机械零件毛坯的选择与材料的选用.ppt

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1、第十二讲零件毛坯的选择与材料的选用第十二章零件毛坯的选择与材料的选用材料选用的一般原则选材的基本过程与失效分析典型零件的选材零件毛坯的选择第一节材料选用的一般原则1.材料的使用性能原则:根据零件的工作条件、损坏(或失效)形式,选择满足力学性能的材料。受力情况/工作环境/其它要求2.材料的工艺性原则:对零件加工生产有直接的影响,甚至是决定性的。技术难度小、工艺简单、能量消耗低、材料利用率高，保证甚至提高产品的质量。3.材料的经济性原则:主要是性价比。Q235A-不锈钢F-不锈钢价格/使用年限5000元/年40000元/10年15000元/6年年成本

2、/材料损耗5000400025003000元/停产损失80004300300030000元/停产损失3500070007500价值工程原理：价值=功能/成本第二节选材的基本过程与失效分析选择材料的基本过程零件的失效分析材料的相对价格材料相对价格材料相对价格碳素结构钢低合金结构钢优质碳素结构钢易切削钢合金结构钢铬镍合金结构钢滚动轴承钢弹簧钢11.2~1.71.4~1.521.7~1.932.1~2.91.6~1.9碳素工具钢低合金工具钢高合金工具钢高速钢铬不锈钢铬镍不锈钢普通黄铜球墨铸铁1.4~1.52.4~3.75.4~7.213.5~15820

3、132.4~2.9一.选择材料的基本过程二.零件的失效分析1.定义:零件不能正常和安全的工作,即零件失效。2.原因结构或形状设计不合理。材料的选择不合理。加工工艺不合理。安装与使用不合理。3.形式过量变形失效过量弹性变形过量塑性变形断裂失效韧性断裂应力腐蚀断裂蠕变断裂疲劳断裂低应力断裂脆性断裂表面损伤失效磨损接触疲劳腐蚀物理性能降级第三节典型零件的选材及工艺分析机床主轴汽车半轴机床齿轮汽车齿轮一.C616–416车床主轴一)工作条件:1.该轴在滚动轴承中运转。2.承受中等负荷,承受一定的冲击力。3.转速中等。二)技术要求:1.整体调质后硬度应为H

4、B200～230,金相组织为回火索氏体。2.内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45～50,表面3～5mm内金相组织为回火屈氏体和少量回火马氏体。3.花键部分硬度HRC48～50,金相组织同上。三)选材:45钢。四)加工工艺路线:下料锻造正火粗加工调质半精加工钻中心孔精车加工铣键槽局部淬火(锥孔及外锥体)粗磨滚铣花键花键淬火精磨二.YJ–130汽车半轴一)工作条件:1.该轴在上坡或启动时,承受较大扭矩。2.承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。3.承受反复弯曲疲劳应力。二)技术要求:1.杆部硬度HRC37～44;盘部外圆硬度HRC24～34;金相组织为

5、回火索氏体和回火屈氏体。2.弯曲度:杆中部<1.8mm;盘部跳动<2.0mm。三)选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。四)加工工艺路线:下料锻造正火粗加工调质半精加工精车加工盘部钻孔磨花键三.齿轮其主要作用有传递扭矩（力或能），改变运动速度或方向。不同的齿轮，其工作条件、失效形式和性能要求各有不同。1．工作条件①传递扭矩，齿根部承受较大的交变弯曲应力；②齿面啮合并发生相对滑动与滚动，承受较大的交变接触应力及强烈的摩擦；③启动、换档或啮合不良，齿轮承受一定的冲击力；④有时有其它特殊条件要求，如耐高、低温要求，耐蚀要求，抗磁性要求等。2．

6、主要失效形式①断裂——包括交变弯曲应力引起的轮齿疲劳断裂和冲击过载导致的崩齿与开裂；②齿面损伤——包括交变接触应力引起的表面接触疲劳（麻点剥落）和强烈摩擦导致的齿面过度磨损；③其它特殊失效，如腐蚀介质引起的齿面腐蚀现象。3．主要性能要求①高的弯曲疲劳强度，防止轮齿的疲劳断裂。②足够高的齿面接触疲劳极限和高的硬度、耐磨性，以防齿面损伤。③足够的齿心部强韧性，以防冲击过载断裂。1.机床齿轮运行平稳无强烈冲击、载荷不大、转速中等，对表面耐磨性和心部韧性要求不太高。大多采用碳钢(40、45钢)制造，经正火或调质处理后再进行表面淬火＋低温回火，其齿面硬度可

7、达50HRC，齿心硬度为220～250HBS，可满足性能要求；对部分性能要求较高的齿轮，也可选用中碳合金钢(40Cr、40MnB、40MnVB等)制造，其齿面硬度可提高到58HRC左右、心部强韧性也有所改善；极少数高速、高精度、重载齿轮，还可选用中碳氮化钢(如35CrMo、38CrMoAlA等)进行表面渗氮处理制造。机床齿轮的简明加工工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火＋低温回火→精磨正火可使锻造组织均匀化、便于切削加工、可作为表面淬火前的预备组织、并保证齿心的强韧性。调质处理可使齿轮具有较高的综合力学性能，改善齿心的强韧

8、性进而使齿轮能承受较大的弯曲载荷和冲击载荷。表面淬火可提高齿轮表面的硬度，耐磨性和疲劳性能。低温回火的作用主要是消除淬火应力。2.汽车、