的硬度，計量單位自然是硬度單位。兩者不能混淆。例如低碳合金鋼淬透性好，但其淬硬性卻不高；高碳非合金鋼的淬硬性高，但其淬透性卻差。 工廠經(jīng)常也有“由于低碳鋼里碳的成分太少，所以淬不硬”的說法，剛才已指出無法淬硬的原因是由于低碳鋼的臨界速度太高，所以這種說法是錯誤的。,第三，不同批次淬火的工件，因淬火介質(zhì)的溫度和相對流速變化等原因引起的不均勻性。 第四，長期生產(chǎn)中，因介質(zhì)受污染，加上淬火介質(zhì)本身的變化，所引起的不同時期的淬火效果上的差異。因此，現(xiàn)代熱處理大生產(chǎn)的淬火冷卻技術，要求在單件淬火冷卻技術的基礎上，通過采用高質(zhì)量的冷卻介質(zhì)、與介質(zhì)配套的設備，以及相關的用法技術，來消除或減小上述四方面的性能差異，以保證獲得更高的和始終穩(wěn)定的熱處理質(zhì)量。,實例：絲錐和板牙 一、絲錐和板牙的作用 絲錐的作用是加工內(nèi)螺紋；板牙的作用是加工外螺紋。 二、工作條件 柄部和心部承受較大的扭轉(zhuǎn)應力，齒刃部承受較大的摩擦和磨損，高速切削時齒刃部還要承受較高的工作溫度。 三、失效形式 磨損和扭斷。 四、力學性能要求 齒刃部應具有高硬度（5964HRC）和高耐磨性，一定的熱硬性（視切削速度而定）；柄部和心部應具有足夠的強度和韌性，硬度為3545HRC。,五、任務的結論 絲錐和板牙的常用材料及熱處理 1.手用絲錐和板牙 熱硬性不作要求，選用T10A 和T12A鋼（碳素工具鋼）制造，并經(jīng)等溫淬火和低溫回火。 2.機用絲錐和板牙 要求有較高的熱硬性，可選用9SiCr、9Mn2V鋼（低合金刃具鋼）CrWMn（專門用于制造長絲錐的低合金刃具鋼）或W18Cr4V鋼（高速鋼）制造，并經(jīng)淬火和低溫回火。,9SiCr 鋼板牙熱處理工藝曲線,板牙,按厚度計算保溫時間,任務三：為汽車變速齒輪選取表面熱處理方法,汽車變速齒輪的工作條件遠比機床齒輪惡劣，特別是主傳動系統(tǒng)中的齒輪，它們受力較大，超載與受沖擊頻繁，用20鋼制造汽車變速齒輪，要求輪齒表面須有高硬度和耐磨性，而心部要有足夠的塑性和韌性，以防止脆性斷裂。為滿足其性能要求，必須對其進行表面熱處理。 下面介紹表面熱處理方法。,一、火焰加熱表面淬火生產(chǎn)現(xiàn)場,二、感應加熱表面淬火示意圖,由于感應加熱淬火的淬硬層深度與電流頻率有關電流頻率越高，淬火后工件淬硬層越薄，工廠一般根據(jù)常用電流頻率，把感應加熱分為三種： 高頻感應加熱常用頻率200300kHz，脆硬層深度0.52.5mm，適用于中小尺寸軸類零件及中小模數(shù)的齒輪等。 中頻感應加熱常用頻率25008000Hz，脆硬層深度38mm，適用于較大尺寸的軸和大中模數(shù)的齒輪等。 工頻感應加熱電流頻率50kHz，脆硬層深度1020mm，適用于大直徑軋輥、火車車輪等的表面淬火。,三、化學熱處理 化學熱處理是把工件放在一定的介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，改變表層化學成分和組織，從而達到使工件表面具有某些特殊的機械性能或物理化學性能的熱處理工藝。 化學熱處理依照滲入的元素的不同，有滲碳（分氣、液、固體法，甲烷、苯、煤油等）、滲氮（分氣、液、離子法，常用氨氣）、碳氮共滲（又稱“氰化”，其中以滲氮為主、滲碳為次稱為“軟氮化”）等。 任何化學熱處理過程，都是通過分解、吸收和擴散三個基本過程。其中，擴散是最慢的一個過程，整個化學熱速度受擴散速度所控制。,1.滲碳工藝：加熱通入介質(zhì)（煤油）保溫淬火低溫回火?？色@得工件表面高硬度和耐磨性。 低碳鋼滲碳后，表面層含碳量以0.85-1.05為最好。滲碳層厚度一般為0.5-2.5mm。太薄易引起表面疲勞剝落，太厚抗沖擊能力差。 2.滲氮工藝：加熱通入氨氣（形成工廠叫）“白層” 保溫?？色@得的硬度、耐磨性更高，特別是提高疲勞強度，工件也不必再熱處理，變形也小，但滲層薄而脆。 應用最廣泛的氮化用鋼為38CrMoAl，這些元素易形成硬度極高且非常穩(wěn)定的氮化物。氮化厚表層的硬度為HRC72。 滲氮后的缺點是生產(chǎn)周期長，0.3-0.5mm需要20-50小時。 3.碳氮工藝：加熱（高溫適用于低碳和低合金鋼，高溫適用于中碳和高速鋼）加入氨氣和滲碳氣體保溫。,滲碳工藝生產(chǎn)車間,滲碳后的熱處理： 滲碳后的熱處理方法有：直接淬火法、一次淬火法和二次淬火法。,滲碳后的淬火和低溫回火示意圖,滲氮工藝生產(chǎn)車間,四、離子滲氮裝置,五、任務的結論 實例：JN150型載重汽車變速箱齒輪 1.工作條件: 工作負荷大； 高速運轉(zhuǎn) ( 1015m/s以上 )； 受沖擊頻繁,磨損較嚴重。 2.技術要求: 齒面硬度HRC5862, 金相組織為回火馬氏體+合金碳化物+殘余奧氏體。 齒心部硬度HRC3545, 金相組織為回火馬氏體(低碳)+鐵素體+細珠光體。 3.選材: 20鋼。 4.加工工藝路線： 下料鍛造正火機械加工滲碳淬火低溫回火噴丸磨齒,20CrMnTi 鋼制造齒輪的熱處理工藝曲線,臨界冷卻速度降低，提高了鋼的淬透性，這樣就可采用較小的冷卻速度得到馬氏體，從而避免了由于冷卻速度過大而引起的變形和開裂。,汽車變速箱齒輪工作圖,任務四：選擇制造齒輪的材料,很多傳動系統(tǒng)（如挖掘機械、軋鋼設備等）的齒輪，它們受力較大，超載與受沖擊頻繁，因此對材料的要求很高。由于彎曲與接觸應力都很大，用高頻淬火強化表面不能保證要求，所以重要齒輪都用滲碳、淬火進行強化處理。因此這類齒輪一般都用合金滲碳鋼20Cr或20CrMnTi等制造，特別是后者在我國汽車齒輪生產(chǎn)中應用最廣。為了進一步提高齒輪的耐用性，除了滲碳、淬火外，還可以采用噴丸處理等表面強化處理工藝。噴丸處理后，齒面硬度可提高HRC13單位，耐用性可提高711倍。 下面先介紹齒輪的失效情況。,一、齒輪的失效發(fā)生在輪齒，其他部位很少發(fā)生失效。輪齒主要失效形式有以下五種： 1.輪齒折斷； 2.齒面點蝕（齒面接觸疲勞磨損）； 3.齒面膠合； 4.齒面磨粒磨損； 5.齒面塑性變形。,齒面損傷,1輪齒折斷 齒輪工作時,若輪齒危險剖面的應力超過材料所允許極限值，輪齒將發(fā)生折斷。常發(fā)生于閉式硬齒面或開式傳動中。位置：均始于齒根受拉應力一側。,原因： 疲勞折斷：A.輪齒受多次重復彎曲應力作用，齒根受拉一側產(chǎn)生疲勞裂紋。 B. 齒根應力集中(形狀突變、刀痕等)，加速裂紋的擴展最終折斷。 過載折斷：受沖擊載荷或短時過載作用，突然折斷，尤其見于脆性材料（淬火鋼、鑄鋼、鑄鐵）齒輪。,2.齒面點蝕（齒面接觸疲勞磨損） 常出現(xiàn)在潤滑良好的閉式軟齒面?zhèn)鲃又小，F(xiàn)象：節(jié)線靠近齒根部位出現(xiàn)麻點狀小坑。原因： 齒面受多次交變應力作用，產(chǎn)生接觸疲勞裂紋；節(jié)線處常為單齒嚙合（重疊系數(shù)正常的1.3），接觸應力大；節(jié)線處為純滾動，靠近節(jié)線附近滑動速度小，油膜不易形成，摩擦力大，易產(chǎn)生裂紋。潤滑油進入裂縫，形成封閉高壓油腔，楔擠作用使裂紋擴展。（油粘度越小，裂紋擴展越快）。,3.齒面膠合 在高速重載傳動中，由于齒面嚙合區(qū)的壓力很大，潤滑油膜因溫度升高容易破裂，造成齒面金屬直接接觸，其接觸區(qū)產(chǎn)生瞬時高溫，致使兩輪齒表面焊粘在一起，當兩齒面相對運動時，使較軟的齒面金屬被撕下，在輪齒工作表面形成與滑動方向一致的溝痕，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合?，F(xiàn)象：齒面沿滑動方向粘焊、撕脫，形成溝痕。原因： 高速重載油膜破壞,表面金屬直接接觸，融焊相對運動撕裂、溝痕。低速重載不易形成油膜冷膠合。,4.齒面磨損 互相嚙合的兩齒廓表面間有相對滑動，在載荷作用下會引起齒面的磨損。尤其在開式傳動中，由于灰塵，砂粒等硬顆粒容易進入齒面間而發(fā)生磨損。齒面嚴重磨損后，輪齒將失去正確的齒形，會導致嚴重噪音和振動，影響輪齒正常工作，最終使傳動失效。現(xiàn)象：金屬表面材料不斷減小。原因：相對滑動+硬顆粒(灰塵、金屬屑末等) 潤滑不良+表面粗糙。采用閉式傳動，減小齒面粗糙度值和保持良好的潤滑可以減少齒面磨損。,5.齒面塑性變形 在重載的條件下，較軟的齒面上表層金屬可能沿滑動方向滑移，出現(xiàn)局部金屬流動現(xiàn)象，使齒面產(chǎn)生塑性變形，齒廓失去正確的齒形。在起動和過載頻繁的傳動中較易產(chǎn)生這種失效形式。該失效主要出現(xiàn)在低速重載、頻繁啟動和過載場合。齒面較軟時，重載下，齒面的材料塑性流動相對滑動速度方向指向節(jié)線，所以塑變后在主動輪的齒面節(jié)線處產(chǎn)生凹槽。,主動輪,二、齒輪材料 1.對齒輪材料的要求：齒面有足夠的硬度和耐磨性，輪齒芯部有較強韌性，以承受沖擊載荷和交變載荷。 2.常用的齒輪材料是各種牌號的優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金結構鋼、鑄鋼和鑄鐵等，一般多采用鍛件或軋制鋼材。當齒輪直徑在400600mm范圍內(nèi)時，可采用鑄鋼；低速齒輪可采用灰鑄鐵。 三、齒輪常用的熱處理方法有以下幾種： 1.表面淬火一般用于中碳鋼和中碳合金鋼。齒面硬度可達5256HRC，耐磨性好，齒面接觸強度高。表面淬火的方法有高頻淬火和火焰淬火等。,2.滲碳淬火用于處理低碳鋼和低碳合金鋼，齒面硬度可達5662HRC，齒面接觸強度高，耐磨性好，而輪齒芯部仍保持有較高的韌性，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動。 3.調(diào)質(zhì)用于處理中碳鋼和中碳合金鋼，調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度可達220260HBS。 4.正火能消除內(nèi)應力、細化晶粒，改善力學性能和切削性能。中碳鋼正火處理可用于機械強度要求不高的齒輪傳動中。,四、典型合金滲碳鋼種介紹 1.低淬透性合金滲碳鋼： 鋼含合金元素總量3 %，15Cr、20Cr、20Mn2。用于受力小的耐磨件，如柴油機的活塞銷、凸輪軸等。 2.中淬透性合金滲碳鋼： 鋼含合金元素總量在4 %左右。20 CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。,柴油機凸輪軸,活塞銷( 20Cr ),3.高淬透性合金滲碳鋼： 鋼含合金元素總量在 4 618Cr2NiWA、20Cr2Ni4A等。用于大載荷的耐磨件，如柴油機曲軸。,柴油機曲軸,六、任務的結論 用來制造齒輪的鋼有合金滲碳鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼兩種，采用不同的熱處理后，均能獲得齒輪“內(nèi)韌外硬”的性能要求。對于轉(zhuǎn)速高、受力大的齒輪最好選用合金滲碳鋼，如18CrMnTi。,任務五：選擇制造麻花鉆頭的材料,麻花鉆頭是切削刀具，它必須具有以下的性能： 1.高的硬度：刀具要從工件上切除材料層，因此，切削部分的硬度必須大于工件材料的硬度。一般刀具材料的常溫硬度應高于60HRC以上。 2.高的耐磨性：刀具材料應具有較高的耐磨性，以抵抗工件與切屑對刀具的磨損。刀具材料硬度越高，耐磨性就越好；刀具材料中含有耐磨的合金碳化物越多，晶粒越細，分布越均勻，耐磨性也越好。 3.足夠的強度與韌性：切削過程中，刀具承受著各種應力、沖擊和振動，故要求切削部分的材料必須具備足夠的強度和韌性，以抵抗崩刃和打刀。通常用材料的抗彎強度b和沖擊韌性表示。,4.高的耐熱性 ：耐熱性是在高溫條件下，刀具切削部分材料保持常溫硬度、強度和韌性的能力，也可用紅硬性或高溫硬度表示。 5.良好的工藝性與經(jīng)濟性： 刀具切削部分的材料應具有良好的工藝性能，如切削加工性、磨削加工性、鍛造、焊接、熱處理等性能。同時，還應盡可能采用資源豐富和價格低廉的刀具材料。 下面介紹刀具的材料。,一、低合金刃（工）具鋼 低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎上加入合金元素的鋼。鋼中主要加入鉻、錳、硅等元素，其目的是提高鋼的淬透性，同時還能提高鋼的強度。加入鎢、釩等強碳化物形成元素，是為了提高鋼的硬度和耐磨性，并防止加熱時過熱，保持晶粒細小。由于加入合金元素量不多，故一般工作溫度不得超過300。 常用的低合金刃具鋼有: 1.9SiCr較高的淬透性和回火穩(wěn)定性，紅硬性可達300; 2.CrWMn很高的硬度和耐磨性，但紅硬性不如9SiCr。,二、高速鋼 高速鋼是在合金刃具鋼中加入了較多的W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具鋼，其合金元素與碳化合形成高硬度的碳化物，使高速鋼具有很好的耐磨性。鎢和碳的原子結合力很強，增加了鋼的高溫硬度。鉬的作用與鎢基本相同，并能細化碳化物的晶粒，減少鋼中碳化物的不均勻性，提高鋼的韌性。 高速鋼是綜合性能較好、應用范圍最廣泛的一種刀具材料。其抗彎強度較高，韌性較好，熱處理后硬度為6366HRC，易磨出較鋒利的切削刃，故生產(chǎn)中常稱為“鋒鋼”。其耐熱性約為600660左右，切削中碳鋼材料時切削速度可達30m/min左右。它具有較好的工藝性能，可以制造刃形復雜的刀具，如鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀和齒輪刀具等。高速鋼可以加工碳鋼、合金鋼、有色金屬和鑄鐵等多種材料。,普通高速鋼可分為鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼兩類。 1.鎢系高速鋼早期常見的牌號是W18Cr4V，它具有較好的綜合性能和可磨削性，可制造各種復雜刀具和精加工刀具。 2.鎢鉬系高速鋼較常見的牌號是W6Mo5Cr4V2，它具有較好的綜合性能。由于鉬的作用，其碳化物呈細小顆粒且分布均勻，故其抗彎強度和沖擊韌性都高于鎢系高速鋼，并且有較好的熱塑性，適于制作熱軋工具。但這種材料有脫碳敏感性大，淬火溫度窄，較難掌握熱處理工藝等缺點。,三、硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是用粉末冶金的方法制成的一種刀具材料。它是由硬度和熔點很高的金屬碳化物（WC、TiC等）微粉和金屬粘結劑（Co、Ni、Mo等）經(jīng)高壓成形，并在1500左右的高溫下燒結而成。 硬質(zhì)合金的硬度高達8994HRA（壓頭為金剛石的洛氏硬度），相當于7176HRC，耐磨性很好，耐熱性為8001000，切削速度可達100m/min以上，能切削淬火鋼等硬材料。但其抗彎強度低，韌性差，怕沖擊和振動，制造工藝性差。 硬質(zhì)合金的發(fā)展很快，現(xiàn)已成為主要的刀具材料之一。目前車削刀具大都采用硬質(zhì)合金，其它刀具采用硬質(zhì)合金的也日益增多，如硬質(zhì)合金端銑刀、立銑刀、鏜刀、拉刀、鉸刀等。,1鎢鈷類硬質(zhì)合金（YG） 它由碳化鎢和鈷構成，其硬度為8991.5HRA，耐熱性為800900，主要用于加工鑄鐵、有色金屬及非金屬材料。常用牌號有YG3、YG6、YG8等，G后面的數(shù)字為Co的百分含量。硬質(zhì)合金中含鈷量越多，韌性越好，適合于粗加工，含鈷量少者用于精加工。YG類硬質(zhì)合金不適合加工鋼料，因其切削溫度達640時，刀具與鋼會產(chǎn)生粘結，使刀具發(fā)生粘結磨損。,2鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金（YT） 它是由碳化鎢、碳化鈦和鈷構成，其硬度為 89.592.5 HRA ，耐熱性為9001000，主要用于加工塑性材料。常用牌號有YT5、YT14、YT15、YT30，T后面的數(shù)字代表TiC的百分含量，其余為WC和Co。當TiC的含量較多、Co的含量較少時，硬度和耐磨性提高，但抗彎強度有所下降。它不適合加工含Ti元素的不銹鋼，因為兩者的Ti元素親和作用較強，會發(fā)生嚴重的粘結，使刀具磨損加劇。TiC的含量多適于精加工，少則適于粗加工。,3.鎢鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金（YA） 它是由碳化鎢、碳化鉭（碳化鈮）和鈷構成，有較高的常溫硬度、耐磨性、高溫強度和抗氧化能力。常用牌號為YA6，適合于對冷硬鑄鐵、有色金屬及其合金進行半精加工，也可對高錳鋼、淬火鋼等材料進行半精加工和精加工。 4.鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金（YW） 它是由碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭（碳化鈮）和鈷構成。其抗彎強度、疲勞強度、耐熱性、高溫硬度和抗氧化能力都有很大的提高。常用牌號有YW1、YW2，是既能加工鋼材，又能加工鑄鐵、有色金屬及其合金，通用性較好的刀具材料。,5.碳化鈦基類硬質(zhì)合金（YN） 它是由碳化鈦、鉬和鎳構成。其抗氧化能力、耐磨性、耐熱性較高。常用牌號有YN05、YN10，主要用于對碳鋼、合金鋼、工具鋼、淬火鋼、鑄鐵等進行精加工、半精加工及粗加工。,四、其它刀具材料 1.陶瓷 ：陶瓷刀具材料是以人造的化合物為原料，在高壓下成形和高溫下燒結而形成的，硬度為 9195 HRA ，耐熱性高達1200，化學穩(wěn)定性好，與金屬的親和能力小，與硬質(zhì)合金相比可提高切削速度35倍。其最大的缺點是抗彎強度低，沖擊韌性差。主要用于對鋼、鑄鐵、高硬度材料（如淬火鋼）進行連續(xù)切削時的半精加工和精加工。,2.金鋼石 ：金剛石分天然和人造兩種，天然金剛石由于價格昂貴而用得很少。人造金剛石是在高溫、高壓條件下由石墨轉(zhuǎn)化而成的，硬度為HV10000。金剛石刀具能精密切削有色金屬及合金、陶瓷等高硬度、高耐磨材料。它對鐵的化學穩(wěn)定性較差，不適合加工鐵族材料，熱穩(wěn)定性也較差，當溫度達到800時，在空氣中金剛石刀具即發(fā)生碳化，會產(chǎn)生急劇磨損。 3.立方氮化硼：立方氮化硼硬度為HV80009000，耐熱性為1400。主要用于對高溫合金、淬硬鋼、冷硬鑄鐵進行半精加工和精加工。,五、W18Cr4V鋼的淬火、回火工藝曲線,六、任務的結論 合金刃具鋼有低合金刃具鋼和高速鋼兩種。低合金刃具鋼的紅硬性較低，不能滿足麻花鉆頭的性能要求，因此，應采用高速鋼制造。例如：W18Cr4V（商品叫1841）,W6Mo5Cr4V2（商品叫6542）等（見上圖）。,任務六：選擇材料制造內(nèi)燃機曲軸,內(nèi)燃機曲軸的結構復雜，在工作中承受著交變載荷及沖擊載荷，要求其具有較高的強度和韌性及一定的硬度和耐磨性，選用灰鑄鐵及其它材料均不能滿足性能要求，必須選用球墨鑄鐵或可鍛鑄鐵。,柴油機曲軸,一、介紹球墨鑄鐵 碳以石墨形式存在的鑄鐵，根據(jù)石墨狀態(tài)的不同，大體上分為三種，即：石墨是片狀的為灰口鑄鐵；石墨呈團絮狀的為可鍛鑄鐵；石墨呈球狀的為球墨鑄鐵。其中，球墨鑄鐵既有比較高的強度，又有比較高的塑性和韌性，鑄造性能和加工性能都很好。我國在漢代就發(fā)明了球墨鑄鐵。 在河南鞏縣鐵生溝西漢中、晚期的冶鐵遺址中出土的鐵，經(jīng)過金相檢驗，具有放射狀的球狀石墨，球化率相當于現(xiàn)代標準一級水平。而現(xiàn)代的球墨鑄鐵則是遲至1947年才在國外研制成功的。我國古代的鑄鐵，在一個相當長的時期里含硅量都偏低，也就是說，在約2000年前的西漢時期，我國鐵器中的球狀石墨，就已由低硅的生鐵鑄件經(jīng)柔化退火的方法得到。這是我國古代鑄鐵技術的重大成就，也是世界冶金史上的奇跡。,球墨鑄鐵以其優(yōu)良的性能，在使用中有時可以代替昂貴的鑄鋼和鍛鋼，在機械制造工業(yè)中得到廣泛應用。國際冶金行業(yè)過去一直認為球墨鑄鐵是英國人于1947年發(fā)明的。西方某些學者甚至聲稱，沒有現(xiàn)代科技手段，發(fā)明球墨鑄鐵是不可想象的。 1981年，我國球鐵專家采用現(xiàn)代科學手段，對出土的513件古漢魏鐵器進行研究，通過大量的數(shù)據(jù)斷定漢代我國就出現(xiàn)了球狀石墨鑄鐵。有關論文在第18屆世界科技史大會上宣讀，轟動了國際鑄造界和科技史界。國際冶金史專家于1987年對此進行驗證后認為：古代中國已經(jīng)摸索到了用鑄鐵柔化技術制造球墨鑄鐵的規(guī)律，這對世界冶金史作重新分期劃代具有重要意義。,1947年英國發(fā)現(xiàn)，在過共晶灰口鑄鐵中附加鈰，使其含量在0.02以上時，石墨呈球狀。1948年美國人研究指出，在鑄鐵中添加鎂，隨后用硅鐵孕育，當殘余鎂量大于0.04時，得到球狀石墨。從此以后，球墨鑄鐵開始了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。 球墨鑄鐵作為新型工程材料的發(fā)展速度是令人驚異的。1949年世界球墨鑄鐵產(chǎn)量只有5萬噸，2000年就達到1500萬噸。世界球墨鑄鐵產(chǎn)量的75是由美國、日本、德國、意大利、英國、法國六國生產(chǎn)的。 我國球墨鑄鐵生產(chǎn)起步很早，1950年就研制成功并投入生產(chǎn)，至今我國球墨鑄鐵年產(chǎn)量達230萬噸，位于美國、日本之后，居世界第三位。適合我國國情的稀土鎂球化劑的研制成功，鑄態(tài)球墨鑄鐵以及奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵等各個領域的生產(chǎn)技術和研究工作均達到了很高的技術水平。下面逐一簡介。,球墨鑄鐵照片,球墨鑄鐵的顯微組織 A：珠光體鐵素體基球墨鑄鐵 B：鐵素體基球墨鑄鐵,1.上世紀70年代，鑄態(tài)珠光體球墨鑄鐵曲軸和鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵汽車底盤零件分別在我國第二汽車廠、南京汽車廠和第一汽車廠相繼投產(chǎn)。這標志著我國鑄態(tài)球墨鑄鐵生產(chǎn)達到了較高水平,并與國際先進水平的差距正在縮小。以后，采用適量的釔基重稀土復合球化劑、強制冷卻、順序凝固、延后孕育，必要時添加微量銻、鉍等可防止球墨鑄鐵件中心部位的石墨畸變和組織疏松等工藝，成功地制作了38噸重的大型復雜結構件，17.5噸重的柴油機體、截面為805mm的球墨鑄鐵軋輥等。,2.奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵的研究與應用。20世紀70年代初，幾乎同時中國、美國、芬蘭3個國家宣布研究成功了具有高強度、高韌性的奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵（國際上統(tǒng)稱ADI），這種材質(zhì)的抗拉強度達1000MPa，因此它廣泛應用于齒輪以及各種結構件，與合金鋼相比，奧-貝球墨鑄鐵具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。,3.球墨鑄鐵管和水平連續(xù)鑄造球墨鑄鐵型材。我國已相繼建成幾個球墨鑄鐵管廠，且近幾年還將有幾個球墨鑄鐵管廠建成。2000年，我國年產(chǎn)離心鑄造球墨鑄鐵管達90萬噸。此外，我國自行研制的水平連續(xù)鑄造球墨鑄鐵型材生產(chǎn)線已通過國家鑒定，并已有多家企業(yè)投產(chǎn)。再加上我國引進的一條生產(chǎn)線，至2002年，我國年產(chǎn)球墨鑄鐵型材的能力達數(shù)萬噸。,4.系統(tǒng)地測定了稀土鎂球墨鑄鐵的力學性能及其他性能，為設計人員提供了有關數(shù)據(jù)。測定了稀土鎂球墨鑄鐵的比重、導熱性、電磁性等物理性能，結合金相標準研究了石墨和基體組織對球墨鑄鐵性能的影響規(guī)律。系統(tǒng)地測定了鐵素體球墨鑄鐵在常溫、低溫、靜態(tài)和動態(tài)條件下的各種性能。此外，還研究了稀土鎂球墨鑄鐵的應力應變性能、小能量多沖抗力和斷裂韌性，并開始用于指導生產(chǎn)。結合球墨鑄鐵齒輪的應用，還系統(tǒng)地研究了球墨鑄鐵的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度，以及球墨鑄鐵齒輪的點蝕、剝落機理等。,5.其它方面的研究。 在高強度低合金球墨鑄鐵方面，除了對銅、鉬研究較多外，還對鎳、鈮等進行了研究。在利用天然釩鈦生鐵制作釩鈦合金球墨鑄鐵方面，國內(nèi)一些單位進行了大量、系統(tǒng)的工作。 在耐熱球墨鑄鐵方面，除了中硅球墨鑄鐵以外，系統(tǒng)研究了Si+Al總量對稀土鎂球墨鑄鐵抗生長能力的影響。高鎳奧氏體球墨鑄鐵方面也取得了進展，它在石油開采機械、化工設備、工業(yè)用爐器件上均取得了成功的應用。 在耐酸球墨鑄鐵方面，我國生產(chǎn)的稀土高硅球墨鑄鐵比普通高硅鑄鐵的組織細小、均勻、致密，由此，抗蝕性能提高了1090，并且其機械強度也有顯著改善。,二、球墨鑄鐵的牌號、機械性能及用途,三、簡介可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵俗稱“馬鐵”或“瑪鋼”。它是白口鑄鐵經(jīng)過石墨化退火，使?jié)B碳體分解而獲得團絮狀石墨的鑄鐵，并不是真的可以進行鍛造工藝的鑄鐵。,四、內(nèi)燃機曲軸的選材 110型柴油機球墨鑄鐵曲軸 1.材料： QT600-3球鐵。 2.熱處理技術條件： 整體正火，b650MPa，ak15J/cm2，240 300HBS；軸頸表面淬火、低溫回火 (55HRC，珠光體數(shù)量70)。 3.工藝路線： 鑄造成形正火+高溫回火切削加工軸頸表面淬火、回火磨削。,五、本任務的結論: 球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵都適合制造內(nèi)燃機曲軸，因球墨鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單、其強度、韌性均高于可鍛鑄鐵，所以對轉(zhuǎn)速高、受力大的曲軸最好選用球墨鑄鐵。如QT800-2，QT900-2。,任務七：選擇鋁合金制造內(nèi)燃機活塞,發(fā)動機活塞是發(fā)動機上除了火花塞之外，工作環(huán)境最惡劣的了。要求在高溫條件下，承受無限次的周期變速載荷，要求其質(zhì)量輕，又要強度高，還要耐腐蝕，因此選擇材料的范圍很窄。 純鋁雖然導熱性好，密度小，但強度很低，顯然不是首選。但是，在純鋁中加入硅、銅、鎂、鋅、錳等合金元素，再經(jīng)過冷變形和熱處理之后，情況就改觀了。下面先介紹純鋁。,1.工業(yè)純鋁 其熔點為660.37，密度為2.7g/cm3，為面心立方晶格，呈銀白色。強度（80100MPa）和硬度(20HBS)很低，塑性(80)很高，有良好的導熱導電性。工業(yè)純鋁為L1-L7，其順序數(shù)越大，純度越低。,2.鋁合金的分類及用途： 根據(jù)鋁合金的成分以及生產(chǎn)工藝特點，鋁合金可分為形變鋁合金和鑄造鋁合金。鋁合金的一般類型相圖如圖所示，在D點以左的合金，在加熱到DF線以上時，得到單相固溶體組織，塑性好，適于壓力加工，故稱形變鋁合金；成分在F點以左的合金，冷卻時組織不隨溫度變化，故不能熱處理強化，因而稱為熱處理不能強化鋁合金；在D點以右為鑄造鋁合金。,鋁合金狀態(tài)圖的一般類型,形變鋁合金： 在加熱時能形成單相的固溶體，塑性很好，適于冷熱壓力加工的鋁合金。又可分為：熱處理不能強化的鋁合金和熱處理能強化的鋁合金。 鑄造鋁合金： 含有低熔點的共晶體，液態(tài)流動性較高，適于鑄造的鋁合金。它具有良好的力學性能，抗蝕性及良好的工藝性能。而且生產(chǎn)工藝較為簡便，成本較低。用途較廣。其合金代號為ZL+三位數(shù)字，第一位為合金系，1位鋁硅系，2位鋁銅系，3位鋁鎂系，4位鋁鋅系（所謂的“1硅2銅3鎂4鋅”），后兩位為順序號。,形變鋁合金,鑄造鋁合金,3.鋁合金的熱處理 鋁合金的熱處理與鋼不同。正如上述所說，鋁合金的熱處理強化是通過固溶強化和時效強化達到的，即將合金元素含量在加熱到相區(qū)的某一溫度，經(jīng)保溫后迅速水冷，在室溫下得到過飽和的固溶體，這種淬火稱為固溶處理。 淬火后的鋁合金硬度并不高，但在室溫下放置或低溫加熱后，強度和硬度明顯提高，塑性下降，這種現(xiàn)象稱為時效。經(jīng)固溶處理后鋁