材料的選用演示文稿

材料的選用演示文稿當(dāng)前第1頁\共有20頁\編于星期三\3點第13章材料的選用

概述13.1機械零件的選材13.2當(dāng)前第2頁\共有20頁\編于星期三\3點眾所周知，機器零件的正確選材與合理用材是廣大工程技術(shù)人員的基本任務(wù)之一，也是本課程教學(xué)的主要目的．因此本章被列為本課程的重點，本章學(xué)習(xí)重點有：掌握材料合理選用的基本原則和方法；明確機械零件失效的基本形式，了解有關(guān)失效分析的一般步驟與方法；熟悉齒輪和軸這兩類典型零件的選材分析（包括工作條件，常見失效形式，其性能要求等），初步做到能正確、合理地選用材料，安排其大致加工工藝路線，制定其相應(yīng)的熱處理工藝，判斷其所得組織等。13.1概述當(dāng)前第3頁\共有20頁\編于星期三\3點一、選材的一般原則1、使用性原則滿足機械性能和物理、化學(xué)性能的要求2、工藝性原則適應(yīng)各種冷、熱加工要求的能力3、經(jīng)濟性原則保證使用性能要求及加工質(zhì)量的前提下，

a、材料價格b、

材料加工費用c、使用壽命、維修等附加費用13.2機械零件的選材

當(dāng)前第4頁\共有20頁\編于星期三\3點二、材料的使用性能1、根據(jù)零件的服役條件和可能的失效或形式，給出選材的主要性能，（機械性能物理性能）指標，以保證零件的使用性能。常用零件的服役條件、失效形式及主要性能指標（自學(xué)）。13.2機械零件的選材

當(dāng)前第5頁\共有20頁\編于星期三\3點三、材料的工藝性能材料工藝性能即加工成零件的難易程度。

金屬材料加工方法有鑄造，壓力加工，焊接，切削加工及熱處理。從工藝性考慮：鑄件——最好選擇共晶合金。

鍛件，沖壓件——最好選擇固溶體合金，低碳銅和低合金鋼鍛造性能好，高碳鋼較差，高合金鋼很差。焊接結(jié)構(gòu)——選擇低碳鋼或低合金鋼，不應(yīng)選鑄鐵，銅合金及鋁合金的焊接性能均不好。

切削加工——是材料被切削的難易程度。希望鋼鐵材料的硬度控制在170～230HBS。

熱處理工藝性——碳鋼的淬透性差；加熱易過熱而晶粒長大，淬火是容易變形與開裂，制造高強度及大截面、形狀復(fù)雜的零件，需選用合金鋼。13.2機械零件的選材

當(dāng)前第6頁\共有20頁\編于星期三\3點1、機床類齒輪由于工作條件較好（無強烈沖擊，工作平穩(wěn)），大多可選調(diào)質(zhì)鋼（４５、４０Ｃｒ等）制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)（或正火）處理十高頻淬火、低溫回火，這是一般規(guī)律．特例：當(dāng)高速且承受沖擊載荷較大時（如立式車床上的重要齒輪）宜選20CrMnTi（20Ｃr）等滲碳鋼制造，經(jīng)滲碳十淬火十低溫回火處理。四、典型零件的選材及熱處理13.2機械零件的選材

當(dāng)前第7頁\共有20頁\編于星期三\3點2、對于汽車、拖拉機的變速齒輪，由于承載較重，受沖擊頻繁，其耐磨性、疲勞強度、心部強度以及沖擊韌度等，均要求比機床齒輪高，故一般均采用滲碳鋼制造，經(jīng)滲碳+淬火+低溫回火處理，表層碳含量大大提高，保證淬火后高硬度、高耐磨性和高的接觸疲勞抗力，由于合金元素提高淬透性，所以經(jīng)淬、回火后可使工件心部獲得較高的強度和足夠的沖擊韌度。但其中對于如汽車、拖拉機的油泵齒輪等承載輕、受沖擊小的場合，亦可選調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理使用（這是特例）。13.2機械零件的選材

當(dāng)前第8頁\共有20頁\編于星期三\3點3、根據(jù)軸類零件（機床主軸、曲軸等）的工作條件、用材及熱處理情況，同時兼顧軸類零件的強度和韌性，考慮其疲勞抗力，一般選用調(diào)質(zhì)鋼制造，采用調(diào)質(zhì)+局部表面淬火、低溫回火處理。

特例：①當(dāng)承受重載，高速、且承受沖擊載荷較大時可選用滲碳鋼（如20CrMnTi等）經(jīng)滲碳+淬火+低溫回火處理；

13.2機械零件的選材

當(dāng)前第9頁\共有20頁\編于星期三\3點②近年來在國內(nèi)、外使用球墨鑄鐵代鋼作汽車、拖拉機與農(nóng)用柴油機曲軸的愈來愈多，第二代解放牌汽車Ｊ130汽車、東風(fēng)及東風(fēng)４型內(nèi)燃機車的曲軸均使用球墨鑄鐵（或合金球墨鑄鐵）制造，雖然球墨鑄鐵的塑、韌性遠低于鍛鋼，但在一般發(fā)動機中當(dāng)對塑韌性要求并不太高，而且球墨鑄鐵的缺口敏感性小，實際球墨鑄鐵的疲勞強度并不明顯低于鍛鋼，而且可通過表面強化（如滾壓、噴丸等）處理大大提高其疲勞強度，其效果優(yōu)于鍛鋼，因而在性能上完全可代替調(diào)質(zhì)碳鋼。13.2機械零件的選材

當(dāng)前第10頁\共有20頁\編于星期三\3點【例題11-1】

1、C618機床變速箱齒輪（該齒輪尺寸不大，其厚度為15mm）工作時轉(zhuǎn)速較高，性能要求如下：齒的表面硬度50～56HRC，齒心部硬度22～25HRC，整體強度σb=760～800MPa，整體韌性ａK=40～60J/cm2。請從下列材料中進行合理選用，并制訂其工藝流程：35、45、T12、20CrMnTi、38CrMoAl、0Cr18Ni9Ti、W18Cr4V。13.2機械零件的選材

當(dāng)前第11頁\共有20頁\編于星期三\3點1.分析普通車床中的變速箱齒輪，是主傳動系統(tǒng)中傳遞動力的齒輪。因此，要求有一定的強度和輪齒的心部硬度及韌性。這種齒輪在工作中轉(zhuǎn)速較高，齒表面要求有較高的硬度以保證耐磨性。但同汽車、拖拉機變速齒輪相比，一般機床齒輪工作時相對比較平穩(wěn)，承受沖擊負荷很小，傳遞的動力也不很大。所以上述要求都不是太高，例如齒表面硬度只要求５０～５６ＨＲＣ。顯然，不需要采用化學(xué)熱處理（如滲碳）。整體的強度、韌性由調(diào)質(zhì)可以達到。因此，選用淬透性適當(dāng)?shù)恼{(diào)質(zhì)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，再經(jīng)高頻表面淬火和低溫回火即可達到要求。這種齒輪的尺寸不大，尤其是厚度甚?。?5ｍｍ），可選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，水淬即可使截面大部分淬透，回火后基本上能滿足性能要求。因此，從所給鋼種中選擇４５鋼制造合適。13.2機械零件的選材

當(dāng)前第12頁\共有20頁\編于星期三\3點2.解答選用45鋼制造，較為合適。其加工工藝路線為：下料→鍛造→正火（840℃～860℃空冷）→機加工→調(diào)質(zhì)（840℃～860℃水淬，500℃～550℃回火）→精加工→高頻表面淬火（880℃～900℃水冷）→低溫回火（200℃回火）→精磨。13.2機械零件的選材

當(dāng)前第13頁\共有20頁\編于星期三\3點3.常見錯誤剖析選用20ＣｒＭｎＴI或３８ＣｒＭｏＡl鋼制造。錯在此種選材法不符合經(jīng)濟性原則，即大材小用。4.更正措施遵循選材的三項基本原則，應(yīng)選用45鋼較為合適。13.2機械零件的選材

當(dāng)前第14頁\共有20頁\編于星期三\3點有一載重汽車變速箱齒輪，使用中受一定沖擊，負載較重，齒表面要求耐磨，硬度為58～63HRC，齒心部硬度33～45HRC，其余力學(xué)性能要求為:σb≥1000Mpa,σ-1≥440Mpa,aK≥95J/cm2。試從“例題7—1”所給材料中選擇制造該齒輪的合適鋼種，制訂工藝流程，分析每步熱處理的目的及其組織?！纠}11-2】13.2機械零件的選材

當(dāng)前第15頁\共有20頁\編于星期三\3點1.分析由題意可知，此載重汽車變速箱齒輪在工作時負荷較重，每個齒受交變彎矩的作用，因此要有高的強度和高的疲勞強度。齒輪還受到較大的沖擊，故要求有高的沖擊韌度。齒表面為防止磨損，要求具有高硬度和高耐磨性（５８～６３HRC）。每個齒除受較大的彎矩外，齒表面還承受較大的壓力。因此不僅要求齒表面硬度高，耐磨，還要求齒的心部具有一定的強度和硬度（３３～４5HRC）。根據(jù)以上分析，可知該汽車齒輪的工作條件比機床齒輪要求苛刻，因此在耐磨性、疲勞強度、心部強度和沖擊韌度等方面的要求均比機床齒輪要高。從例題7-１所列鋼種中，調(diào)質(zhì)鋼４５鋼不能滿足使用要求（表面硬度只能達50～56HRC）。13.2機械零件的選材

當(dāng)前第16頁\共有20頁\編于星期三\3點３８ＣｒＭｏＡl為氮化鋼，氮化層較薄，適合應(yīng)用于轉(zhuǎn)速快，壓力小，不受沖擊的使用條件，故其不適合做此汽車齒輪。滲碳鋼２０ＣｒＭｎＴｉ經(jīng)滲碳熱處理后，齒表面可獲得高硬度（５８～６３HRC）、高耐磨性。由于該鋼淬透性好，齒心部可獲得強韌結(jié)合的組織，具有較高的沖擊韌度，故可滿足使用要求。因此該載重汽車變速箱齒輪選用２０ＣｒＭｎＴｉ鋼制造。13.2機械零件的選材

當(dāng)前第17頁\共有20頁\編于星期三\3點2.解答制造該齒輪的適宜鋼種為20CrMnTi，其加工工藝路線為：下料→鍛造→正火（950℃～970℃空冷）→機加工→滲碳（920℃～950℃滲碳6～8小時）→預(yù)冷淬火（預(yù)冷至８７０℃～８８０℃油冷）→低溫回火→噴丸→磨齒。其中每一步熱處理的目的及相應(yīng)組織為：正火：細化、均勻組織，改善鍛造后組織，提高其切削加工性。經(jīng)正火后的組織為Ｆ＋S。滲碳：表面獲得高碳，保證經(jīng)淬火后得到高硬度、高耐磨性。滲碳溫度下對應(yīng)的組織為Ａ+K。13.2機械零件的選材

當(dāng)前第18頁\共有20頁\編于星期三\3點預(yù)冷淬火：齒表面獲得高硬度、高耐磨性，其對應(yīng)的組織為高碳Ｍ+碳化物+殘余A；齒心部強、韌結(jié)合，對應(yīng)的組織為低碳Ｍ+F+T。再經(jīng)低溫回火后，減少淬火應(yīng)力、穩(wěn)定組織，其相應(yīng)組織為：表面M

回+K+A