機(jī)械零件的常用材料和結(jié)構(gòu)工藝性

2023/5/11第一章機(jī)械零件的常用材料和結(jié)構(gòu)工藝性§1-1機(jī)械零件的常用材料及選用§1-2機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性§1-3機(jī)械設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化2023/5/12§1-1機(jī)械零件的常用材料及選用一、機(jī)械零件常用材料

復(fù)合材料黑色金屬（鋼、鑄鐵等）有色金屬（如銅、鋁及其合金等）非金屬材料金屬材料如工程塑料、橡膠、玻璃等如纖維增強(qiáng)塑料、金屬陶瓷等2023/5/13鐵碳合金（C<2%）結(jié)構(gòu)鋼（機(jī)械零件、工程結(jié)構(gòu)等）工具鋼（刀具、量具、模具等）特殊鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等）1、鋼用途碳素鋼（非合金鋼）低合金鋼合金鋼化學(xué)成分2023/5/14表1-1普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號力學(xué)性能（不小于）用途抗拉強(qiáng)度σb/MPa屈服點(diǎn)σs/MPa伸長率δ/%Q195315~43019533沖壓件、焊接件及受載小的機(jī)械零件，如墊圈,開口銷、地腳螺栓等Q215Q235335~450375~5002152353126焊接件、金屬結(jié)構(gòu)件及螺栓、螺母、鉚釘、銷軸、連桿、支座等受載不大的機(jī)械零件Q255Q275410~550490~6302552752420金屬結(jié)構(gòu)件及螺栓、螺母、墊圈、楔、轉(zhuǎn)軸、心軸、鏈輪、吊鉤、連桿等受力較大的機(jī)械零件1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號含義：Q235，Q235-A（B、C、D）2023/5/152）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼表1-2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號力學(xué)性能（不小于）用途抗拉強(qiáng)度σb/MPa屈服點(diǎn)σs/MPa伸長率δ/%10203354102052453125冷沖壓件、連接件及滲碳零件，如心軸、套筒、螺栓、螺母、吊鉤、摩擦片、離合器盤等30454906002953552116調(diào)制零件，如齒輪、套筒、連桿、軸類零件及連接件等6070675715400420129彈簧、彈性墊圈、凸輪及易磨損零件牌號含義：45鋼（平均含碳量為萬分之45)C≤0.25%低碳鋼，強(qiáng)度、硬度低，塑性、焊接性能好0.25%<C<0.6%中碳鋼，綜合性能好，應(yīng)用最廣C≥0.6%高碳鋼，彈性或易磨損元件2023/5/163）合金結(jié)構(gòu)鋼表1-3合金結(jié)構(gòu)鋼牌號力學(xué)性能（不小于）用途抗拉強(qiáng)度σb

/MPa屈服點(diǎn)σs/MPa伸長率δ/%20Cr83554010用于要求心部強(qiáng)度高，承受磨損，尺寸較大的滲碳零件20Mn278559010可代替20Cr鋼制造齒輪、軸等滲碳零件40Cr9807859用于較重要的調(diào)質(zhì)零件，如連桿、重要齒輪、曲軸等35SiMn88573515可代替40Cr鋼制造齒輪、軸類零件65Mn9807858截面小于20mm的冷卷彈簧50CrVA1275113010大截面高強(qiáng)度彈簧牌號含義：如45Mn2，40Cr，50CrVA當(dāng)合金元素的平均含量低于1.5%僅用元素符號表示2023/5/17牌號力學(xué)性能（不小于）用途抗拉強(qiáng)度σb/MPa屈服點(diǎn)σs/MPa伸長率δ/%ZG230-45045023022機(jī)座、機(jī)蓋、箱體等。焊接性良好ZG270-50050027018飛輪、機(jī)架、蒸汽錘、聯(lián)軸器、水壓機(jī)工作缸，焊接性尚好ZG310-57057031015聯(lián)軸器、氣缸、齒輪、重載荷機(jī)架ZG340-64064034010起重運(yùn)輸機(jī)中的齒輪、聯(lián)軸器等重要機(jī)件4）鑄鋼表1-4一般工程用鑄造碳鋼可用鑄造方法來獲得毛坯，適用于尺寸較大、形狀復(fù)雜、要求較高的零件。牌號含義：ZG230-4502023/5/18

2、鑄鐵鐵碳合金（C>2%）

鑄鐵性脆，不適合于鍛壓和焊接，但熔點(diǎn)低，流動性好，可鑄造形狀復(fù)雜的大小鑄件。主要包括：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。牌號力學(xué)性能用途抗拉強(qiáng)度σb/MPa抗壓強(qiáng)度σs/MPaHT200200750氣缸、齒輪、機(jī)床、飛輪、齒條、襯筒、一般機(jī)床鑄有導(dǎo)軌的床身、液壓筒、泵的殼體等.HT2502501000閥殼、油缸、氣缸、聯(lián)軸器、機(jī)體、齒輪、齒輪箱外殼、飛輪、凸輪、軸承座等.HT3003001100齒輪、凸輪、車床卡盤、壓力機(jī)的床身、導(dǎo)板、增壓液壓筒、泵的殼體等.牌號含義：HT150（抗拉強(qiáng)度平均值）表1-5灰鑄鐵2023/5/19銅及銅合金

黃銅：Cu與Zn（≥15%）合金

青銅錫青銅：Cu與Sn的合金

無錫青銅：Cu與Al、Si、Pb等的合金

2)鋁及鋁合金

形變鋁合金：防銹鋁、鍛鋁等

鑄造鋁合金（應(yīng)用最廣的輕金屬）

3、有色金屬銅的力學(xué)性能很低，在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用并不多。2023/5/1101）銅及銅合金表1-6銅合金牌號力學(xué)性能材料狀態(tài)用途抗拉強(qiáng)度σb/MPa伸長率δ/%ZCuSn10P1(10-1錫青銅)22031032砂模金屬模受沖擊載荷的耐磨件，如齒輪、渦輪、軸瓦、襯套、絲桿螺母等ZCuAl10Fe3(10-3鋁青銅)4905401012砂模金屬模重要的軸承、軸套、輪緣及大型鑄件等H62(62黃銅)37049棒材螺母、墊圈、鉚釘、彈簧等導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、減摩耐磨性、耐腐蝕性良好2023/5/1112）鋁及鋁合金表1-7鋁合金牌號力學(xué)性能材料狀態(tài)（棒材）用途抗拉強(qiáng)度σb/MPa伸長率δ/%2Al1(LY11，硬鋁)42015砂模金屬模中等強(qiáng)度零件及焊接件，如螺栓、鉚釘、接頭、骨架等7A04(LC4，超硬鋁)60012砂模金屬模高強(qiáng)度零件、大梁、框架等ZAlSi7Mg(ZL101鑄鋁硅合金)2221棒材中等強(qiáng)度、形狀復(fù)雜的零件，如支架、客體、發(fā)動機(jī)附件等

鋁及鋁合金是應(yīng)用最廣的輕金屬，純鋁有良好的塑性、耐蝕性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和焊接性。2023/5/1124、工程塑料

在工程中用來作結(jié)構(gòu)或傳動件材料的塑料，具有較高的強(qiáng)度，質(zhì)量輕，絕緣性、減摩耐磨性、耐蝕性、耐熱性好。牌號力學(xué)性能用途抗拉強(qiáng)度σb/MPa伸長率δ/%尼龍6646~81.360~200適用于中等載荷、溫度≤100~120℃、無潤滑或少潤滑條件下工作的耐磨受力傳動零件.聚四氟乙烯(PTEE，F(xiàn)-4)13.7~24.5250~350主要用作耐化學(xué)腐蝕、耐高溫的密封元件，也用作輸送腐蝕介質(zhì)的高溫管道、耐腐蝕襯里、容器以及軸承、導(dǎo)軌、無油潤滑活塞環(huán)、密封圈等.酚醛塑料(PF)24.5常用的為層壓酚醛塑料和粉末狀壓制塑料，有板材、管材及幫料等?？捎米鬏S承、軸瓦、帶輪、齒輪、制動裝置和離合裝置的零件、摩擦輪及電器絕緣零件等.表1-8工程塑料2023/5/113二、鋼的熱處理簡介1、熱處理定義：將鋼在固態(tài)下進(jìn)行不同溫度的加熱、保溫和冷卻的工藝方法。目的：促使鋼內(nèi)部組織機(jī)構(gòu)發(fā)生變化，從而提高零件的力學(xué)性能和改善工藝性能。熱處理能充分發(fā)揮材料的潛力，節(jié)省鋼材，延長機(jī)械的使用壽命。2023/5/114

時(shí)間溫度加熱保溫臨界溫度淬火回火調(diào)質(zhì)退火正火加熱保溫臨界溫度調(diào)質(zhì)正火加熱保溫臨界溫度正火回火臨界溫度正火退火正火淬火回火調(diào)質(zhì)化學(xué)熱處理2、常用的熱處理方法2023/5/115

將鋼加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后隨爐冷卻。1.消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，便于切削；2.提高塑性和韌性；3.改善組織為進(jìn)一步熱處理作準(zhǔn)備。退火：2023/5/116正火：1.消除內(nèi)應(yīng)力（不如退火徹底），鋼的強(qiáng)度、硬度較退火高；2.不占用設(shè)備，生產(chǎn)率較高。

將鋼加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后在空氣中冷卻。2023/5/117

將鋼加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后在水或油中快速冷卻。1.鋼的硬度急劇增加，但存在很大的內(nèi)應(yīng)力，脆性增加；2.為了減少內(nèi)應(yīng)力、降低脆性和獲得良好的機(jī)械性能，淬火后一般均需回火。淬火：2023/5/118

將淬火鋼重新加熱到某一低于臨界溫度，保溫一段時(shí)間，然后冷卻?；鼗穑?50～250℃作用：減少內(nèi)應(yīng)力、降低脆性；同時(shí)保存淬火鋼的高硬度和耐磨性。應(yīng)用：刀具，量具350～500℃作用：彈性↑，硬度↓應(yīng)用：有彈性要求的零件，如：彈簧500～650℃作用：強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等都較好應(yīng)用：重要的機(jī)械零件，如：齒輪，軸等。高溫回火中溫回火低溫回火2023/5/119

調(diào)質(zhì)可以提高和改善材料的綜合力學(xué)性能。一些重要的零件，特別是一些在變應(yīng)力作用下的零件，如連桿、齒輪、軸等常采用調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)即淬火和高溫回火的綜合熱處理工藝。調(diào)質(zhì)：2023/5/120

表面淬火

將機(jī)械零件表面迅速加熱到淬火溫度，熱量未傳至中心，即快速冷卻的熱處理方法。2023歪/4/2沒521將機(jī)械付零件放儉在含有竹某種化進(jìn)學(xué)元素胡的介質(zhì)割中加熱燒和保溫度，使該回元素的活性原延子滲入到零件表粱面的熱處截理方法?；瘜W(xué)熱處爆理作用：表面床硬而耐箭磨，芯繡部仍保遭持原有筍韌性。滲碳滲氮（酒氮化）碳氮共滲蕉（氰化）2023紙/4/2和522滲碳（carb李uriz魔ing/霜carb課uriz蛛atio宗n）滲碳是呀指使碳原子滲覽入到鋼表竊面層的過程。仆也是使低翁碳鋼的工舌件具有高匪碳鋼的表遵面層，再采經(jīng)過淬火網(wǎng)和低溫回溜火，使工偽件的表面撞層具有高硬度和聰耐磨性，而工件頭的中心部應(yīng)分仍然保游持著低碳艘鋼的韌性設(shè)和塑性。滲碳工藝過廣泛用于教飛機(jī)﹑汽車和拖移拉機(jī)等的虛機(jī)械零件﹐如齒輪﹑軸﹑凸輪軸奪等。2023眠/4/2令523滲氮（nitr物idin危g）又稱氮化，是指孤向鋼的賀表面層內(nèi)滲入氮沈原子的掩過程。倘其目的目是提高陡表面層勺的硬度傘與耐磨構(gòu)性以及喂提高疲圓勞強(qiáng)度蜜、抗腐姥蝕性等缸。與滲碳都工藝相閱比，滲氮溫布度比較錘低，因而畸虜變小，但線由于心部姿硬度較低哭，滲層也舌較淺，一磁般只能滿派足承受輕貍、中等載技荷的耐磨彎、耐疲勞核要求，或稿有一定耐碰熱、耐腐柴蝕要求的坊機(jī)器零件宣，以及各爸種切削刀技具、冷作渣和熱作模別具等。2023援/4/2紀(jì)524碳氮共濕滲（氰渡化）碳氮共滲挨后淬火加叮低溫回火反。氮碳共滲剩后得到的框化合物層韌性好銅，硬度佳高，耐薦磨，耐飛蝕，抗奇咬合。氰化常用哄于低碳鋼莊和中碳鋼翠。2023蠻/4/2曉525在機(jī)械坡設(shè)計(jì)中櫻，零件芽材料的兇選用是禍否合理岡，將直接影響糠到機(jī)械的騙使用性能、工作可蠢靠性和經(jīng)濟(jì)性。在選用陵材料時(shí)螺，應(yīng)注竟意：1.使用方每面的要挑求1）零件執(zhí)所受載驢荷的大榨小和性模質(zhì)，以蛋及應(yīng)力謎狀態(tài)；2）零件的棟工作條件極；3）零件尺擱寸、重量保有無限制號；4）零件走的重要氧程度；5）其他特醋殊要求，引如導(dǎo)電性香、抗磁性刃等。三、選用血材料的基傅本原則202譽(yù)3/4此/25262.工藝性染方面的宵要求所選的絹材料要侍保證零拾件便于制造，即應(yīng)伏與零件的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜程俱度、尺寸叔大小和毛驅(qū)坯的制造扛方法相適應(yīng)。例：焊接誘毛坯（焊耀接性能好歐）、沖壓溜或模鍛（濕塑性較好絞）3.經(jīng)濟(jì)方吃面的要跪求所選材縱料應(yīng)保達(dá)證零件最經(jīng)濟(jì)地制造出閃來，不僅要考慮處原材料價(jià)蔽格的高低巷，還要考板慮零件制嫂造成本的高墨低。202涂3/4草/2527總之，在樹選用材料旅時(shí)，要綜合槽考慮各號相關(guān)因素，并分清跪主次，以疊滿足主要線要求，協(xié)柏調(diào)次要要凍求;參照已固成功使勁用著的濾同類機(jī)囑器中各俊零件材詞料的應(yīng)陪用情況。2023傾/4/2千528§1-2機(jī)械零件潮的結(jié)構(gòu)工值藝性能以最低碧的成本和含最少的勞哄動量將零董件制造出洗來，并便眠于裝配、贏維修和更陡換。良好的工勾藝性機(jī)械零件再的結(jié)構(gòu)工要藝性零件所鐘具有的珍結(jié)構(gòu)是飛否便于囑制造、裝配和慣拆卸等郊。202駝3/4煙/2529一、便浩于零件毛坯的制造（柏表1-9，p13）鑄造1.鑄件上生壁厚不迷宜過薄聲或過厚蝦，各部投分壁厚應(yīng)評均勻。2.兩個(gè)面瘡的交界揮處應(yīng)作泥出圓角，在壁態(tài)厚相差璃超過一潮倍作出過渡斜度。3.在拔模澤方向上券設(shè)有鑄造斜卻度，鑄件上避免內(nèi)抄凹形狀。202旋3/4弄/2530鍛造（自額由鍛）1.鍛件毛累坯外形根簡單，課一般不允許有強(qiáng)抗肋。2.外形平自直、對瓣稱，避免錐形羨、楔形。3.不允許爬在交叉墓件內(nèi)設(shè)遭凸臺。202障3/4折/2531沖壓1.輪廓設(shè)翅倒圓，薦提高奸模宋具壽命史。2.彎曲件撈最好形夢狀對稱輝，否則跨影響成臘形。3.各部分掙尺寸合賤比例，緣瑞否則難駝以成形施。202痰3/4浪/2532焊接1.考慮焊接墓時(shí)操作方連便。2.避免焊縫乎過分集中扔，以減小從變形和防雙止裂紋。3.焊縫避舊免設(shè)在全應(yīng)力集身中的地瘋方。202貸3/4漸/2533二、便爬于零件重的機(jī)械加工（表1-10，p15）1.被加工蛇面的尺腔寸和數(shù)釀量盡可幟能減少參。2.加工面鋼力求布肥置在同碎一平面波，加工梳面和不其加工面騎明顯分源開。3.盡量統(tǒng)絮一同一壤零件上歐的切槽安、圓角集、鍵槽虹等。202歪3/4廚/2534退刀槽、款越程槽盲孔加工于與設(shè)計(jì)斜面鉆裹孔加工魚與設(shè)計(jì)斜面鉆孔愿加工與設(shè)播計(jì)2023伍/4/2俯535三、便猴于零件評的裝卸匠和可靠蟻定位（捷表1-11，p17）1.要有足夠慕的安裝空街間2.定位銷空裂盡可能鉆棒穿，便于穿取出與鐵才屑的排出2023布/4/2補(bǔ)5363.合理設(shè)膏計(jì)定位父面4.定位面不加宜過多2023狡/4/2要537§1-3機(jī)械設(shè)塊計(jì)中的牛標(biāo)準(zhǔn)化定義：標(biāo)準(zhǔn)化就是要通不過對零件樂的尺寸、套結(jié)構(gòu)要素患、材料性反能、設(shè)計(jì)貸方法、制散圖要求等析，制定出迷大家共同遵駛守的標(biāo)鳳準(zhǔn)。1)產(chǎn)品品種順規(guī)格的系該列化將同一類滲產(chǎn)品的主骨要參數(shù)、疑型式、尺恰寸、基本慨結(jié)構(gòu)等依抬次分檔，價(jià)制成系列悔化產(chǎn)品，倉以較少的象規(guī)格品種煤滿足用戶跨的廣泛要修求。2)零部件路的通用墾化將用途緣瑞、結(jié)構(gòu)霸相近的坦零部件嘴（如軸婆承、螺輸栓等）遭，經(jīng)過飼統(tǒng)一后洽實(shí)現(xiàn)互三換。2023貌/4/2種5383)產(chǎn)品質(zhì)真量標(biāo)準(zhǔn)女化要保證產(chǎn)圖品產(chǎn)品質(zhì)環(huán)量合格和牙穩(wěn)定，就決必須做好啊設(shè)計(jì)、加立工工藝、執(zhí)裝配檢驗(yàn)蛙、包裝儲咸運(yùn)等環(huán)節(jié)