金屬工藝學(xué)第11章課件

1、1材料選擇與分析知識目標(biāo)了解金屬材料選用的一般原則和步驟；了解典型零件的工作條件和性能要求。2技能目標(biāo)能夠結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對零件材料及其工藝路線進(jìn)行合理選擇。材料選擇與分析11.1金屬材料選用的原則與步驟11.1.1金屬材料選用的一般原則應(yīng)滿足零件的使用性能要求。321材料的工藝性能應(yīng)滿足加工要求。根據(jù)材料的經(jīng)濟(jì)性選材。1.零件選材的步驟（2）通過分析或試驗(yàn)，結(jié)合同類零件失效分析的結(jié)果，找出零件在實(shí)際使用中的主要和次要的失效抗力指標(biāo)，以此作為選材的依據(jù)。（1）在分析零件的服役條件、形狀尺寸與應(yīng)力狀態(tài)后，確定零件的技術(shù)條件。11.1金屬材料選用的原則與步驟11.1.2金屬材料選用的一般步驟和方法（

2、4）審核所選材料的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性。（3）根據(jù)力學(xué)計(jì)算，確定零件應(yīng)具有的主要力學(xué)性能指標(biāo)，通過比較選擇合適的材料，然后綜合考慮所選材料是否滿足失效抗力指標(biāo)和工藝性能的要求，以及在保證實(shí)現(xiàn)先進(jìn)工藝和現(xiàn)代生產(chǎn)組織方面的可能性。11.1金屬材料選用的原則與步驟11.1.2金屬材料選用的一般步驟和方法（5）試驗(yàn)、投產(chǎn)。11.1金屬材料選用的原則與步驟11.1.2金屬材料選用的一般步驟和方法2.零件選材的具體方法（3）以綜合力學(xué)性能為主進(jìn)行選材以疲勞強(qiáng)度為主進(jìn)行選材以耐磨性為主進(jìn)行選材（2）（1）11.1金屬材料選用的原則與步驟11.1.2金屬材料選用的一般步驟和方法811.2.1軸類零件11.2典型零件選材

3、實(shí)例1.工作條件 轉(zhuǎn)軸在工作時(shí)承受彎 曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的復(fù)合作用，心 軸只承受彎曲應(yīng)力，傳動(dòng)軸主要承 受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。此外，軸還會(huì)受到一定 程度的過載和沖擊。911.2.1軸類零件11.2典型零件選材實(shí)例2.主要失效形式（1）斷裂，大多是疲勞斷裂。（2）軸的相對運(yùn)動(dòng)表面的過度磨損。（3）發(fā)生過量扭轉(zhuǎn)或彎曲變形（彈性的和塑性的） 。（4）有時(shí)還可能發(fā)生腐蝕失效。1011.2.1軸類零件11.2典型零件選材實(shí)例3.主要性能要求 （1） 具有高的強(qiáng)度，足夠的剛度及良好的韌性，以防止斷裂及過量變形。 （2） 具有高的疲勞強(qiáng)度，防止疲勞斷裂。1111.2.1軸類零件11.2典型零件選材實(shí)例 （3） 在相對運(yùn)動(dòng)的

4、摩擦部位，如軸頸、花鍵等處，應(yīng)具有較高的硬度和耐磨性。 （4） 具有一定的淬透性，保證軸的淬硬層深度為半徑的1/21/3 。1211.2.1軸類零件11.2典型零件選材實(shí)例4.選材及熱處理（1）輕載、低速，不重要的軸，可選用Q235、Q255、Q275等碳素結(jié)構(gòu)鋼，這類鋼通常不進(jìn)行熱處理。1311.2.1軸類零件11.2典型零件選材實(shí)例（2）受中等載荷而且精度要求一般的軸類零件，常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如35、40、45、50鋼，其中45鋼應(yīng)用最多。為改善其力學(xué)性能，一般要進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理。要求軸頸等處耐磨時(shí)，還可進(jìn)行表面淬火和低溫回火。1411.2.1軸類零件11.2典型零件選材實(shí)例（3）受較

5、大載荷或要求精度高的軸以及處于強(qiáng)烈摩擦或高、低溫等惡劣條件下工作的軸，應(yīng)選用合金鋼。根據(jù)合金鋼的種類及軸的性能應(yīng)采用調(diào)質(zhì)、表面淬火、滲碳、氮化、淬火、低溫回火等熱處理，以充分發(fā)揮合金鋼的潛力。1511.2.1軸類零件11.2典型零件選材實(shí)例5.典型軸類零件的選材、熱處理及工序安排1）機(jī)床主軸 載荷較大時(shí)，選用40Cr鋼制造。 機(jī)床主軸的工藝路線為：下料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)半精加工局部表面淬火、低溫回火精磨。1611.2.1軸類零件11.2典型零件選材實(shí)例2）內(nèi)燃機(jī)曲軸 低速內(nèi)燃機(jī)曲軸用正火的45鋼或球墨鑄鐵制造；中速內(nèi)燃機(jī)曲軸選用調(diào)質(zhì)45鋼或球墨鑄鐵、調(diào)質(zhì)中碳低合金鋼。 內(nèi)燃機(jī)曲軸工藝路線為：下

6、料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)半精加工軸頸表面淬火、低溫回火精磨。 目前常采用球墨鑄鐵來代替45鋼制造曲軸，其工藝路線一般為：鑄造正火、高溫回火機(jī)加工軸頸表面淬火、低溫回火精磨。1711.2.2齒輪11.2典型零件選材實(shí)例1.工作條件 齒根承受最大的交變 彎曲應(yīng)力，并有應(yīng)力集中存 在，在啟動(dòng)、換檔或嚙合不均勻 時(shí)還承受沖擊和過載；齒面承受脈 動(dòng)接觸壓應(yīng)力和滾動(dòng)、滑動(dòng)摩擦。1811.2.2齒輪11.2典型零件選材實(shí)例2.主要失效形式（1）輪齒折斷（2）表面疲勞剝落（3）齒面磨損（4）齒面膠合（5）齒面塑性變形11.2.2齒輪11.2典型零件選材實(shí)例3.主要性能要求良好的切削加工性，淬火變形要小。具有高的抗

7、彎曲強(qiáng)度，適當(dāng)?shù)男牟坑捕群晚g性。具有高的接觸疲勞強(qiáng)度，高的表面硬度和耐磨性。（1）（2）（3）11.2.2齒輪11.2典型零件選材實(shí)例4.選材及熱處理1）鋼材齒輪 （1）輕載、低速或中速、沖擊力小、精度較低的一般齒輪，選用中碳鋼如：Q255、Q275、40鋼、45鋼、50鋼、50Mn等鋼制造，常用正火或調(diào)質(zhì)等熱處理制成軟齒面齒輪，正火硬度為160200HBW；調(diào)質(zhì)硬度一般為200280HBW，不超過350HBW。 11.2.2齒輪11.2典型零件選材實(shí)例 （2）中載、中速、承受一定沖擊載荷、運(yùn)動(dòng)較為平穩(wěn)的齒輪，選用合金調(diào)質(zhì)鋼，如：45Mn、40Cr、42SiMn等鋼，也可采用淬透性好的調(diào)質(zhì)鋼。

8、 11.2.2齒輪11.2典型零件選材實(shí)例 （3）重載、高速或中速，且受較大沖擊載荷的齒輪，選用低碳合金滲碳鋼或碳氮共滲鋼，如：20Cr、20CrMnTi、20CrNi3、18Cr2Ni4WA、40Cr、30CrMnTi等鋼。 11.2.2齒輪11.2典型零件選材實(shí)例 （4）精密傳動(dòng)齒輪或磨齒有困難的硬齒面齒輪（如內(nèi)齒輪）主要要求精度高，熱處理變形小，宜采用滲氮鋼，如：35CrMo、38CrMoAIA等鋼。 11.2.2齒輪11.2典型零件選材實(shí)例2）鑄鋼齒輪 某些尺寸較大（如直徑大于400mm）、形狀復(fù)雜并受一定沖擊的齒輪，難以鍛造成形，需要采用鑄鋼。常用的碳素鑄鋼為ZG35、ZG45、ZG

9、55等鋼，載荷較大的采用合金鑄鋼，如：ZG40Cr、ZG35CrMo、ZG42MnSi等鋼。11.2.2齒輪11.2典型零件選材實(shí)例3）鑄鐵齒輪 一般開式傳動(dòng)齒輪較多應(yīng)用灰鑄鐵制造。灰鑄鐵組織中的石墨能起潤滑作用，減摩性較好，不易膠合，而且切削加工性能好，成本低；其缺點(diǎn)是抗彎強(qiáng)度低，性脆，不耐沖擊。它只是用于制造一些輕載、低速、不受沖擊并且精度要求低的齒輪。11.2.2齒輪11.2典型零件選材實(shí)例4）有色金屬材料齒輪 在儀表中或接觸腐蝕介質(zhì)的輕載齒輪，常用一些抗蝕、耐磨的非鐵金屬型材制造，常用的有黃銅、鋁青銅、硅青銅、錫青銅，硬鋁和超硬鋁可制作質(zhì)量小的齒輪。11.2.2齒輪11.2典型零件選材實(shí)例5）工程塑料齒輪 在儀表、小型機(jī)械中的輕載、無潤滑條件下工作的小齒輪，可以選用工程塑料制造，常用的有尼龍、聚碳酸酯、夾布層壓熱固性樹脂等。工程塑料具有密度小、摩擦系數(shù)小、減振、工作噪聲小的優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是強(qiáng)度低，工作溫度不高。所以它不能用做較大載荷的齒輪。2811.2.2齒輪11.2典型零件選材實(shí)例5.典型齒輪的選材、熱處理及工序安排1）機(jī)床齒輪 一般選用40或45鋼制造。 機(jī)床齒輪的加工