选用和热处理技术要求确定的一般原则

机械零件材料选用和热处理技术要求确定的一般原则 材料选用和热处理技术要求确定一般应遵循以下几条原则 1 前言 充分满足使用性能要求 防止过早失效 适应科技进步 市场环境变化和国家产业政策发展的需要 满足工艺性能要求 提高成品率 符合经济性原则 效益最大化 2 单元一满足使用性能要求 通常零件所谓的使用性能一般均指其机械性能 即传统的硬度 强度 塑性 韧性等指标 3 一 满足使用性能要求 按零件服役条件和失效形式进行详尽受力分析是确定所需机械性能指标的前提 基础 4 一 满足使用性能要求 受力分析包括 载荷类型 动载 静载 交变 冲击 应力种类 拉伸 压缩 弯曲 扭转 接触 载荷特点 均布 集中 载荷大小 最大应力 危险截面 工作环境 温度 介质 有无腐蚀 失效形式 变形 断裂 表面损伤 其它特殊要求 电 磁 耐蚀 耐高温性 5 一 满足使用性能要求 根据零件受力分析结果 运用相关专业知识转化制定所需机械性能指标 确定提出相应的材料与热处理技术要求 6 一 满足使用性能要求 受力分析 满足使用性能 性能指标 材料选择 热处理工艺选择 零件的主要性能指标应具有足够的安全系数 7 一 满足使用性能要求 零件的受力分析计算得不到确切数据时 可采用经验或试验等方法加以解决 8 一 满足使用性能要求 经验 试验 计算 1 以塑韧性为主要要求的零件工作中承受简单载荷 力值较小 高塑韧性提高可靠性 材料可按具体情况选用铝合金 铜合金 奥氏体不锈钢或低碳钢 9 一 满足使用性能要求 须选用合金钢时 含有钨 钼 钒 钛等合金元素可细化晶粒 抑制高温回火脆性 含有镍 钼等元素降低脆性转变温度 均提高钢的韧性 材料的冶金质量越好 杂质元素含量越少 塑韧性越高 材料交货状态的性能一般即可满足要求 10 一 满足使用性能要求 2 以硬度 耐磨性为主要要求的零件工作中承受简单载荷 以摩擦力为主 提高硬度 增加弥散细小分布的硬质相提高耐磨性 材料选用高碳钢或渗碳钢渗碳或专用合金钢 11 一 满足使用性能要求 整体淬火 表面淬火 渗碳淬火 碳氮共渗淬火 氮化 氮碳共渗 软氮化 表面渗金属 渗硼 渗硫 多元共渗 气相沉积覆层等提高零件或零件表面硬度 改变表面组织状态 提高零件抗磨损能力 按实际需要选用并确定硬度指标等技术要求 12 一 满足使用性能要求 3 要求综合性能的零件工作中承受多种类型载荷 对性能提出多方面要求 1 承受复合载荷 尤其有较大冲击载荷 要求可靠性的零件 应具有较好的综合性能 即硬强度与塑韧性的良好配合 材料选用调质钢 中碳碳素钢 中碳合金结构钢 根据受力大小 零件尺寸和淬透性需要等选择钢牌号 13 一 满足使用性能要求 进行调质处理 提出硬度等指标要求 如零件全截面均匀承受载荷 整体淬透 如主要承受弯曲 扭转应力的传动轴类零件 无须全部淬透 一般从表面至1 2 1 4半径处淬硬即可 对一些受力均匀 尺寸较小 形状简单的零件 采用低碳马氏体钢淬回火 可达到与调质处理相同的效果 14 一 满足使用性能要求 2 承受较大复合载荷如弯曲 扭转 冲击 摩擦等的零件 要求表面具有高硬 强度 心部具有好的塑 韧性 选用调质钢 调质加表面淬火或表面化学热处理 氮化 软氮化 其它渗 涂覆 强化处理等 也可选用渗碳钢 渗碳 碳氮共渗淬火 15 一 满足使用性能要求 调质加表面淬火一般适用于形状简单 批量小 表面摩擦要求不非常高的零件 氮化主要适用于要求高耐磨及耐热 耐蚀的精密零件 软氮化主要用于提高表面抗疲劳及耐蚀性 渗碳 碳氮共渗淬火适用于形状复杂 批量较大 表面要求高硬度高耐磨性的零件 根据具体状况决定选材与工艺 提出硬度 一般指表面硬度 需要时加心部硬度 有效硬化层深度或渗层深度等指标要求 16 一 满足使用性能要求 3 主要承受交变载荷的零件 应具有高的疲劳强度 材料选用合金结构钢或专用合金钢 进行淬火或表面氮化 软氮化等化学热处理 提出硬度等指标要求 需要时加表面强化处理 如喷丸 滚压 涂层等 要求 17 一 满足使用性能要求 必要时 提出材质选择优质钢 不允许有表面脱碳 金相组织符合有关国标 企标等要求 表面淬火在采用淬火强化时优先选用 提高钢材抗拉强度的热处理 均提高其疲劳强度 18 一 满足使用性能要求 4 其它要求特殊或专门性能的零件如弹簧 轴承 不锈钢件等 按其专用材料与热处理工艺选材并确定技术要求 19 一 满足使用性能要求 5 实际工作中 根据具体情况抓主要矛盾 充分满足关键的性能指标 兼顾其它性能 20 一 满足使用性能要求 21 单元二 满足工艺性能要求 工艺性能是决定零件加工工艺方法的重要影响因素 包括 铸造性锻造性焊接性切削加工性热处理工艺性 22 二 满足工艺性能要求 1 铸造性通俗指材料是否易于铸成优质铸件的性能 主要取决于材料的化学成分 一般铸铁的铸造性好 铸铜 铸铝也较好 铸钢相对较差 形状复杂或尺寸较大 受力不大的零件 尽量采用铸件 可减少切削加工量 降低加工成本 23 二 满足工艺性能要求 2 锻造性通俗指材料在热压力加工 锻造 轧制 冲压等 下改变其原来形状尺寸而不产生破坏的性能 取决于材料化学成分及加工条件 一般材料的塑性越好 则可锻性越好 24 二 满足工艺性能要求 常用铝合金 单相铜合金的锻造性好 某些特殊铜合金如铅黄铜 含合金元素过高的青铜等锻造性差 低碳钢 低碳合金钢的锻造性较好 高碳钢 高碳合金钢的锻造性较差 钢中硫 磷等杂质元素含量高 锻造性差 锻造使材料内部组织均匀 细化 提高机械性能 并减少切削加工量 节约原材料 形状复杂件不宜采用 25 二 满足工艺性能要求 3 焊接性通俗指材料是否容易焊接 不易产生焊缝脆性 裂纹 气孔 夹渣等焊接缺陷的性能 取决于材料的化学成分 低碳钢 低碳合金钢的焊接性好 钢中碳含量 合金元素的含量越高 焊接性越差 钢中的硫含量高导致热脆性 使焊接性变差 26 二 满足工艺性能要求 铜 铝合金的焊接性比碳钢差 焊接时往往需先预热 铸铁的焊接性很差 一般只能进行补焊 不同材料之间一般不能焊接 采用型材 锻件 冲压件 铸件等焊接成复合件 节约材料 生产效率高 降低成本 27 二 满足工艺性能要求 4 切削加工性通俗指材料是否易于进行切削加工的性能 取决于材料的化学成分 硬度及加工条件等 铸铁 碳钢 一般铜合金 铝合金切削加工性较好 高合金钢较差 材料硬度对切削加工性影响很大 一般适宜范围为170 240HB 硬度高刀具易磨损 硬度低易 粘刀 同样使切削困难 还使加工表面质量变差 28 二 满足工艺性能要求 5 热处理工艺性通俗指材料是否易于通过热处理而获得预期的机械性能 包括淬硬性 淬透性 淬火变形开裂倾向 过热敏感性 回火脆性和氧化 脱碳敏感性等 取决于材料种类 化学成分 结构形状 尺寸及处理工艺等多种因素 选材与确定工艺时提出恰当 合理的性能指标要求 必要时提出金相组织质量标准要求 29 二 满足工艺性能要求 30 单元三符合经济性原则 经济规律决定了在追求产品功能优异的同时力求成本低廉 零件的成本主要包括材料费用 工艺加工费用及可能出现的维护 生产管理等附加费用 运用价值分析方法 综合考虑 恰当 合理的选材与确定处理工艺 以较低的成本 充分发挥材料潜力 保证预期的零件使用性能寿命 31 三 符合经济性原则 考虑零件加工批量大小的影响 简化采购与生产管理 尽量减少所用零件材料的品种 规格及处理工艺的种类 技术要求差异等 32 三 符合经济性原则 33 单元四 积极推广应用新材料 新工艺 科技工作者要密切关注科技进步 市场形势和国家产业政策的发展动向 积极选用立足我国目前资源自主研发的零件材料及节能降耗 减少污染的处理工艺 34 实际生产中在复杂的要求情况下 各种条件相近时 选择性能最佳