典型零件的选材及工程材料的应用

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1、机械零件设计主要内容包括:机械零件结构设计材料选用工艺设计经济指标第九章典型零件的选材及工程材料的应用第一节选材的一般原则第二节典型零件的选材及工艺路线设计第三节工程材料的应用第一节选材的一般原则选用材料应考虑的一般原则是：使用性原则是保证零件完成规定功能的必要条件。使用性能主要指零件在使用状态下应具有的力学性能、物理性能和化学性能。工艺性原则材料的工艺性能表示材料加工的难易程度。高分子材料的加工工艺简单,切削性好,但导热性差陶瓷材料的加工工艺简单,主要工艺是成型.金属材料的加工工艺复杂,变化多.其加工工艺路线大体可分为:1.性能要求不高的零件2.性能要求较高的零件3.性能要求较高的精

2、密零件经济性原则是选材的重要原则之一，一般包括材料的价格、零件的成本与国家的资源等。第二节典型零件的选材及工艺路线设计齿轮类零件轴类零件弹簧类零件传动轴一、齿轮类零件的选材1.齿轮的工作条件、失效形式及性能要求齿轮是机械工业中应用最广的零件之一，主要用于传递扭矩和调节速度。（1）工作时的受力情况1）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。2）齿面相互滑动和滚动，承受较大的接触力，并发生强烈的摩擦。3）由于换档、启动或啮合不良，齿部承受一定的冲击。（2）主要失效形式1）疲劳断裂。主要发生在齿根。它是齿轮最严重的失效形式。2）齿面磨损。3）齿面接触疲劳破坏。4）过载断裂。（3）齿轮用材性

3、能要求1）高的弯曲疲劳强度2）高的接触疲劳强度和耐磨性3）齿轮心部要有足够的强度和韧性2.齿轮零件的选材3.典型齿轮选材举例（1）机床齿轮机床传动齿轮工作时受力不大，转速中等，工作较平稳，无强烈冲击，强度和韧性要求均不高，一般用中碳钢（如45钢）制造，经调质后心部有足够的强韧性，能承受较大的弯曲应力和冲击载荷。表面采用高频淬火强化，硬度可达52HRC左右，提高了耐磨性。下料─锻造─正火─粗加工─调质─精加工─高频淬火、低温回火─精磨20CrMnTi钢具有较高的力学性能，在渗碳、淬火、低温回火后，表面硬度的达58～62HRC，心部硬度30～45HRC。下料─锻造─正火─切削加工─渗碳、淬

4、火及低温回火─喷丸─磨削加工（2）汽车齿轮工作条件较机床齿轮差,尤其是主传动系统中的,受力较大,受冲击较频繁,对材料性能要求较高.二、轴类零件的选材1.轴的工作条件、失效形式及性能要求（1）一般轴的工作条件1）传递一定的扭矩，承受一定的交变弯矩和拉、压载荷。2）轴颈承受较大的摩擦3）承受一定的冲击载荷（2）主要失效形式1）疲劳断裂长期受扭转和弯曲交变载荷作用2）断裂失效大载荷或冲击载荷作用3）磨损失效轴颈或花键处过度磨损（3）对轴用材料性能要求1）良好的综合力学性能2）高的疲劳强度3）良好的耐磨性2.轴类零件的选材不传递动力只承受弯矩起支撑作用的轴主要考虑刚度和耐磨性,用碳钢或球墨铸铁

5、(2)主要受弯曲，扭转的轴如变速箱传动轴、发动机主轴等。选用中碳钢45或40Cr40MnB等；若要求高精度、高的尺寸稳定性及耐磨性的轴，如磨床主轴，则常选用38CrMoAl钢，进行调质及氮化处理。(3)同时承受弯曲（或扭转）及拉，压载荷的轴选用淬透性较高的钢种3.典型轴选材举例（1）机床主轴选材以C620车床主轴为例进行选材。该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合力学性能即可满足要求。但大端的轴颈、椎孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。根据以上分析，车床主轴可选用45钢。热处理为调质处理；轴颈和椎孔进行表面淬火。工

6、艺路线为：锻造----正火----粗加工----调质----精加工----表面淬火及低温回火----磨削加工若这类机床主轴的载荷较大，可用40Cr钢制造。当承受较大的冲击载荷和疲劳载荷时，则可采用合金渗碳钢制造，如20Cr或20CrMnTi等。（2）内燃机曲轴选材内燃机曲轴选材原则主要根据内燃机的类型、功率大小、转速高低和相应轴承材料等项条件而定，同时也需考虑加工条件、生产批量和热处理工艺及制造成本。按制造工艺把曲轴分为锻钢曲轴和铸造曲轴两种。锻钢曲轴主要由优质碳钢和中碳合金钢制造，如35、40、35Mn2、40Cr、35CrMo钢等。铸造曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁以及合

7、金铸铁等制造，如ZG230—450、QT700—2、KTZ450—5、KTZ500—4等。图是175A型农用柴油机曲轴简图。性能要求σb≥750Mpa，整体硬度在240～260HBS，轴颈表面硬度≥625HV，δ≥2%，ak≥150kJ/m2。由于在滚动轴承中工作，要求轴颈部有较高的硬度和耐磨性。曲轴材料可选用QT700—2，其工艺路线如下：铸造→高温正火→高温回火→切削加工→轮颈气体渗氮三、弹簧类零件的选材1.弹簧的工作条件、失效形式及性能要