課件：機械零件材料及成形工藝的選用

課件：機械零件材料及成形工藝的選用第十二章機械零件材料及成形工藝的選用12.1工程材料及成形工藝選用的基本工藝原則★12.2具體成形方法及改性工藝的選用★12.3典型零件的材料及成形工藝選擇

12.3.1軸類零件★12.3.2齒輪類零件★12.3.3機架、箱體類零件★12.1工程材料及成形工藝選用的基本原則12.1.1使用性能足夠的原則零件工作條件包括三方面：受力狀況、環(huán)境狀況、特殊要求12.1.2工藝性能良好的原則

金屬材料的工藝性能★、陶瓷材料的工藝性能★、高分子材料的工藝性能★12.1.3經(jīng)濟合理的原則

應考慮的內(nèi)容：材料的價格★、加工費用、以鐵代鋼、優(yōu)先選用碳素鋼、成組選材12.1.4材料、成形工藝、零件結(jié)構(gòu)相適應的原則第十二章機械零件材料及成形工藝的選用零件舉例受力及環(huán)境材料與工藝拖拉機減速齒輪、內(nèi)燃機曲軸負荷輕、耐磨球墨鑄鐵汽車傳動齒輪、抗彎、高沖擊耐磨滲碳鋼、滲碳機床齒輪抗彎、一般沖擊耐磨調(diào)質(zhì)鋼、高頻表面淬火連桿、一般傳動軸強韌性調(diào)質(zhì)鋼、調(diào)質(zhì)機床軸強韌性、中等耐磨調(diào)質(zhì)鋼、調(diào)質(zhì)+表面淬火重型機器軸強韌性、高耐磨調(diào)質(zhì)鋼、調(diào)質(zhì)+滲氮模具高硬、耐磨工具鋼、軸承鋼曲軸疲勞σ-1高的材料、表面壓應力海上儀表零件抗腐蝕、低溫脆性小銅合金化工機械腐蝕介質(zhì)不銹鋼、非不銹鋼+表面處理渦輪葉片高溫介質(zhì)耐熱鋼、陶瓷涂層儀表殼重量輕鋁合金、工程塑料受力狀況、環(huán)境狀況及材料選用失效形式與選材失效形式失效原因危害選材與預防措施變形失效彈性變形剛度不足失穩(wěn)、讓刀選E高者、改變結(jié)構(gòu)塑性變形應力>σs彎曲、伸長選σs高者，增大截面蠕變變形應力<σs，高溫長時間受力彎曲、伸長選蠕變極限高者，耐熱鋼斷裂失效韌性斷裂應力>σs，并增至σb斷裂選σs高者低應力脆斷應力<σs，低溫沖擊大惡性事故選高αk、低Tk、高K1c疲勞斷裂應力<σs，長時間受交變載荷無先兆低應力斷裂選高σb、高αk、高σ-1、表面強化避免應力集中應力腐蝕裂應力<σs，腐蝕介質(zhì)斷裂表面防護表面損傷失效磨粒磨損磨粒長時間作用尺寸減小高HV/E，有硬質(zhì)第二相粘著磨損偶件相對運動磨損咬卡偶件用不同材料、潤滑腐蝕化學腐蝕、電化學腐蝕表面腐蝕、有色金屬、不銹鋼、塑料、電化學保護表面疲勞兼有疲勞與磨損的特點麻點、剝落增加表面硬化層厚度金屬材料制造零件加工路線零件精加工

熱終理最處工加削切火火正退或

成形加工金屬材料第十二章機械零件材料及成形工藝的選用工藝性與選材工藝性能最優(yōu)條件材料性能從優(yōu)至劣排列鑄造性能熔點低、共晶合金鑄鐵、黃銅、鋁合金、青銅、鑄鋼鍛造性能FCC的金屬、第二組元少的合金低、中、高碳鋼，高合金鋼、黃銅、鋁合金焊接性能WCE＜0.4%碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、碳當量小者、防銹鋁、青銅、硬鋁切削性140~248HB鋁合金、不銹鋼、30鋼、45鋼、鑄鐵、T8鋼、65Mn，不銹鋼、耐熱鋼熱處理性淬火變形小，回火脆性小，淬透性高，過熱敏感性小低碳鋼、低合金鋼、高碳鋼、含Mn鋼、鋁合金第十二章機械零件材料及成形工藝的選用鑄造性能比較材料流動性收縮性偏析傾向其他體收縮線收縮灰鑄鐵好大小小鑄造內(nèi)應力小球墨鑄鐵稍差大小小易形成縮孔、縮松，白口化傾向小鑄鋼差大大大導熱性差、易發(fā)生冷裂鑄造黃銅好小較小較小易形成集中縮孔鑄造鋁合金尚好小小較小易吸氣，易氧化第十二章機械零件材料及成形工藝的選用切削性比較材料切削加工難易程度相對切削加工性KV鋁、鎂合金很容易加工8~20易切鋼易加工2.5~2030鋼正火易加工1.6~2.545鋼、灰鑄鐵一般1.0~1.585鋼（軋材）、2Cr13鋼調(diào)質(zhì)一般0.7~0.965鋼調(diào)質(zhì)、不銹鋼難加工0.5~0.651Cr18Ni9Ti、W18Cr4V難加工0.15~0.5第十二章機械零件材料及成形工藝的選用陶瓷材料成形工藝比較工藝優(yōu)點缺點注漿成形可做形狀復雜件、薄壁件，成本低收縮大、尺寸精度低、生產(chǎn)率低壓制成形可做形狀復雜件、密度高、強度高、精度較高設備較復雜、成本高擠壓成形成本低、生產(chǎn)率高零件形狀須對稱、不能做薄壁件可塑成形可做形狀復雜件、尺寸精度高成本高第十二章機械零件材料及成形工藝的選用高分子材料主要成形工藝的比較工藝適用材料形狀表面粗造度尺寸精度模具費用生產(chǎn)率壓制成形范圍較廣復雜形狀很低高高中等注射成形熱塑性塑料復雜形狀很低非常高很高高擠出成形熱塑性塑料棒類低一般低高真空成形熱塑性塑料棒類一般一般低低第十二章機械零件材料及成形工藝的選用各種材料價格比較材料價格/＄/t材料價格/＄/t高速鋼3995有機玻璃5300不銹鋼2400~3100尼龍6632890銅（型材）2253~2900剛玉1900黃銅（型材）1650~2336碳化硅440~700鋁合金（型材）2000~2400天然橡膠1430低合金鋼385~550碳纖維復合材料200000低碳鋼（型材）440~480聚碳酸酯2550鑄鐵260環(huán)氧樹脂1650第十二章機械零件材料及成形工藝的選用常用金屬材料的相對價格材料相對價格材料相對價格碳素結(jié)構(gòu)鋼1碳素工具鋼1.4~1.5低合金結(jié)構(gòu)鋼1.2~1.7低合金工具鋼2.4~3.7優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼1.4~1.5高合金工具鋼5.4~7.2易切鋼2高速鋼13.5~15合金結(jié)構(gòu)鋼1.7~2.9鉻不銹鋼8鉻鎳合金結(jié)構(gòu)鋼3鉻鎳不銹鋼20滾動軸承鋼2.1~2.9普通黃銅13彈簧鋼1.6~1.9球墨鑄鐵2.4~2.9第十二章機械零件材料及成形工藝的選用常用毛坯類型及其制品的比較特點鑄件鍛件沖壓件焊接件工藝性能要求流動性好收縮性低塑性好變形抗力小同左強度高塑性好常用材料灰鑄鐵球鐵中碳鋼鋁合金銅合金中碳鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼及有色金屬薄板低碳鋼低合金鋼不銹鋼鋁合金金屬組織特征晶粒粗大蔬松晶粒細小致密——焊縫為鑄造組織力學性能灰鐵差球鐵可鍛鐵好比相同成分的鑄鋼好剛性好形變強化接頭的性能可達到或接近母材結(jié)構(gòu)特征形狀不受限制形狀比鑄件簡單形狀可以較復雜形狀不受限制材料利用率高低較高較高生產(chǎn)周期長自由鍛短模鍛長長較短生產(chǎn)成本較低較高批量大則成本低較高應用舉例機架床身導軌變速箱曲軸軸承座機床主軸傳動軸齒輪連桿彈簧油箱汽車車身覆蓋件水箱鍋爐壓力容器船體橋梁化工容器不同鋼種熱處理工藝的選用鋼材狀態(tài)預處理粗加工最終熱處理精加工舉例應用低碳鋼熱軋--√--√10墊圈鍛造正火√--√20一般結(jié)構(gòu)件鍛造正火√淬+低回√20Cr一般結(jié)構(gòu)件鍛造正火√滲碳淬低回√滲碳鋼齒輪調(diào)質(zhì)鋼熱軋--√--√40一般結(jié)構(gòu)件鍛造正火√--√40一般結(jié)構(gòu)件鍛造正火√調(diào)質(zhì)√50軸鍛造正火√調(diào)表低√40Cr軸、齒輪鍛造正火√調(diào)滲氮√氮化鋼軸彈簧鋼冷拔--冷卷去應力√65Mn小螺旋彈簧熱軋--熱卷淬中回√50CrV大螺旋彈簧工具鋼鍛造正火、球化退火√淬低回√T10車刀鍛造正火加球化退火√淬高回√高速鋼拉刀軸類零件第十二章機械零件材料及成形工藝的選用齒輪類零