《金属材料与热处理》典型零件的选材原则及工艺路线设计

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1、机械零件选材原则一、机械零件正确选材的使用性能原则使用性能主要是指零件在使用状态下材料应该具有的机械性能、物理性能和化学性能。对大量机器零件和工程构件，则主要是机械性能。对一些特殊条件下工作的零件，则必须根据要求考虑到材料的物理、化学性能。材料的使用性能应满足使用要求。使用性能原则二、零件使用时的工作条件（1）受力状况主要是载荷的类型(例如动载、静载、循环载荷或单调载荷等)和大小；载荷的形式；载荷的特点等。（2）环境状况主要是温度特性、介质情况等。（3）特殊要求如对导电性、磁性、热膨胀、密度、外观等的要求。三、零件根据使用性能选材的

2、步骤第一步:通过对零件工作条件和失效形式的全面分析，确定零件对使用性能的要求；第二步:利用使用性能与实验室性能的相应关系，将使用性能具体转化为实验室机械性能指标；第三步:根据零件的几何形状、尺寸及工作中所承受的载荷，计算出零件中的应力分布；第四步:由工作应力、使用寿命或安全性与实验室性能指标的关系，确定对实验室性能指标要求的具体数值；第五步:利用手册根据使用性能选材。工作条件零件应力种类载荷性质受载状态常见的失效形式要求的主要机械性能紧固螺栓拉，剪应力静载—过量变形，断裂强度，塑性传动轴弯，扭应力循环，冲击轴颈摩擦，振动疲劳断裂，过

3、量变形，轴颈摩损综合机械性能传动齿轮压，弯应力循环，冲击摩擦，振动齿折断,磨损,疲劳断裂,接触疲劳(麻点)表面高强度及疲劳极限，心部强度、韧性弹簧扭，弯应力交变，冲击振动弹性失稳，疲劳破坏弹性极限，屈强比，疲劳极限冷作模具复杂应力交变，冲击强烈摩擦磨损，脆断硬度，足够的强度，韧性常用零件的工作和失效形式由于零件所要求的机械性能数据，不能简单地同手册、书本中所给出的完全等同相待，还必须注意以下情况：材料的性能不单与化学成分有关，也与加工、处理后的状态有关。材料的性能与加工处理时试样的尺寸有关，必须考虑零件尺寸与手册中试样尺寸的差别，进

4、行适当的修正。材料的化学成分、加工处理的工艺参数本身都有一定波动范围。工艺性能原则材料的工艺性能应满足生产工艺的要求，这是选材必须考虑的问题。1.性能要求不高的一般金属零件选材的工艺路线毛坯正火或退火切削加工零件。2.性能要求较高的金属零件选材的工艺路线毛坯预先热处理(正火、退火)粗加工最终热处理(淬火、回火，固溶时效或渗碳处理等)精加工零件。3.性能要求较高的精密金属零件选材的工艺路线毛坯预先热处理(正火、退火)粗加工最终热处理(淬火、低温回火、固溶、时效或渗碳)半精加工稳定化处理或氮化精加工稳定化处

5、理零件。这类零件除了要求有较高的使用性能外，还要有很高的尺寸精度和表面光洁度。经济性原则一、材料的价格零件材料的价格无疑应该尽量低。材料的价格在产品的总成本中占有较大的比重，据有关资料统计，在许多工业部门中可占产品价格的30%～70%，因此设计人员要十分关心材料的市场价格。二、零件的总成本零件选用的材料必须保证其生产和使用的总成本最低。零件的总成本与其使用寿命、重量、加工费用、研究费用、维修费用和材料价格有关。三、国家的资源随着工业的发展，资源和能源的问题日渐突出，选用材料时必须对此有所考虑，特别是对于大批量生产的零件，所用材料应

6、该来源丰富并顾及我国资源状况。另外，还要注意生产所用材料的能源消耗，尽量选用耗能低的材料。典型工件的选材及工艺路线设计主要本章介绍工业上应用最广泛的四大类典型工件(齿轮、轴类零件、弹簧和刃具)的工作条件、失效形式、性能要求及选材分析，举例说明典型工件的工艺路线。一、齿轮选材1.齿轮的工作条件(1)由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力；(2)换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；(3)齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。2.齿轮的失效形式(1)疲劳断裂主要从根部发生；(2)齿面磨损由于

7、齿面接触区摩擦，使齿厚变小；疲劳断裂齿面磨损(3)齿面接触疲劳破坏在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落(或称麻点)；(4)过载断裂主要是冲击载荷过大造成的断齿。齿面剥落轮齿冲击断裂3齿轮材料的性能要求(1)高的弯曲疲劳强度；(2)高的接触疲劳强度和耐磨性；(3)较高的强度和冲击韧性。此外，还要求有较好的热处理工艺性能，如热处理变形小等。4齿轮类零件的选材齿轮材料要求的性能主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。表面硬度越高，疲劳强度也越高。齿心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿

8、受冲击过载断裂。从以上两方面考虑，选用低、中碳钢或其合金钢。它们经表面强化处理后，表面有高的强度和硬度，心部有好的韧性，能满足使用要求。此外，这类钢的工艺性能好，经济上也较合理，所以是比较理想的材料。5典型齿轮选材举例一、机床齿轮机床