機(jī)械工程常用材料課件

1安徽工程科技學(xué)院機(jī)械工程系：龔建成《機(jī)械基礎(chǔ)》課程CAI課件1安徽工程科技學(xué)院《機(jī)械基礎(chǔ)》課程CAI課件2第4章機(jī)械工程常用材料及其工程性能4.1概述材料金屬材料無機(jī)非金屬材料有機(jī)材料-塑料，橡膠，合成纖維非金屬材料黑色金屬材料－鐵基金屬合金有色金屬材料2第4章機(jī)械工程常用材料及其工程性能4.1概述材料金屬材34.2金屬材料的機(jī)械性能機(jī)械性能強(qiáng)度剛度塑性材料抵抗塑性變形和斷裂的能力材料抵抗彈性變形的能力在外力作用下金屬產(chǎn)生塑性變形而不產(chǎn)生斷裂的能力硬度材料抵抗局部塑性變形能力的性能指標(biāo)金屬的疲勞當(dāng)應(yīng)力的周期循環(huán)次數(shù)增加到某一數(shù)值N后，材料也會(huì)產(chǎn)生斷裂線膨脹系數(shù)α34.2金屬材料的機(jī)械性能機(jī)械性能強(qiáng)度剛度塑性材料抵抗塑性4材料在軸向拉伸或壓縮時(shí)的機(jī)械性質(zhì)力變形應(yīng)力應(yīng)變4材料在軸向拉伸或壓縮時(shí)的機(jī)械性質(zhì)力變形應(yīng)力應(yīng)變54.3常用的工程材料黑色金屬鑄鐵含碳量大于2.06％的鐵碳合金；

制作底座、支架、工作臺(tái)合金鋼為改善鋼的性能，在鋼中加入一種或數(shù)種合金元素的鋼－鉻錳鎳硅鋁鎢碳素鋼（含碳量0.04%-1.7％的鐵碳合金稱為鋼）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼－Q244、

Q274制造強(qiáng)度要求高的零件－連桿、軸優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼－鋼號(hào)10、

14、

20、

84－一般零部件應(yīng)用（0.01％）碳素工具鋼－T8、

T12A（高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具剛）－一般零部件應(yīng)用（0.1％）54.3常用的工程材料黑色金屬鑄鐵含碳量大于2.06％的鐵6有色金屬形狀記憶合金在宇航、電子、醫(yī)療等方面應(yīng)用銅及銅合金不宜制造結(jié)構(gòu)零件，常制作電元件和耐磨件，價(jià)格貴純銅銅與鋅合金，H80、H49(銅含量)、HPb49-1

、HMn48-2（特殊）黃銅銅與錫鉛等元素的合金

－錫青銅（銅錫合金）

－無錫青銅（含鋁鈹錳等元素）青銅鋁及鋁合金鑄鋁合金變形鋁合金超硬鋁合金6有色金屬形狀記憶合金在宇航、電子、醫(yī)療等方面應(yīng)用銅及銅合金7非金屬材料工程塑料陶瓷材料密度小，質(zhì)量輕，耐腐蝕性好，易加工；硬度高、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕人工合成礦物寶石石英橡膠耐腐蝕性好，耐磨損和耐放射性；7非金屬材料工程塑料陶瓷材料密度小，質(zhì)量輕，耐腐蝕性好，易加84.4金屬材料的熱處理與表面精飾熱處理普通熱處理鋼的熱處理：將鋼在固態(tài)范圍內(nèi)施以不同形式的加熱、保溫和冷卻，從而改變（或改善）其組織結(jié)構(gòu)以達(dá)到預(yù)期性能的操作工藝。表面熱處理退火正火淬火回火表面淬火化學(xué)熱處理火焰加熱感應(yīng)加熱滲碳氮化氰化84.4金屬材料的熱處理與表面精飾熱處理普通熱處理鋼的熱處9普通熱處理退火將鋼加熱稍高于臨界溫度－保持一定時(shí)間－緩慢冷卻；

目的：軟化鋼件，以利于切削，細(xì)化晶粒，改善組織以提高化學(xué)性能；消除殘余應(yīng)力，以防止變形、干裂；正火淬火回火將鋼加熱稍高于臨界溫度－保持一定時(shí)間－在空氣中冷卻；

目的：強(qiáng)度硬度比退火后高；利于切削加工將鋼加熱高于臨界溫度－保溫－在水或油中迅速冷卻；

目的：提高零件硬度和耐磨性；將淬火后零件－重新加熱低于臨界溫度－保溫－在水或油中迅速冷卻；

目的：消除淬火時(shí)冷卻過快產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；是淬火后必須程序；9普通熱處理退火將鋼加熱稍高于臨界溫度－保持一定時(shí)間－緩慢冷104.4金屬材料的熱處理與表面精飾表面熱處理表面淬火化學(xué)熱處理快速加熱－－迅速冷卻

目的：使表面變硬；內(nèi)部塑性和韌性較好；－－齒輪、蝸桿、絲桿、軸頸；將工件在一定介質(zhì)中加熱和保溫－使介質(zhì)中活性原子滲入表層－改變表層化學(xué)成分和組織－使具有特殊的力學(xué)或物理化學(xué)性能；滲碳；氮化；氰化

金屬零件的表面精飾電鍍化學(xué)處理涂漆目的：在金屬表面加覆蓋層，以達(dá)到防腐、改善性能和裝飾作用；104.4金屬材料的熱處理與表面精飾表面熱處理表面淬火化學(xué)1111第10章常用機(jī)械工程材料的選用

10.1機(jī)械零件的失效與分析10.2材料選擇的一般原則、方法和步驟10.3典型零件的材料選擇第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1機(jī)械零件的第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1.1失效的概念所謂失效，就是指機(jī)械零件失去正常條件下所應(yīng)具有的工作能力的現(xiàn)象。

零件失效一般分為下列三種情況：

（1）完全破壞，不能繼續(xù)工作；

（2）嚴(yán)重?fù)p傷，繼續(xù)工作不安全；

（3）輕微損壞，能安全地工作，但已達(dá)不到預(yù)定的精度或功能。

10.1機(jī)械零件的失效與分析第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1.1失效的第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1.2機(jī)械零件失效的形式1.斷裂失效

斷裂失效是指機(jī)械零件在工作過程中由于應(yīng)力的作用發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象。

（1）塑性斷裂

塑性斷裂是指零件承載截面上所受的應(yīng)力超過了零件材料的屈服強(qiáng)度，產(chǎn)生塑性變形，直至發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1.2機(jī)械零件第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）疲勞斷裂

疲勞斷裂是指零件在交變循環(huán)應(yīng)力多次作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。

疲勞斷裂的主要特點(diǎn)是：①引起疲勞斷裂的應(yīng)力較低，一般大大低于材料的屈服強(qiáng)度；②斷裂前沒有明顯的宏觀塑性變形，在沒有預(yù)兆的情況下突然發(fā)生斷裂。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）疲勞斷裂第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）低應(yīng)力脆性斷裂

低應(yīng)力脆性斷裂是指零件在所受應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。脆性斷裂往往會(huì)帶來災(zāi)難性的后果，是最危險(xiǎn)的零件失效形式。

（4）蠕變斷裂

蠕變是指金屬材料在較高溫度（再結(jié)晶溫度以上）與應(yīng)力的作用下，緩慢地產(chǎn)生塑性變形，且變量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。零件由蠕變而引起的斷裂稱為蠕變斷裂。第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）低應(yīng)力脆性斷裂第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.過量變形失效

過量變形失效是指機(jī)械零件在工作中受到外力作用，發(fā)生過量的彈性變形或塑性變形而失效的現(xiàn)象。

（1）過量彈性變形失效

零件在工作時(shí)發(fā)生過量的彈性變形而造成的失效。

（2）過量塑性變形失效

當(dāng)受力超過了材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，零件就會(huì)發(fā)生塑性變形。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.過量變形失效第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.表面損傷失效

表面損傷失效是指機(jī)械零件在工作中，由于機(jī)械力或化學(xué)腐蝕的作用，使其工作表面產(chǎn)生磨損、疲勞點(diǎn)蝕、腐蝕等損傷的現(xiàn)象。

根據(jù)損傷形式的不同，表面損傷失效一般分為磨損失效、表面疲勞失效和腐蝕失效三大類。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.表面損傷失效第10章常用機(jī)械工程材料的選用（1）磨損失效

磨損失效是指在機(jī)械力的作用下，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面之間發(fā)生摩擦，材料以細(xì)屑的形式逐漸磨耗，使零件的表面材料不斷損失，從而導(dǎo)致零件最終失效的一種形式。磨損最常見的有磨粒磨損和黏著磨損兩種主要類型。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（1）磨損失效第10章常用機(jī)械工程材料的選用①磨粒磨損在零件相對(duì)摩擦?xí)r，由于硬質(zhì)顆粒對(duì)金屬表面的切削作用，造成被磨表面產(chǎn)生溝槽，磨面材料逐漸耗損的一種磨損。②黏著磨損

在零件相對(duì)摩擦?xí)r，其表面微小的凸起部分，在壓力和摩擦熱的作用下發(fā)生焊合或黏著，當(dāng)零件繼續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，黏著部分又被撕開，使材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面所造成的表面磨損。黏著磨損又稱咬合磨損。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用①磨粒磨損第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）表面疲勞失效

表面疲勞失效是指相對(duì)滾動(dòng)接觸的零件，在工作過程中，由于交變接觸應(yīng)力的長(zhǎng)期作用，使表層材料發(fā)生疲勞破壞而剝落的現(xiàn)象，又稱疲勞點(diǎn)蝕。

采用表面淬火或化學(xué)熱處理的方法，并使表面硬化層有一定的深度，提高零件的疲勞強(qiáng)度和表面硬度，可有效地提高零件的抗表面接觸疲勞能力。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）表面疲勞失效第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）腐蝕失效

腐蝕失效是指零件表面由于和周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)引起表面損傷的現(xiàn)象。它與材料本身的成分、結(jié)構(gòu)和組織有關(guān)，也與介質(zhì)的性質(zhì)密切相關(guān)。同樣的材料在不同的介質(zhì)中，往往性能表現(xiàn)差異極大，如黃銅在海水和大氣中具有良好的耐蝕性，但在含氨的環(huán)境中卻極易腐蝕。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）腐蝕失效第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1.3機(jī)械零件失效的原因與分析方法1.零件失效的原因

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面

零件的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，薄弱區(qū)域未得到有效的加強(qiáng)，造成零件在工作中承載能力不足。零件的局部結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸設(shè)計(jì)不合理，存在尖角、尖銳缺口和過小的過渡圓角等缺陷，往往是產(chǎn)生應(yīng)力集中的重要原因。第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1.3機(jī)械零第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）材料選擇方面在選擇材料時(shí)只注意了材料的部分常規(guī)性能指標(biāo)，而對(duì)零件的失效形式、實(shí)際性能指標(biāo)要求的判斷存在較大的偏差，造成選材錯(cuò)誤。對(duì)產(chǎn)品本身的工作條件、性能特點(diǎn)理解不深，照搬同類產(chǎn)品的材料和處理工藝，忽略了產(chǎn)品間的差異，造成選材不當(dāng)。選用的材料質(zhì)量差，含有夾雜物、雜質(zhì)元素或不良組織，使得零件達(dá)不到應(yīng)有的性能指標(biāo)。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）材料選擇方面第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）加工工藝方面在零件加工和成形過程中，由于采用的工藝方法和工藝參數(shù)不正確，使零件產(chǎn)生各種各樣的缺陷，最終導(dǎo)致零件失效。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）加工工藝方面第10章常用機(jī)械工程材料的選用（4）裝配安裝使用方面零件裝配工藝或操作不當(dāng)，零件裝配或配合過緊、過松，或者機(jī)器安裝時(shí)對(duì)中不準(zhǔn)、固定不緊、潤(rùn)滑不良等都可造成失效。在使用過程中，由于操作、維護(hù)、保養(yǎng)不當(dāng)，或不按要求違規(guī)使用，均由可能使零件失效。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（4）裝配安裝使用方面第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.零件失效分析的方法（1）收集證據(jù)；（2）調(diào)查經(jīng)過；（3）查閱資料；（4）試驗(yàn)分析；（5）綜合分析。第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.零件失效分析的方法第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.2材料選擇的一般原則、方法和步驟10.2.1材料選擇的一般原則1.材料的使用性能材料的使用性能是指零件在工作時(shí)材料應(yīng)具有的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。材料的使用性能是材料選擇時(shí)最主要的依據(jù)，其要求是根據(jù)零件的工作條件和失效形式提出的。第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.2材料選擇的一第10章常用機(jī)械工程材料的選用零件的工作條件主要包括三個(gè)方面：（1）受力狀態(tài)（2）工作環(huán)境（3）特殊要求第10章常用機(jī)械工程材料的選用零件的工作條件主要包括三第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料的工藝性能材料的工藝性能是指材料加工成形的難易程度。（1）鑄造性能金屬材料的鑄造性能一般從流動(dòng)性、收縮性、偏析傾向等方面進(jìn)行綜合評(píng)定。鑄造性能好的材料通常具有流動(dòng)性好、收縮率低和偏析傾向小的特點(diǎn)。在常用的鑄造合金中，鑄造鋁合金和銅合金的鑄造性能較好，其次是鑄鐵，鑄鋼的鑄造性能較差。在各種鑄鐵中，又以灰鑄鐵的鑄造性能最好。第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料的工藝性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）壓力加工性能壓力加工性能主要包括鍛造性能、冷沖壓性能等，通常用材料的塑性和變形抗力來衡量。材料的塑性越好，變形抗力越小，則其壓力加工性能也越好。一般來說，純金屬的壓力加工性能優(yōu)于其合金，單相固溶體優(yōu)于多相合金，低碳鋼優(yōu)于高碳鋼，非合金鋼優(yōu)于合金鋼。第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）壓力加工性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）焊接性能焊接性能一般用焊接接頭的力學(xué)性能和焊縫處形成裂紋、脆性和氣孔的傾向來衡量。低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼具有良好的焊接性能。中碳鋼的焊接性能有所下降。鑄鐵由于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大，焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋的傾向較大，焊縫處易形成白口組織。銅合金和鋁合金的導(dǎo)熱性高，焊接時(shí)裂紋傾向大，易產(chǎn)生氧化、氣孔等缺陷，焊接性能較差，需采用氬弧焊工藝進(jìn)行焊接。第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）焊接性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用（4）切削加工性能切削加工性能一般從切削速度、切削抗力、零件表面粗糙度、斷屑能力以及刀具磨損量等方面來評(píng)價(jià)。鋁、鎂、銅合金和易切削鋼的切削加工性能較好，其次是碳鋼和鑄鐵，鈦合金、高溫合金、奧氏體不銹鋼等材料的切削加工性能則較差。第10章常用機(jī)械工程材料的選用（4）切削加工性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用（5）熱處理工藝性能熱處理工藝性能主要包括淬透性、淬硬性、變形開裂傾向、氧化脫碳傾向、過熱敏感性、回火脆性和回火穩(wěn)定性等。材料的選擇和熱處理工藝的制定往往是同時(shí)進(jìn)行、綜合考慮的結(jié)果。第10章常用機(jī)械工程材料的選用（5）熱處理工藝性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.材料的經(jīng)濟(jì)性（1）材料的價(jià)格

（2）零件的加工費(fèi)用

（3）使用維修成本

（4）資源供應(yīng)狀況

第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.材料的經(jīng)濟(jì)性第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.2.2材料選擇的方法與步驟1.材料選擇的方法

（1）以綜合力學(xué)性能為主

要求材料具有良好的綜合力學(xué)性能，即材料的強(qiáng)度和疲勞極限要高，同時(shí)還要有較好的塑性與韌性。常選用中碳鋼或中碳合金鋼，正火或調(diào)質(zhì)處理后使用，其中最常用的是45鋼和40Cr鋼。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.2.2材料選第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）以疲勞強(qiáng)度為主選材時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮材料的抗疲勞性能。通常，材料的強(qiáng)度越高，其疲勞強(qiáng)度也越高；調(diào)質(zhì)處理比正火和退火組織具有更高的疲勞強(qiáng)度。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）以疲勞強(qiáng)度為主第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）以磨損為主

①磨擦劇烈，但受力較小，無大的沖擊載荷的零件，如鉆套、頂尖、量具等。對(duì)塑性和韌性要求不高，通常選用高碳鋼或高碳合金鋼，進(jìn)行淬火+低溫回火處理，得到高硬度的回火馬氏體和碳化物組織，就可以滿足使用要求。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）以磨損為主第10章常用機(jī)械工程材料的選用②同時(shí)承受磨損和交變載荷，以及一定的沖擊載荷的零件，要求材料表面具有較高的耐磨性，同時(shí)還要有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性。

材料本身應(yīng)具有良好的綜合力學(xué)性能，還要能通過表面熱處理等強(qiáng)化方法提高其表面耐磨性。

③要求具有小的摩擦系數(shù)的零件，如滑動(dòng)軸承、軸套等，可采用軸承合金、減磨鑄鐵、工程塑料等材料制造。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用②同時(shí)承受磨損和交變載荷第10章常用機(jī)械工程材料的選用（4）以特殊性能為主

對(duì)于特殊條件下工作的零件，主要應(yīng)考慮材料的特殊性能。如在高溫下工作并承受較大載荷的零件，一般選用熱強(qiáng)鋼或高溫合金；而受力不大的零件則可考慮采用耐熱鑄鐵制造。對(duì)于在腐蝕性介質(zhì)中工作的零件，主要應(yīng)考慮其對(duì)相應(yīng)介質(zhì)的耐蝕能力。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（4）以特殊性能為主第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料選擇的步驟

（1）分析零件的工作條件和失效形式，明確零件材料的主要性能要求。

（2）對(duì)同類產(chǎn)品的材料選用情況進(jìn)行調(diào)研，從各個(gè)方面進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。

（3）查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，通過相應(yīng)的計(jì)算，確定零件應(yīng)有的各種性能指標(biāo)。

（4）初步選擇具體的零件牌號(hào)，并決定熱處理工藝和其他強(qiáng)化方法。

（5）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最終確定材料和熱處理工藝。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料選擇的步驟第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.3典型零件的材料選擇10.3.1軸類零件

1.工作條件和失效形式

（1）承受交變的彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷的復(fù)合作用，易導(dǎo)致疲勞斷裂。

（2）承受過載和沖擊載荷，易導(dǎo)致軸產(chǎn)生過量變形，甚至斷裂。

（3）軸頸或花鍵處承受局部摩擦和磨損，易導(dǎo)致磨損失效。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.3典型零件的材第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料應(yīng)具備的性能

（1）良好的綜合力學(xué)性能，即具有足夠的強(qiáng)度和一定的塑韌性，防止過量變形和斷裂。（2）高的疲勞強(qiáng)度，防止疲勞斷裂。（3）高的表面硬度和耐磨性，防止軸頸等處磨損。（4）在高溫條件下、或腐蝕性介質(zhì)中，還要求有高的抗蠕變能力和耐腐蝕性能。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料應(yīng)具備的性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.材料選擇與工藝路線

（1）材料選擇

①

載荷不大或不重要的軸，常選用Q235、Q275等碳素結(jié)構(gòu)鋼，不經(jīng)熱處理直接使用。

②

承受一定的彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷的軸，一般選用35、40、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理，并對(duì)有耐磨性要求的部分進(jìn)行表面淬火處理。

③

載荷較大、截面較大或承受一定沖擊載荷的軸，可選用40Cr、35CrMo和40CrNiMo等合金調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，并對(duì)有耐磨性要求的部分進(jìn)行表面淬火處理。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.材料選擇與工藝路線第10章常用機(jī)械工程材料的選用④

耐磨性要求較高、承受較大沖擊載荷的軸，可選用20Cr、20CrMnTi等合金滲碳鋼，經(jīng)滲碳、淬火、回火處理后使用。

⑤

要求精度高、尺寸穩(wěn)定性好、耐磨性好的軸，可選用38CrMoAlA鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理和氮化處理后使用。

⑥對(duì)于形狀復(fù)雜的軸，如曲軸，可采用QT600-3、QT700-2等球墨鑄鐵制造。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用④耐磨性要求較高、承受第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）工藝路線

①中碳結(jié)構(gòu)鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼主軸工藝路線：

下料→鍛造→正火或退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火+回火→粗磨→低溫回火→精磨。

②合金滲碳鋼主軸工藝路線：

下料→鍛造→正火→精車→滲碳、淬火+低溫回火→粗磨→低溫回火→精磨。

③氮化鋼主軸工藝路線：

下料→鍛造→退火→粗車→調(diào)質(zhì)→精車→低溫回火→粗磨→氮化→精磨。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）工藝路線第10章常用機(jī)械工程材料的選用4.軸類零件選材舉例

（1）機(jī)床主軸的選材

機(jī)床主軸一般承受中等的扭轉(zhuǎn)和彎曲復(fù)合載荷，轉(zhuǎn)速中等并承受一定的沖擊載荷，局部表面承受摩擦和磨損，因而要求其材料應(yīng)具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能和良好的抗疲勞性能。機(jī)床主軸常選用45鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，軸頸等處再進(jìn)行局部表面淬火，載荷較大時(shí)可選用40Cr等合金鋼制造。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用4.軸類零件選材舉例第10章常用機(jī)械工程材料的選用某機(jī)床主軸主要承受交變的彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷的復(fù)合作用，其載荷不大、轉(zhuǎn)速不高，有時(shí)受到不大的沖擊載荷作用，具有一般的綜合力學(xué)性能即可滿足使用要求。其大端的內(nèi)錐孔和外錐體在與頂尖和卡盤的裝卸過程中有相對(duì)摩擦，花鍵部位與齒輪有相對(duì)滑動(dòng)，為了防止這些部位表面磨損和劃傷，要求有較高的硬度和耐磨性。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用某機(jī)床主軸主要承受交變的第10章常用機(jī)械工程材料的選用該主軸可選用45鋼制造。熱處理工藝為整體調(diào)質(zhì)處理，硬度為220～250HBS；內(nèi)錐孔和外錐體局部淬火，硬度為45～50HRC；花鍵部位高頻淬火，硬度為48～53HRC。

其加工工藝路線如下：

下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工(除花鍵外)→局部淬火+回火(內(nèi)錐孔和外錐體)→粗磨(外圓、外錐體和內(nèi)錐孔)→銑花鍵+花鍵高頻淬火+低溫回火→精磨(外圓、外錐體和內(nèi)錐孔)。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用該主軸可選用45鋼制造。第10章常用機(jī)械工程材料的選用①正火：消除鍛造應(yīng)力，并得到合適的硬度（180～220HBS），便于切削加工。同時(shí)也改善鍛造組織，為調(diào)質(zhì)處理做準(zhǔn)備。

②調(diào)質(zhì)：調(diào)質(zhì)處理后組織為回火索氏體，硬度為220～250HBS，使主軸得到良好的綜合力學(xué)性能和疲勞強(qiáng)度。

③局部淬火：內(nèi)錐孔和外錐體采用鹽浴快速加熱局部淬火，經(jīng)回火后達(dá)到所要求的硬度，可提高其耐磨性，保證裝配精度。④高頻淬火+回火：花鍵部位采用高頻淬火，變形較小，經(jīng)回火后達(dá)到所要求的表面硬度。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用①正火：消除鍛造應(yīng)力，并第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）內(nèi)燃機(jī)曲軸的選材

曲軸的主要失效形式是疲勞斷裂和軸頸磨損。疲勞斷裂有彎曲疲勞和扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂兩種形式，磨損則以軸頸表面最為嚴(yán)重。

曲軸材料主要應(yīng)具有如下的性能：

①具有高的強(qiáng)度和一定的韌性。

②具有高的彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和足夠的剛度。

③軸頸表面要具有高的硬度和耐磨性。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）內(nèi)燃機(jī)曲軸的選材第10章常用機(jī)械工程材料的選用鍛鋼曲軸：

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(軸頸)→精磨。

①正火：消除鍛造應(yīng)力，得到合適的硬度，同時(shí)改善組織，并為調(diào)質(zhì)做組織準(zhǔn)備。

②調(diào)質(zhì)：獲得回火索氏體組織，使主軸具有良好的綜合力學(xué)性能和疲勞強(qiáng)度。調(diào)質(zhì)后硬度適中，切削加工性能良好。

③局部表面淬火：軸頸處采用中頻淬火，提高表面硬度和耐磨性，獲得較深的硬化層。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用鍛鋼曲軸：第10章常用機(jī)械工程材料的選用鑄造曲軸：

球墨鑄鐵具有鑄造性能好、減磨、吸振性能優(yōu)良、缺口敏感性小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于曲軸的鑄造，常用的材料有QT600-3、QT700-2等。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用鑄造曲軸：第10章常用機(jī)械工程材料的選用其加工工藝路線如下：

鑄造毛坯→高溫正火→高溫回火→切削加工→軸頸氣體氮化→精磨。

①正火：采用950℃高溫正火工藝，獲得細(xì)珠光體基體組織，以提高其強(qiáng)度、硬度和耐磨性。

②高溫回火：采用560℃高溫回火工藝，消除正火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

③氮化(570℃)：對(duì)軸頸處采用570℃的氣體滲氮工藝，以提高軸頸表面硬度和耐磨性。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用其加工工藝路線如下：第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.3.2齒輪類零件

1.工作條件和失效形式

（1）由于傳遞扭矩，齒根承受較大的交變彎曲應(yīng)力，易導(dǎo)致齒根部位發(fā)生疲勞斷裂。

（2）齒面相互滾動(dòng)和滑動(dòng)，承受很大的接觸壓應(yīng)力和摩擦力，易產(chǎn)生齒面磨損和齒面接觸疲勞破壞。

（3）換擋、啟動(dòng)或嚙合不均時(shí)，輪齒承受一定沖擊載荷，易使齒面產(chǎn)生塑性變形。

（4）瞬時(shí)過載、潤(rùn)滑油腐蝕和外部硬質(zhì)顆粒的侵入，齒輪的工作條件更加惡化，易造成輪齒折斷、齒面腐蝕、磨損加劇等破壞。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.3.2齒輪類第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料應(yīng)具備的性能

（1）高的彎曲疲勞強(qiáng)度，以防輪齒疲勞斷裂。

（2）齒面具有高的接觸疲勞強(qiáng)度、高的硬度和耐磨性，以防疲勞點(diǎn)蝕和齒面過量磨損。

（3）齒輪心部具要有足夠的強(qiáng)度和韌性，防止輪齒因過載而斷裂。

（4）良好的工藝性能，如切削加工性好、熱處理變形小且變形有一定規(guī)律、淬透性好等，保證齒輪的加工精度和質(zhì)量。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料應(yīng)具備的性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.材料選擇與工藝路線

（1）調(diào)質(zhì)鋼

工藝路線一般為鍛造毛坯經(jīng)粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，再經(jīng)精加工后進(jìn)行表面淬火和低溫回火。

（2）滲碳鋼

工藝路線一般為鍛造毛坯經(jīng)正火處理后進(jìn)行精加工，然后進(jìn)行滲碳、淬火+低溫回火處理，表面具有很高的硬度和耐磨性，心部具有良好的韌性，其齒面接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和心部強(qiáng)度和沖擊韌性均優(yōu)于表面淬火齒輪。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.材料選擇與工藝路線第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）鑄鋼和鑄鐵

鑄鋼的工藝路線一般為鑄造毛坯先正火處理，經(jīng)切削加工后進(jìn)行表面淬火和低溫回火。

鑄鐵的工藝路線一般為鑄造毛坯先退火或正火處理，經(jīng)切削加工后進(jìn)行表面淬火和低溫回火。

（4）非鐵金屬

（5）工程塑料

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）鑄鋼和鑄鐵第10章常用機(jī)械工程材料的選用4.齒輪類零件選材舉例

（1）機(jī)床齒輪的選材

某機(jī)床變速箱齒輪，采用45鋼制造，其加工工藝路線如下：下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→高頻淬火+低溫回火→精磨。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用4.齒輪類零件選材舉例第10章常用機(jī)械工程材料的選用①正火：消除鍛造應(yīng)力，使組織均勻并細(xì)化，得到合適的硬度，便于切削加工。正火后材料具有一定的綜合力學(xué)性能，對(duì)于一般用途的齒輪，可省略調(diào)質(zhì)處理。

②調(diào)質(zhì)：獲得回火索氏體組織，使齒輪心部具有良好的綜合力學(xué)性能，使齒輪能承受較大的交變彎曲載荷和沖擊載荷。

③高頻淬火和低溫回火：高頻淬火可提高齒輪表面硬度，從而提高耐磨性和點(diǎn)蝕疲勞抗力；使齒輪表面具有一定的殘余壓應(yīng)力，以進(jìn)一步提高疲勞強(qiáng)度。低溫回火可消除淬火應(yīng)力，防止磨削裂紋的產(chǎn)生，提高抗沖擊能力。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用①正火：消除鍛造應(yīng)力，使第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）汽車齒輪的選材如某汽車變速箱齒輪，采用20CrMnTi鋼制造，其加工工藝路線如下：下料→鍛造→正火→切削加工→滲碳、淬火+低溫回火→噴丸處理→精磨。第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）汽車齒輪的選材第10章常用機(jī)械工程材料的選用熱處理工藝分析：①正火消除鍛造應(yīng)力，均勻和細(xì)化組織，降低硬度，改善切削加工性能。②滲碳、淬火+低溫回火滲碳、淬火+低溫回火處理后，滲碳層深度為1.2～1.6mm，表面碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8～1.1％，表面硬度為58～62HRC，心部硬度為30～45HRC，這樣齒面具有高硬度和高耐磨性，而心部具有較高的強(qiáng)度和足夠的韌性。第10章常用機(jī)械工程材料的選用熱處理工藝分析：第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.3.3箱體類零件箱體類零件大多形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、壁厚較薄，所以一般采用鑄造方法生產(chǎn)。根據(jù)其工作條件的不同，可選用灰鑄鐵、鑄鋼、鑄造鋁合金等材料制造。（1）灰鑄鐵：對(duì)于載荷不大、工作平穩(wěn)的箱體，可選用灰鑄鐵，如HT150、HT200等。若與其他零件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，存在摩擦和磨損的，則應(yīng)選用抗拉強(qiáng)度較高的灰鑄鐵HT250或孕育鑄鐵HT300、HT350等。加工工藝路線一般為：鑄造毛坯→去應(yīng)力退火→劃線→切削加工。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.3.3箱體類第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）鑄鋼：對(duì)于載荷較大、要求高強(qiáng)度、高韌性，或在高溫高壓下工作的箱體，應(yīng)選用鑄鋼，如ZG230-450、ZG310-570等。（3）鑄造鋁合金：對(duì)于載荷不大，要求重量輕且熱導(dǎo)性好的小型箱體，如摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱、汽缸頭等，可選用鑄造鋁合金，如ZL105、ZL201等。（4）工程塑料：對(duì)于載荷很小，有一定的耐磨、耐蝕要求，重量輕的箱體零件，可選用工程塑料，如ABS、尼龍、有機(jī)玻璃等。第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）鑄鋼：對(duì)于載荷較大第10章常用機(jī)械工程材料的選用（5）結(jié)構(gòu)鋼：對(duì)于載荷較大、并承受較大沖擊載荷，或單件生產(chǎn)的箱體零件，可采用焊接結(jié)構(gòu)，如選用焊接性能良好的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235或低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345等鋼焊接而成。第10章常用機(jī)械工程材料的選用（5）結(jié)構(gòu)鋼：對(duì)于載荷較第10章常用機(jī)械工程材料的選用箱體類零件應(yīng)根據(jù)其材料和毛坯成形方法的不同，制定不同的加工工藝路線，并采取相應(yīng)的熱處理工藝。鑄鋼箱體一般存在組織偏析、晶粒粗大、鑄造應(yīng)力較大的缺陷，可采用完全退火或正火處理。鑄鐵件為了消除鑄造應(yīng)力，可進(jìn)行去應(yīng)力退火或自然時(shí)效。鑄造鋁合金則應(yīng)進(jìn)行退火或淬火+時(shí)效處理，以改善力學(xué)性能。焊接箱體應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火，以消除焊接應(yīng)力。第10章常用機(jī)械工程材料的選用箱體類零件應(yīng)根據(jù)其材料和第二章

機(jī)械工程常用材料及鋼的熱處理第二章

機(jī)械工程常用材料及鋼的熱處理參考文獻(xiàn)史美堂，《金屬材料及熱處理》，上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003齊寶森等，《機(jī)械工程材料》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003戈曉嵐等，《工程材料》，東南大學(xué)出版社，2004其他與金屬材料及熱處理的相關(guān)書籍參考文獻(xiàn)史美堂，《金屬材料及熱處理》，上海科學(xué)技術(shù)出版社，2主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)金屬材料的力學(xué)性能第三節(jié)常用的工程材料第四節(jié)鋼的熱處理第五節(jié)表面精飾第六節(jié)精密儀器材料選用原則主要內(nèi)容第一節(jié)概述第一節(jié)概述機(jī)械工程材料金屬材料非金屬材料黑色金屬鋼有色金屬鑄鐵合金鋼無機(jī)非金屬材料有機(jī)材料塑料橡膠陶瓷合成纖維鋁合金銅合金其他有色合金第一節(jié)概述機(jī)械工程材料金屬材料非金屬材料黑色金屬鋼有色金應(yīng)力極限彈性階段彈性極限p屈服階段屈服點(diǎn)s強(qiáng)化階段強(qiáng)度極限b頸縮階段第二節(jié)金屬材料的力學(xué)性能應(yīng)力極限彈性階段彈性極限p屈服階段屈服點(diǎn)s強(qiáng)化階段強(qiáng)度極強(qiáng)度：材料抵抗破壞的能力剛度：材料抵抗變形的能力（E、G）塑性：材料破壞時(shí)，遺留變形的大小伸長(zhǎng)率、斷面收縮率硬度：材料抵抗硬物壓入的能力布氏硬度HBW、洛氏硬度HRC、維氏硬度HV第二節(jié)金屬材料的力學(xué)性能強(qiáng)度：材料抵抗破壞的能力第二節(jié)金屬材料的力學(xué)性能影響力學(xué)性能的主要因素

1、含碳量含碳量越高，強(qiáng)度和硬度越高，但塑性顯著降低。

2、雜質(zhì)元素：有益Si、Mn，有害S、P3、合金元素加入某些合金元素，可提高和改善其綜合力學(xué)性能，并獲得某些特殊的物理和化學(xué)性能。

4、溫度一般，低溫條件下強(qiáng)度有所增加，塑性和沖擊韌性下降，高溫條件下相反。

5、熱處理工藝第二節(jié)金屬材料的力學(xué)性能影響力學(xué)性能的主要因素第二節(jié)金屬材料的力學(xué)性能鋼鐵材料（黑色金屬）1、非合金鋼（碳鋼）含碳2％以下的鐵碳合金、少量雜質(zhì)

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼按質(zhì)量等級(jí)分類：普通質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)和特殊質(zhì)量按用途分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼第三節(jié)常用工程材料鋼鐵材料（黑色金屬）第三節(jié)常用工程材料2、合金鋼人為加入Cr、Mn、Ni、Ti、Mo等，具有高的強(qiáng)度、韌性、硬度，以及某些特殊性能（如耐腐蝕性、高溫強(qiáng)度等）。3、鑄鐵：良好的鑄造性能、減摩性能、吸振性能、切削加工性能、低的缺口敏感性，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉?；诣T鐵：C－自由狀態(tài)的片狀石墨形式球墨鑄鐵：C－球狀石墨形式，較高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性。第三節(jié)常用工程材料2、合金鋼第三節(jié)常用工程材料有色金屬1、銅及其合金：工業(yè)純銅、黃銅（銅鋅二元合金）、青銅（錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、錳青銅等）2、鋁及其合金：純鋁、硬鋁、鑄鋁3、鈦及其合金：純鈦、鈦合金第三節(jié)常用工程材料有色金屬第三節(jié)常用工程材料非金屬1、工程塑料－特點(diǎn)：密度小，比強(qiáng)度高，良好的抗蝕型，優(yōu)良的電絕緣性，耐磨、減摩、自潤(rùn)滑性好，工藝性好－分類：熱固性塑料、熱塑性塑料2、橡膠：高彈性、絕緣性－密封件、緩沖件、絕緣件

上述二者易老化，難回收（污染）3、人工合成礦物：剛玉、石英第三節(jié)常用工程材料非金屬第三節(jié)常用工程材料鋼的熱處理加熱、保溫、冷卻改變金屬整體或表面組織，獲得所需性能。種類

1、普通熱處理：退火、正火、淬火、回火

2、表面熱處理和化學(xué)熱處理：感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱、電解加熱、滲碳、氮化、碳氮共滲

3、其他熱處理第四節(jié)鋼的熱處理鋼的熱處理第四節(jié)鋼的熱處理退火：加熱、保溫、隨爐冷卻目的：降低硬度、細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力，預(yù)先熱處理正火：加熱、保溫、空氣冷卻目的：同退火，更高的力學(xué)性能淬火：加熱，保溫，水、油或鹽水冷卻目的：提高零件的硬度和耐磨性，強(qiáng)化材料。但淬火后，出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，材料變脆，須回火。方法：?jiǎn)谓橘|(zhì)淬火；雙介質(zhì)淬火第四節(jié)鋼的熱處理退火：加熱、保溫、隨爐冷卻第四節(jié)鋼的熱處理回火：零件淬火后，加熱至臨界溫度之下，保溫，以一定速度冷卻。目的：達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙要求的硬度，消除內(nèi)應(yīng)力?；鼗鸸に嚨姆N類：

1、低溫回火（150～250C）

2、中溫回火（350～500C）

3、高溫回火（500～650C）調(diào)質(zhì)處理－淬火＋高溫回火第四節(jié)鋼的熱處理回火：零件淬火后，加熱至臨界溫度之下，保溫，以一定速度冷卻。表面熱處理：僅對(duì)鋼的表面進(jìn)行加熱和冷卻而不改變其成分的熱處理工藝。目的：提高零件的表層硬度、抗磨損性能。方式：

感應(yīng)加熱：利用交流電的集膚效應(yīng)，對(duì)零件進(jìn)行加熱，并通過控制電流頻率得到不同的淬硬層深度。

火焰加熱：利用火焰加熱工件表面，然后立即用水噴射冷卻。調(diào)節(jié)燒嘴的位置和移動(dòng)速度即可得到不同厚度的淬硬層。。第四節(jié)鋼的熱處理表面熱處理：僅對(duì)鋼的表面進(jìn)行加熱和冷卻而不改變其成分的熱處理化學(xué)熱處理將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入其表面，改變其化學(xué)成分和組織，達(dá)到改進(jìn)表面性能、滿足技術(shù)要求的熱處理過程。目的：提高鋼件表層的耐磨性、耐蝕性、抗氧化性和疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能。按表面滲入元素的不同，分為滲碳、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鋁等種類。第四節(jié)鋼的熱處理化學(xué)熱處理第四節(jié)鋼的熱處理表面精飾是指在金屬零件的表面附上一層覆蓋層，以達(dá)到防蝕、裝飾等目的。種類電鍍：鍍鉻、鍍鎳、鍍鋅、鍍鎘、鍍銀化學(xué)處理：氧化和磷化涂漆第五節(jié)表面精飾第六節(jié)精密儀器材料選用原則使用要求、工藝要求、經(jīng)濟(jì)要求表面精飾是指在金屬零件的表面附上一層覆蓋層，以達(dá)到防蝕、裝飾Fe－Fe3C相圖Fe－Fe3C相圖奧氏體連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變奧氏體連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變感應(yīng)加熱火焰加熱感應(yīng)加熱火焰加熱氣體滲碳法示意氣體滲碳法示意88安徽工程科技學(xué)院機(jī)械工程系：龔建成《機(jī)械基礎(chǔ)》課程CAI課件1安徽工程科技學(xué)院《機(jī)械基礎(chǔ)》課程CAI課件89第4章機(jī)械工程常用材料及其工程性能4.1概述材料金屬材料無機(jī)非金屬材料有機(jī)材料-塑料，橡膠，合成纖維非金屬材料黑色金屬材料－鐵基金屬合金有色金屬材料2第4章機(jī)械工程常用材料及其工程性能4.1概述材料金屬材904.2金屬材料的機(jī)械性能機(jī)械性能強(qiáng)度剛度塑性材料抵抗塑性變形和斷裂的能力材料抵抗彈性變形的能力在外力作用下金屬產(chǎn)生塑性變形而不產(chǎn)生斷裂的能力硬度材料抵抗局部塑性變形能力的性能指標(biāo)金屬的疲勞當(dāng)應(yīng)力的周期循環(huán)次數(shù)增加到某一數(shù)值N后，材料也會(huì)產(chǎn)生斷裂線膨脹系數(shù)α34.2金屬材料的機(jī)械性能機(jī)械性能強(qiáng)度剛度塑性材料抵抗塑性91材料在軸向拉伸或壓縮時(shí)的機(jī)械性質(zhì)力變形應(yīng)力應(yīng)變4材料在軸向拉伸或壓縮時(shí)的機(jī)械性質(zhì)力變形應(yīng)力應(yīng)變924.3常用的工程材料黑色金屬鑄鐵含碳量大于2.06％的鐵碳合金；

制作底座、支架、工作臺(tái)合金鋼為改善鋼的性能，在鋼中加入一種或數(shù)種合金元素的鋼－鉻錳鎳硅鋁鎢碳素鋼（含碳量0.04%-1.7％的鐵碳合金稱為鋼）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼－Q244、

Q274制造強(qiáng)度要求高的零件－連桿、軸優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼－鋼號(hào)10、

14、

20、

84－一般零部件應(yīng)用（0.01％）碳素工具鋼－T8、

T12A（高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具剛）－一般零部件應(yīng)用（0.1％）54.3常用的工程材料黑色金屬鑄鐵含碳量大于2.06％的鐵93有色金屬形狀記憶合金在宇航、電子、醫(yī)療等方面應(yīng)用銅及銅合金不宜制造結(jié)構(gòu)零件，常制作電元件和耐磨件，價(jià)格貴純銅銅與鋅合金，H80、H49(銅含量)、HPb49-1

、HMn48-2（特殊）黃銅銅與錫鉛等元素的合金

－錫青銅（銅錫合金）

－無錫青銅（含鋁鈹錳等元素）青銅鋁及鋁合金鑄鋁合金變形鋁合金超硬鋁合金6有色金屬形狀記憶合金在宇航、電子、醫(yī)療等方面應(yīng)用銅及銅合金94非金屬材料工程塑料陶瓷材料密度小，質(zhì)量輕，耐腐蝕性好，易加工；硬度高、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕人工合成礦物寶石石英橡膠耐腐蝕性好，耐磨損和耐放射性；7非金屬材料工程塑料陶瓷材料密度小，質(zhì)量輕，耐腐蝕性好，易加954.4金屬材料的熱處理與表面精飾熱處理普通熱處理鋼的熱處理：將鋼在固態(tài)范圍內(nèi)施以不同形式的加熱、保溫和冷卻，從而改變（或改善）其組織結(jié)構(gòu)以達(dá)到預(yù)期性能的操作工藝。表面熱處理退火正火淬火回火表面淬火化學(xué)熱處理火焰加熱感應(yīng)加熱滲碳氮化氰化84.4金屬材料的熱處理與表面精飾熱處理普通熱處理鋼的熱處96普通熱處理退火將鋼加熱稍高于臨界溫度－保持一定時(shí)間－緩慢冷卻；

目的：軟化鋼件，以利于切削，細(xì)化晶粒，改善組織以提高化學(xué)性能；消除殘余應(yīng)力，以防止變形、干裂；正火淬火回火將鋼加熱稍高于臨界溫度－保持一定時(shí)間－在空氣中冷卻；

目的：強(qiáng)度硬度比退火后高；利于切削加工將鋼加熱高于臨界溫度－保溫－在水或油中迅速冷卻；

目的：提高零件硬度和耐磨性；將淬火后零件－重新加熱低于臨界溫度－保溫－在水或油中迅速冷卻；

目的：消除淬火時(shí)冷卻過快產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；是淬火后必須程序；9普通熱處理退火將鋼加熱稍高于臨界溫度－保持一定時(shí)間－緩慢冷974.4金屬材料的熱處理與表面精飾表面熱處理表面淬火化學(xué)熱處理快速加熱－－迅速冷卻

目的：使表面變硬；內(nèi)部塑性和韌性較好；－－齒輪、蝸桿、絲桿、軸頸；將工件在一定介質(zhì)中加熱和保溫－使介質(zhì)中活性原子滲入表層－改變表層化學(xué)成分和組織－使具有特殊的力學(xué)或物理化學(xué)性能；滲碳；氮化；氰化

金屬零件的表面精飾電鍍化學(xué)處理涂漆目的：在金屬表面加覆蓋層，以達(dá)到防腐、改善性能和裝飾作用；104.4金屬材料的熱處理與表面精飾表面熱處理表面淬火化學(xué)9811第10章常用機(jī)械工程材料的選用

10.1機(jī)械零件的失效與分析10.2材料選擇的一般原則、方法和步驟10.3典型零件的材料選擇第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1機(jī)械零件的第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1.1失效的概念所謂失效，就是指機(jī)械零件失去正常條件下所應(yīng)具有的工作能力的現(xiàn)象。

零件失效一般分為下列三種情況：

（1）完全破壞，不能繼續(xù)工作；

（2）嚴(yán)重?fù)p傷，繼續(xù)工作不安全；

（3）輕微損壞，能安全地工作，但已達(dá)不到預(yù)定的精度或功能。

10.1機(jī)械零件的失效與分析第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1.1失效的第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1.2機(jī)械零件失效的形式1.斷裂失效

斷裂失效是指機(jī)械零件在工作過程中由于應(yīng)力的作用發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象。

（1）塑性斷裂

塑性斷裂是指零件承載截面上所受的應(yīng)力超過了零件材料的屈服強(qiáng)度，產(chǎn)生塑性變形，直至發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1.2機(jī)械零件第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）疲勞斷裂

疲勞斷裂是指零件在交變循環(huán)應(yīng)力多次作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。

疲勞斷裂的主要特點(diǎn)是：①引起疲勞斷裂的應(yīng)力較低，一般大大低于材料的屈服強(qiáng)度；②斷裂前沒有明顯的宏觀塑性變形，在沒有預(yù)兆的情況下突然發(fā)生斷裂。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）疲勞斷裂第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）低應(yīng)力脆性斷裂

低應(yīng)力脆性斷裂是指零件在所受應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。脆性斷裂往往會(huì)帶來災(zāi)難性的后果，是最危險(xiǎn)的零件失效形式。

（4）蠕變斷裂

蠕變是指金屬材料在較高溫度（再結(jié)晶溫度以上）與應(yīng)力的作用下，緩慢地產(chǎn)生塑性變形，且變量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。零件由蠕變而引起的斷裂稱為蠕變斷裂。第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）低應(yīng)力脆性斷裂第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.過量變形失效

過量變形失效是指機(jī)械零件在工作中受到外力作用，發(fā)生過量的彈性變形或塑性變形而失效的現(xiàn)象。

（1）過量彈性變形失效

零件在工作時(shí)發(fā)生過量的彈性變形而造成的失效。

（2）過量塑性變形失效

當(dāng)受力超過了材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，零件就會(huì)發(fā)生塑性變形。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.過量變形失效第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.表面損傷失效

表面損傷失效是指機(jī)械零件在工作中，由于機(jī)械力或化學(xué)腐蝕的作用，使其工作表面產(chǎn)生磨損、疲勞點(diǎn)蝕、腐蝕等損傷的現(xiàn)象。

根據(jù)損傷形式的不同，表面損傷失效一般分為磨損失效、表面疲勞失效和腐蝕失效三大類。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.表面損傷失效第10章常用機(jī)械工程材料的選用（1）磨損失效

磨損失效是指在機(jī)械力的作用下，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面之間發(fā)生摩擦，材料以細(xì)屑的形式逐漸磨耗，使零件的表面材料不斷損失，從而導(dǎo)致零件最終失效的一種形式。磨損最常見的有磨粒磨損和黏著磨損兩種主要類型。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（1）磨損失效第10章常用機(jī)械工程材料的選用①磨粒磨損在零件相對(duì)摩擦?xí)r，由于硬質(zhì)顆粒對(duì)金屬表面的切削作用，造成被磨表面產(chǎn)生溝槽，磨面材料逐漸耗損的一種磨損。②黏著磨損

在零件相對(duì)摩擦?xí)r，其表面微小的凸起部分，在壓力和摩擦熱的作用下發(fā)生焊合或黏著，當(dāng)零件繼續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，黏著部分又被撕開，使材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面所造成的表面磨損。黏著磨損又稱咬合磨損。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用①磨粒磨損第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）表面疲勞失效

表面疲勞失效是指相對(duì)滾動(dòng)接觸的零件，在工作過程中，由于交變接觸應(yīng)力的長(zhǎng)期作用，使表層材料發(fā)生疲勞破壞而剝落的現(xiàn)象，又稱疲勞點(diǎn)蝕。

采用表面淬火或化學(xué)熱處理的方法，并使表面硬化層有一定的深度，提高零件的疲勞強(qiáng)度和表面硬度，可有效地提高零件的抗表面接觸疲勞能力。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）表面疲勞失效第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）腐蝕失效

腐蝕失效是指零件表面由于和周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)引起表面損傷的現(xiàn)象。它與材料本身的成分、結(jié)構(gòu)和組織有關(guān)，也與介質(zhì)的性質(zhì)密切相關(guān)。同樣的材料在不同的介質(zhì)中，往往性能表現(xiàn)差異極大，如黃銅在海水和大氣中具有良好的耐蝕性，但在含氨的環(huán)境中卻極易腐蝕。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）腐蝕失效第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1.3機(jī)械零件失效的原因與分析方法1.零件失效的原因

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面

零件的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，薄弱區(qū)域未得到有效的加強(qiáng)，造成零件在工作中承載能力不足。零件的局部結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸設(shè)計(jì)不合理，存在尖角、尖銳缺口和過小的過渡圓角等缺陷，往往是產(chǎn)生應(yīng)力集中的重要原因。第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.1.3機(jī)械零第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）材料選擇方面在選擇材料時(shí)只注意了材料的部分常規(guī)性能指標(biāo)，而對(duì)零件的失效形式、實(shí)際性能指標(biāo)要求的判斷存在較大的偏差，造成選材錯(cuò)誤。對(duì)產(chǎn)品本身的工作條件、性能特點(diǎn)理解不深，照搬同類產(chǎn)品的材料和處理工藝，忽略了產(chǎn)品間的差異，造成選材不當(dāng)。選用的材料質(zhì)量差，含有夾雜物、雜質(zhì)元素或不良組織，使得零件達(dá)不到應(yīng)有的性能指標(biāo)。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）材料選擇方面第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）加工工藝方面在零件加工和成形過程中，由于采用的工藝方法和工藝參數(shù)不正確，使零件產(chǎn)生各種各樣的缺陷，最終導(dǎo)致零件失效。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）加工工藝方面第10章常用機(jī)械工程材料的選用（4）裝配安裝使用方面零件裝配工藝或操作不當(dāng)，零件裝配或配合過緊、過松，或者機(jī)器安裝時(shí)對(duì)中不準(zhǔn)、固定不緊、潤(rùn)滑不良等都可造成失效。在使用過程中，由于操作、維護(hù)、保養(yǎng)不當(dāng)，或不按要求違規(guī)使用，均由可能使零件失效。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（4）裝配安裝使用方面第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.零件失效分析的方法（1）收集證據(jù)；（2）調(diào)查經(jīng)過；（3）查閱資料；（4）試驗(yàn)分析；（5）綜合分析。第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.零件失效分析的方法第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.2材料選擇的一般原則、方法和步驟10.2.1材料選擇的一般原則1.材料的使用性能材料的使用性能是指零件在工作時(shí)材料應(yīng)具有的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。材料的使用性能是材料選擇時(shí)最主要的依據(jù)，其要求是根據(jù)零件的工作條件和失效形式提出的。第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.2材料選擇的一第10章常用機(jī)械工程材料的選用零件的工作條件主要包括三個(gè)方面：（1）受力狀態(tài)（2）工作環(huán)境（3）特殊要求第10章常用機(jī)械工程材料的選用零件的工作條件主要包括三第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料的工藝性能材料的工藝性能是指材料加工成形的難易程度。（1）鑄造性能金屬材料的鑄造性能一般從流動(dòng)性、收縮性、偏析傾向等方面進(jìn)行綜合評(píng)定。鑄造性能好的材料通常具有流動(dòng)性好、收縮率低和偏析傾向小的特點(diǎn)。在常用的鑄造合金中，鑄造鋁合金和銅合金的鑄造性能較好，其次是鑄鐵，鑄鋼的鑄造性能較差。在各種鑄鐵中，又以灰鑄鐵的鑄造性能最好。第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料的工藝性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）壓力加工性能壓力加工性能主要包括鍛造性能、冷沖壓性能等，通常用材料的塑性和變形抗力來衡量。材料的塑性越好，變形抗力越小，則其壓力加工性能也越好。一般來說，純金屬的壓力加工性能優(yōu)于其合金，單相固溶體優(yōu)于多相合金，低碳鋼優(yōu)于高碳鋼，非合金鋼優(yōu)于合金鋼。第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）壓力加工性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）焊接性能焊接性能一般用焊接接頭的力學(xué)性能和焊縫處形成裂紋、脆性和氣孔的傾向來衡量。低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼具有良好的焊接性能。中碳鋼的焊接性能有所下降。鑄鐵由于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大，焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋的傾向較大，焊縫處易形成白口組織。銅合金和鋁合金的導(dǎo)熱性高，焊接時(shí)裂紋傾向大，易產(chǎn)生氧化、氣孔等缺陷，焊接性能較差，需采用氬弧焊工藝進(jìn)行焊接。第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）焊接性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用（4）切削加工性能切削加工性能一般從切削速度、切削抗力、零件表面粗糙度、斷屑能力以及刀具磨損量等方面來評(píng)價(jià)。鋁、鎂、銅合金和易切削鋼的切削加工性能較好，其次是碳鋼和鑄鐵，鈦合金、高溫合金、奧氏體不銹鋼等材料的切削加工性能則較差。第10章常用機(jī)械工程材料的選用（4）切削加工性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用（5）熱處理工藝性能熱處理工藝性能主要包括淬透性、淬硬性、變形開裂傾向、氧化脫碳傾向、過熱敏感性、回火脆性和回火穩(wěn)定性等。材料的選擇和熱處理工藝的制定往往是同時(shí)進(jìn)行、綜合考慮的結(jié)果。第10章常用機(jī)械工程材料的選用（5）熱處理工藝性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.材料的經(jīng)濟(jì)性（1）材料的價(jià)格

（2）零件的加工費(fèi)用

（3）使用維修成本

（4）資源供應(yīng)狀況

第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.材料的經(jīng)濟(jì)性第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.2.2材料選擇的方法與步驟1.材料選擇的方法

（1）以綜合力學(xué)性能為主

要求材料具有良好的綜合力學(xué)性能，即材料的強(qiáng)度和疲勞極限要高，同時(shí)還要有較好的塑性與韌性。常選用中碳鋼或中碳合金鋼，正火或調(diào)質(zhì)處理后使用，其中最常用的是45鋼和40Cr鋼。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.2.2材料選第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）以疲勞強(qiáng)度為主選材時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮材料的抗疲勞性能。通常，材料的強(qiáng)度越高，其疲勞強(qiáng)度也越高；調(diào)質(zhì)處理比正火和退火組織具有更高的疲勞強(qiáng)度。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）以疲勞強(qiáng)度為主第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）以磨損為主

①磨擦劇烈，但受力較小，無大的沖擊載荷的零件，如鉆套、頂尖、量具等。對(duì)塑性和韌性要求不高，通常選用高碳鋼或高碳合金鋼，進(jìn)行淬火+低溫回火處理，得到高硬度的回火馬氏體和碳化物組織，就可以滿足使用要求。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）以磨損為主第10章常用機(jī)械工程材料的選用②同時(shí)承受磨損和交變載荷，以及一定的沖擊載荷的零件，要求材料表面具有較高的耐磨性，同時(shí)還要有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性。

材料本身應(yīng)具有良好的綜合力學(xué)性能，還要能通過表面熱處理等強(qiáng)化方法提高其表面耐磨性。

③要求具有小的摩擦系數(shù)的零件，如滑動(dòng)軸承、軸套等，可采用軸承合金、減磨鑄鐵、工程塑料等材料制造。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用②同時(shí)承受磨損和交變載荷第10章常用機(jī)械工程材料的選用（4）以特殊性能為主

對(duì)于特殊條件下工作的零件，主要應(yīng)考慮材料的特殊性能。如在高溫下工作并承受較大載荷的零件，一般選用熱強(qiáng)鋼或高溫合金；而受力不大的零件則可考慮采用耐熱鑄鐵制造。對(duì)于在腐蝕性介質(zhì)中工作的零件，主要應(yīng)考慮其對(duì)相應(yīng)介質(zhì)的耐蝕能力。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（4）以特殊性能為主第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料選擇的步驟

（1）分析零件的工作條件和失效形式，明確零件材料的主要性能要求。

（2）對(duì)同類產(chǎn)品的材料選用情況進(jìn)行調(diào)研，從各個(gè)方面進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。

（3）查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，通過相應(yīng)的計(jì)算，確定零件應(yīng)有的各種性能指標(biāo)。

（4）初步選擇具體的零件牌號(hào)，并決定熱處理工藝和其他強(qiáng)化方法。

（5）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最終確定材料和熱處理工藝。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料選擇的步驟第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.3典型零件的材料選擇10.3.1軸類零件

1.工作條件和失效形式

（1）承受交變的彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷的復(fù)合作用，易導(dǎo)致疲勞斷裂。

（2）承受過載和沖擊載荷，易導(dǎo)致軸產(chǎn)生過量變形，甚至斷裂。

（3）軸頸或花鍵處承受局部摩擦和磨損，易導(dǎo)致磨損失效。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.3典型零件的材第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料應(yīng)具備的性能

（1）良好的綜合力學(xué)性能，即具有足夠的強(qiáng)度和一定的塑韌性，防止過量變形和斷裂。（2）高的疲勞強(qiáng)度，防止疲勞斷裂。（3）高的表面硬度和耐磨性，防止軸頸等處磨損。（4）在高溫條件下、或腐蝕性介質(zhì)中，還要求有高的抗蠕變能力和耐腐蝕性能。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料應(yīng)具備的性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.材料選擇與工藝路線

（1）材料選擇

①

載荷不大或不重要的軸，常選用Q235、Q275等碳素結(jié)構(gòu)鋼，不經(jīng)熱處理直接使用。

②

承受一定的彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷的軸，一般選用35、40、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理，并對(duì)有耐磨性要求的部分進(jìn)行表面淬火處理。

③

載荷較大、截面較大或承受一定沖擊載荷的軸，可選用40Cr、35CrMo和40CrNiMo等合金調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，并對(duì)有耐磨性要求的部分進(jìn)行表面淬火處理。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.材料選擇與工藝路線第10章常用機(jī)械工程材料的選用④

耐磨性要求較高、承受較大沖擊載荷的軸，可選用20Cr、20CrMnTi等合金滲碳鋼，經(jīng)滲碳、淬火、回火處理后使用。

⑤

要求精度高、尺寸穩(wěn)定性好、耐磨性好的軸，可選用38CrMoAlA鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理和氮化處理后使用。

⑥對(duì)于形狀復(fù)雜的軸，如曲軸，可采用QT600-3、QT700-2等球墨鑄鐵制造。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用④耐磨性要求較高、承受第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）工藝路線

①中碳結(jié)構(gòu)鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼主軸工藝路線：

下料→鍛造→正火或退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火+回火→粗磨→低溫回火→精磨。

②合金滲碳鋼主軸工藝路線：

下料→鍛造→正火→精車→滲碳、淬火+低溫回火→粗磨→低溫回火→精磨。

③氮化鋼主軸工藝路線：

下料→鍛造→退火→粗車→調(diào)質(zhì)→精車→低溫回火→粗磨→氮化→精磨。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）工藝路線第10章常用機(jī)械工程材料的選用4.軸類零件選材舉例

（1）機(jī)床主軸的選材

機(jī)床主軸一般承受中等的扭轉(zhuǎn)和彎曲復(fù)合載荷，轉(zhuǎn)速中等并承受一定的沖擊載荷，局部表面承受摩擦和磨損，因而要求其材料應(yīng)具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能和良好的抗疲勞性能。機(jī)床主軸常選用45鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，軸頸等處再進(jìn)行局部表面淬火，載荷較大時(shí)可選用40Cr等合金鋼制造。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用4.軸類零件選材舉例第10章常用機(jī)械工程材料的選用某機(jī)床主軸主要承受交變的彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷的復(fù)合作用，其載荷不大、轉(zhuǎn)速不高，有時(shí)受到不大的沖擊載荷作用，具有一般的綜合力學(xué)性能即可滿足使用要求。其大端的內(nèi)錐孔和外錐體在與頂尖和卡盤的裝卸過程中有相對(duì)摩擦，花鍵部位與齒輪有相對(duì)滑動(dòng)，為了防止這些部位表面磨損和劃傷，要求有較高的硬度和耐磨性。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用某機(jī)床主軸主要承受交變的第10章常用機(jī)械工程材料的選用該主軸可選用45鋼制造。熱處理工藝為整體調(diào)質(zhì)處理，硬度為220～250HBS；內(nèi)錐孔和外錐體局部淬火，硬度為45～50HRC；花鍵部位高頻淬火，硬度為48～53HRC。

其加工工藝路線如下：

下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工(除花鍵外)→局部淬火+回火(內(nèi)錐孔和外錐體)→粗磨(外圓、外錐體和內(nèi)錐孔)→銑花鍵+花鍵高頻淬火+低溫回火→精磨(外圓、外錐體和內(nèi)錐孔)。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用該主軸可選用45鋼制造。第10章常用機(jī)械工程材料的選用①正火：消除鍛造應(yīng)力，并得到合適的硬度（180～220HBS），便于切削加工。同時(shí)也改善鍛造組織，為調(diào)質(zhì)處理做準(zhǔn)備。

②調(diào)質(zhì)：調(diào)質(zhì)處理后組織為回火索氏體，硬度為220～250HBS，使主軸得到良好的綜合力學(xué)性能和疲勞強(qiáng)度。

③局部淬火：內(nèi)錐孔和外錐體采用鹽浴快速加熱局部淬火，經(jīng)回火后達(dá)到所要求的硬度，可提高其耐磨性，保證裝配精度。④高頻淬火+回火：花鍵部位采用高頻淬火，變形較小，經(jīng)回火后達(dá)到所要求的表面硬度。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用①正火：消除鍛造應(yīng)力，并第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）內(nèi)燃機(jī)曲軸的選材

曲軸的主要失效形式是疲勞斷裂和軸頸磨損。疲勞斷裂有彎曲疲勞和扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂兩種形式，磨損則以軸頸表面最為嚴(yán)重。

曲軸材料主要應(yīng)具有如下的性能：

①具有高的強(qiáng)度和一定的韌性。

②具有高的彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和足夠的剛度。

③軸頸表面要具有高的硬度和耐磨性。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（2）內(nèi)燃機(jī)曲軸的選材第10章常用機(jī)械工程材料的選用鍛鋼曲軸：

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(軸頸)→精磨。

①正火：消除鍛造應(yīng)力，得到合適的硬度，同時(shí)改善組織，并為調(diào)質(zhì)做組織準(zhǔn)備。

②調(diào)質(zhì)：獲得回火索氏體組織，使主軸具有良好的綜合力學(xué)性能和疲勞強(qiáng)度。調(diào)質(zhì)后硬度適中，切削加工性能良好。

③局部表面淬火：軸頸處采用中頻淬火，提高表面硬度和耐磨性，獲得較深的硬化層。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用鍛鋼曲軸：第10章常用機(jī)械工程材料的選用鑄造曲軸：

球墨鑄鐵具有鑄造性能好、減磨、吸振性能優(yōu)良、缺口敏感性小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于曲軸的鑄造，常用的材料有QT600-3、QT700-2等。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用鑄造曲軸：第10章常用機(jī)械工程材料的選用其加工工藝路線如下：

鑄造毛坯→高溫正火→高溫回火→切削加工→軸頸氣體氮化→精磨。

①正火：采用950℃高溫正火工藝，獲得細(xì)珠光體基體組織，以提高其強(qiáng)度、硬度和耐磨性。

②高溫回火：采用560℃高溫回火工藝，消除正火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

③氮化(570℃)：對(duì)軸頸處采用570℃的氣體滲氮工藝，以提高軸頸表面硬度和耐磨性。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用其加工工藝路線如下：第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.3.2齒輪類零件

1.工作條件和失效形式

（1）由于傳遞扭矩，齒根承受較大的交變彎曲應(yīng)力，易導(dǎo)致齒根部位發(fā)生疲勞斷裂。

（2）齒面相互滾動(dòng)和滑動(dòng)，承受很大的接觸壓應(yīng)力和摩擦力，易產(chǎn)生齒面磨損和齒面接觸疲勞破壞。

（3）換擋、啟動(dòng)或嚙合不均時(shí)，輪齒承受一定沖擊載荷，易使齒面產(chǎn)生塑性變形。

（4）瞬時(shí)過載、潤(rùn)滑油腐蝕和外部硬質(zhì)顆粒的侵入，齒輪的工作條件更加惡化，易造成輪齒折斷、齒面腐蝕、磨損加劇等破壞。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用10.3.2齒輪類第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料應(yīng)具備的性能

（1）高的彎曲疲勞強(qiáng)度，以防輪齒疲勞斷裂。

（2）齒面具有高的接觸疲勞強(qiáng)度、高的硬度和耐磨性，以防疲勞點(diǎn)蝕和齒面過量磨損。

（3）齒輪心部具要有足夠的強(qiáng)度和韌性，防止輪齒因過載而斷裂。

（4）良好的工藝性能，如切削加工性好、熱處理變形小且變形有一定規(guī)律、淬透性好等，保證齒輪的加工精度和質(zhì)量。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用2.材料應(yīng)具備的性能第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.材料選擇與工藝路線

（1）調(diào)質(zhì)鋼

工藝路線一般為鍛造毛坯經(jīng)粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，再經(jīng)精加工后進(jìn)行表面淬火和低溫回火。

（2）滲碳鋼

工藝路線一般為鍛造毛坯經(jīng)正火處理后進(jìn)行精加工，然后進(jìn)行滲碳、淬火+低溫回火處理，表面具有很高的硬度和耐磨性，心部具有良好的韌性，其齒面接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和心部強(qiáng)度和沖擊韌性均優(yōu)于表面淬火齒輪。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用3.材料選擇與工藝路線第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）鑄鋼和鑄鐵

鑄鋼的工藝路線一般為鑄造毛坯先正火處理，經(jīng)切削加工后進(jìn)行表面淬火和低溫回火。

鑄鐵的工藝路線一般為鑄造毛坯先退火或正火處理，經(jīng)切削加工后進(jìn)行表面淬火和低溫回火。

（4）非鐵金屬

（5）工程塑料

第10章常用機(jī)械工程材料的選用（3）鑄鋼和鑄鐵第10章常用機(jī)械工程材料的選用4.齒輪類零件選材舉例

（1）機(jī)床齒輪的選材

某機(jī)床變速箱齒輪，采用45鋼制造，其加工工藝路線如下：下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→高頻淬火+低溫回火→精磨。

第10章常用機(jī)械工程材料的選用4.齒輪類零件選材舉例第10章常用機(jī)械工程材料的選用①正火：消除鍛造應(yīng)力，使組織均勻并細(xì)化，得到合適的硬度，便于切削加工。正火后材料具有一定的綜合力學(xué)性能，對(duì)于一般用途的齒輪，可省略調(diào)質(zhì)處理。

②調(diào)質(zhì)：獲得回火索氏體組織，使齒輪心部具有良好的綜合力學(xué)性能，使齒輪能承受較大的交變彎曲載荷和沖擊載荷。

③高頻淬火和低溫回火：高頻淬火可提高齒輪表面硬度，從而提高耐磨性和點(diǎn)蝕疲勞抗力；使齒輪表面具有一定的殘余壓應(yīng)力，以