金属材料选材

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1、选用材料应考虑的一般原则是：l1.使用性原则是保证零件完成规定功能的必要条件。l1）分析零件的工作条件，确定使用性能。l零件受力情况：拉、压、弯、扭环境状况：工作温度，介质特殊要求：热、电、磁２）进行失效分析，确定使用性能磨损、断裂、变形3）从零件的使用性能要求，提出对零件的性能要求。选材的一般步骤和应注意的问题（一）选材的一般步骤１、分析零件的工作条件及失效形式，提出关键的性能要求同时兼顾其他性能。２、与成熟产品相同类型的零件，采用经验类比法。３、确定零件应具有的主要性能指标值４、初步选定材料牌

2、号，并决定热处理和其它强化方法。５、关键部件批量生产要通过实验验证。（二）选材应注意的问题１、实际性能和实验数据，考虑尺寸效应２、加工工艺和热处理工艺，最大限度的发挥材料潜能。３、注意材料成分偏差引起相变点变化一、齿轮类零件的选材l1.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

3、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）齿轮用材性能要求1）高的弯曲疲劳强度2）高的接触疲劳强度、硬度和耐磨性3）齿轮心部要有足够的强度和韧性4）较好的工艺性能l2.齿轮零件的选材l3.典型齿轮选材举例（1）机床齿轮（2）汽车齿轮齿轮选材及工艺分析1.机床齿轮性能要求：机床齿轮转速中等，载荷不大工作平稳，无强烈冲击，对齿轮心部强度和韧性要求不高。选材：中等碳量的碳素钢或合金钢：４５钢、４０Cr热处理

4、：正火－调质－高频淬火及回火加工工艺路线：下料－锻造－正火－粗加工－调质－精加工－高频淬火及回火－精磨2.汽车拖拉机齿轮性能要求：工作条件比机床恶劣，受力较大，超载和受冲击频繁，对耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧度等方面比机床高。选材：２０CrMnTi、２０CrMnMo热处理：正火－渗碳－淬火－低温回火加工工艺路线：下料－锻造－正火－机械加工－渗碳、淬火、低温回火－喷丸－磨内孔及换档槽－装配渗碳与表面淬火的性能区别l1.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

5、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l2.轴类零件的选材(1)不传递动力只承受弯矩起支撑作用的轴(2)主要受弯曲，扭转的轴(3)同时承受弯曲（或扭转）及拉，压载荷的轴l3.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

6、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、４０Cr钢。热处理为调质处理；轴颈和椎孔进行表面淬火。工艺路线为：下料－锻造－正火－粗加工－调质－半精车外圆，钻中心孔，精车外圆；铣键槽－车空刀槽－粗磨外圆－铣花键－花键高频淬火，回火－精磨锻造----正火----粗加工----调质----精加工----表面淬火及低温回火----磨削内燃机曲轴（2）性能：受气缸

7、中周期变化的气体压力，曲轴连杆的惯性力，扭转、弯曲应力，冲击力。因此曲轴要求较高的强度，一定的冲击韧度和弯曲和扭转疲劳强度，早轴颈处要求该的硬度和耐磨性。选材：４５，４０Cr；球墨铸铁热处理：加工工艺路线：锻造曲轴：下料－锻造－正火－粗加工－调质－精加工－轴颈高频淬火，低温回火－精磨铸造曲轴：熔炼－铸造－高温正火－高温回火－机械加工－轴颈气体渗氮三、弹簧类零件的选材l1.弹簧的工作条件、失效形式及性能要求（1）工作条件1）弹簧在外力作用下，压缩、拉伸、扭转时材料将承受弯曲应力或扭转应力。2）缓冲、

8、减震或复原用的弹簧，承受交变应力和冲击载荷的作用3）某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用（2）主要失效形式1）塑性变形2）疲劳断裂3）快速脆性断裂4）在腐蚀介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效；高温下使用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形（3）对弹簧用材性能要求1）高的弹性极限和屈强比（σs/σb）2）高的疲劳强度3）好的材质和表面质量4）某些弹簧需要良好的耐蚀性和耐热性l2.弹簧零件的选材弹簧种类很多，载荷大小相差悬殊，使用条件和环境个不相同。在实际生产中多选用弹性极限高的金