典型机械零件的选材分析.ppt

1、7.2 典型机械零件的选材分析,常用材料的特点 聚合物材料：密度小、摩擦系数小，减振性、耐蚀性、电绝缘性及弹性好，但强度和刚度低、尺寸稳定性差、易老化等； 陶瓷材料：化学稳定性好，硬度、红硬性、耐热性高，但塑性低、脆性大，工艺复杂、成本高。,常用材料的特点,复合材料：综合了各种不同材料的优良性能，其比强度、比模量高，抗疲劳、减摩、耐磨、减振性好，且化学稳定性优异，但价格高； 金属材料：具有综合的力学性能和某些物理、化学性能，是机械工程中最主要的结构材料。,一、齿轮类机械零件的选材分析,1、工作条件 齿根承受交变的弯曲应力； 齿面有强烈的滚动和滑动摩擦、磨损； 轮齿接触区域承受很大的交变接触应力

2、； 换档、启动时轮齿承受一定的冲击载荷； 瞬时过载、润滑油腐蚀及外部硬质磨粒的侵入，使工作条件恶化。,2、常见的失效形式,轮齿折断： 疲劳断裂、冲击过载断裂； 齿面接触疲劳破坏：点蚀； 齿面磨损： 摩擦、磨损胶合，磨粒磨损； 过量的塑性变形等。,3、主要性能要求,1）轮齿根部具有高的弯曲疲劳强度； 2）齿面具有高的接触疲劳强度、高的表面硬度和耐磨性； 3）轮齿心部具有足够高的强度和冲击韧性； 4）良好的切削加工性、淬火变形要小，易获得高的加工精度和低的表面粗糙度值。,4、齿轮类材料的选材分析,1）钢制齿轮 毛坯：型材 锻坯，流线分布合理，重要齿轮 硬齿面：350HBS； 软齿面：350HBS。

3、,齿轮类材料的选材分析.1,轻载、低速或中速、冲击力小，精度一般的齿轮 中碳钢如Q255、Q275、40、45、50Mn等 正火160200HBS或调质200280HBS 工艺简单，成本低，承载能力低。 用于标准减速箱齿轮，冶金机械、重型机械和机床的次要齿轮。,齿轮类材料的选材分析.2,中速、中载、受一定冲击载荷、运动较为平稳的齿轮 调质钢如45、50Mn、40Cr、42SiMn等 齿面：高频（中频）淬火、低温回火，5055HRC 心部：正火或调质 用于制造机床齿轮,齿轮类材料的选材分析.3,重载、高速或中速，且受较大冲击载荷的齿轮 渗碳钢如20Cr、20CrMnTi、20CrNi3等 渗碳、

4、淬火、低温回火 表面5863HRC，心部具有较高的强度和韧性。 用于汽车、拖拉机变速箱和后桥齿轮。,齿轮类材料的选材分析.4,精密传动齿轮或磨齿困难的硬齿面齿轮 氮化钢如35CrMo、38CrMoAlA等 调质氮化处理，齿面6570HRC 热处理变形小，热稳定性好，一定的耐蚀性，硬化层薄，不耐冲击。 用于载荷平稳、润滑良好的精密齿轮或内齿轮。,齿轮类材料的选材分析.5,2）铸钢齿轮 尺寸较大（直径400mm）、形状复杂并承受一定冲击的齿轮 碳素铸钢如ZG35、ZG45等； 合金铸钢如ZG40Cr、ZG35CrMo等； 铸造正火或退火切削加工(表面淬火)。,齿轮类材料的选材分析.6,3）铸铁齿轮

5、 低速、轻载、不受冲击且精度低的齿轮 开式：HT200、HT250、HT300等； 闭式：QT600-3、QT450-10、QT400-15等； 铸造退火或正火切削加工(表面淬火)。,齿轮类材料的选材分析.7,4）有色金属材料齿轮 仪表或接触腐蚀介质的轻载齿轮 黄铜：如ZCuZn38、ZCuZn40Pb2等； 铝青铜：如ZCuAl10Fe3、ZCuAl9Mn2等； 硅青铜：如ZCuSi3Mn1等； 硬铝和超硬铝：如LY12、LC4等。,齿轮类材料的选材分析.8,5）粉末冶金齿轮 可少切削或无切削精密加工 汽车发动机定时齿轮、分电器齿轮、柴油机凸轮轴齿轮等； 6）工程塑料齿轮 重量轻、摩擦系数小

6、、减振、噪音小，但强度低、工作温度低 仪表、小型机械的轻载、无润滑齿轮。,5、典型齿轮的选材,1）机床齿轮 中速、载荷不大、运转平稳、无强烈冲击 调质钢，如45、40Cr等 加工工艺： 锻造正火粗加工调质精加工表面淬火低温回火精磨 见表7-5,典型齿轮的选材.1,对性能要求不高的的一般齿轮 锻造粗加工正火 精加工表面淬火低温回火精磨 高速、重载、高精度、受冲击的齿轮 用氮化钢：如35CrMo、38CrMoAlA，氮化 或渗碳钢：如20CrMnTi、20Cr，渗碳、淬火低温回火,典型齿轮的选材.2,2）汽车变速箱齿轮 受力较大、超载和冲击载荷 渗碳钢，如20Cr、20CrMnTi、20MnVB等

7、 加工工艺： 锻造正火切削加工渗碳、淬火低温回火喷丸精磨 见表7-6,二、轴类零件的选材分析,1、工作条件 作用：支承传动零件，传递运动和动力 1）传递扭矩，承受交变扭转载荷或交变弯曲应力； 2）局部（轴颈、花键等）承受较大的摩擦和磨损； 3）承受一定的过载和冲击载荷。,2、主要的失效形式,1）断裂 过载或冲击载荷引起折断或扭断，疲劳断裂是主要失效形式； 2）磨损失效 相对运动轴颈过渡磨损； 3）变形或腐蚀失效 过量的弯曲和扭转变形，振动或腐蚀失效。,3、主要性能要求,1）高的疲劳强度 防止疲劳破坏； 2）良好的综合力学性能 防止过载或冲击断裂； 3）较高的硬度和良好的耐磨性 防止花键、轴颈局

8、部过渡磨损。,4、轴类零件的选材分析,1）锻钢轴 调质钢：如45、40Cr、40MnB、35CrMo、42CrMo、40CrNiMo、38CrMoAlA等 弯、扭载荷为主，表层应力大，选低淬透性45、40Cr； 拉压载荷为主，截面载荷分布均匀，选高淬透性40CrNiMo等。,轴类零件的选材分析.1,以刚度为主，轻载的一般轴 选45或Q275，正火或调质即可； 要求耐磨为主的轴，可选高碳（65Mn、9Mn2V）或低碳（20Cr、20CrMnTi）渗碳，精度要求极高，可选渗氮钢（38CrMoAlA）制造； 主轴承受重载、高速、冲击与循环载荷，选渗碳钢（20CrMnTi、20MnVB等）,轴类零件的

9、选材分析.2,2）铸钢轴 形状复杂、尺寸较大的轴，选用铸钢，如ZG230-450。 3）铸铁轴 球墨铸铁，如QT700-2，制作曲轴 刚度和耐磨性高，缺口敏感性低、减振减摩性好、切削加工性优良、成本低。,5、典型轴类零件的选材,1）机床主轴 C616车床主轴，45或40Cr 加工工艺： 锻造正火粗加工调质半精加工（除花键外）局部表面淬火、低温回火（锥孔及外锥体）粗磨（外圆、外锥体及锥孔）铣花键花键高频淬火、低温回火精磨（外圆、外锥体及锥孔）,C616车床主轴简图,典型轴类零件的选材.1,铣床主轴，可选QT700-2； 镗床主轴，可选38CrMoAlA渗氮； 转速较高，承受冲击载荷的轴 选用渗碳

10、钢，如20Cr、20CrMnTi 渗碳、淬火低温回火； 见表7-7,典型轴类零件的选材.2,2）内燃机曲轴 中低速选调质钢，如45、40Cr等 或球墨铸铁，如QT700-2； 高速选用高强度合金钢，如35CrMo等。 加工工艺： 锻造正火粗加工调质精加工轴颈表面淬火、低温回火精磨,典型轴类零件的选材.3,80小型柴油机曲轴选用球墨铸铁 加工工艺： 铸造正火高温回火切削加工轴颈表面淬火低温回火（渗氮）精磨 见表7-8,三、汽轮机叶片选材分析,1、工作条件 受蒸汽和燃气的弯矩作用； 受中、高压过热蒸汽的冲刷或湿蒸汽电化学腐蚀或高温氧气的氧化和腐蚀； 湿蒸汽水滴或燃气杂质的磨损； 外界干扰叶片产生共

11、振力的作用。,2、失效形式 叶片的失效方式主要为蠕变变形、断裂和表面损伤。 3、性能要求 高的室温强度、塑性和韧性及高温强度； 化学稳定性好； 导热性好、热膨胀系数小； 耐磨性好； 减振性好； 良好的冷、热加工性能。,4、叶片的选材及热处理,中低压汽轮机（500），要求抗蠕变 选用1Cr18Ni9Ti或15Cr11MoV、15Cr12WMoV（600）,叶片的选材及热处理,燃气机叶轮片，温度更高，蠕变变形、断裂、疲劳或热疲劳； 选用1Cr17Ni13W、Cr14Ni40MoWTiAl等 后级叶轮片加工工艺： 模锻退火机械加工调质热整形去应力退火叶片根部加工镀硬铬抛光磁粉探伤,四、切削刀具的选材分析,1、工作条件 1）承受强烈的挤压、弯曲应力； 2）刃部与被切材料产生强烈摩擦，温度高； 3）较大的冲击和振动。,2、失效形式,刃部磨损； 断裂（折断或崩刃）； 刃部软化。,3、性能要求,高硬度和耐磨性； 高的红硬性； 足够的强韧性； 较好的淬透性。,4、切削刀具的选材,手用工具，T10A、T12