金属材料与热处理零件的选材原则及工艺路线设计

1、工工 作作 条条 件件零件零件应力种应力种类类载荷性质载荷性质受载状态受载状态常见的失效形式常见的失效形式要求的主要机械性能要求的主要机械性能紧固紧固螺栓螺栓拉，拉，剪应力剪应力静载静载过量变形，断裂过量变形，断裂强度，塑性强度，塑性传动传动轴轴弯，弯，扭应力扭应力循环，冲循环，冲击击轴颈摩擦，轴颈摩擦，振动振动疲劳断裂，过量变疲劳断裂，过量变形，轴颈摩损形，轴颈摩损综合机械性能综合机械性能传动传动齿轮齿轮压，压，弯应力弯应力循环，冲循环，冲击击摩擦，振摩擦，振动动齿折断齿折断,磨损磨损,疲劳断疲劳断裂裂,接触疲劳接触疲劳(麻麻点点)表面高强度及疲劳极表面高强度及疲劳极限，心部强度、限，心部强

2、度、韧性韧性弹簧弹簧扭，扭，弯应力弯应力交变，冲交变，冲击击振动振动弹性失稳，疲劳破弹性失稳，疲劳破坏坏弹性极限，屈强比，弹性极限，屈强比，疲劳极限疲劳极限冷作冷作模具模具复杂应复杂应力力交变，冲交变，冲击击强烈摩擦强烈摩擦磨损，脆断磨损，脆断硬度，足够的强度，硬度，足够的强度，韧性韧性常用零件的工作和失效形式常用零件的工作和失效形式疲劳断裂 齿面磨损 齿面剥落 轮齿冲击断裂 机床变速箱齿轮 机床变速箱齿轮担负传递动机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈冲载荷不大，工作平稳无强

3、烈冲击。因此，一般可选中碳钢击。因此，一般可选中碳钢(45钢钢)制造，为了提高淬透性，制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢也可选用中碳合金钢(40cr钢钢)。 工艺路线为：工艺路线为： 下料下料-锻造锻造-正火正火-粗加工粗加工-调质调质-精加工精加工-高频淬火及低温回火高频淬火及低温回火-精磨。精磨。 冲击载荷小的低速齿轮也可采用冲击载荷小的低速齿轮也可采用ht250、ht350、qt500-5、qt600-2等铸铁等铸铁制造。机床齿轮除选用金属齿轮外制造。机床齿轮除选用金属齿轮外, 有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛齿轮、有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛齿轮、单体浇铸尼龙齿轮单体浇铸尼龙

4、齿轮, 工作时传动平稳工作时传动平稳, 噪声减少噪声减少, 长期使用磨损很小。长期使用磨损很小。 转轴弯曲疲劳断口形貌 直升飞机螺旋桨驱动齿轮轴扭断 轴颈被埋嵌在轴承中的硬粒子磨损c620车床主轴简图主轴用主轴用45钢制造。钢制造。 做一做做一做：制定工艺路线制定工艺路线 载荷较大的主轴用载荷较大的主轴用40cr钢制造。钢制造。 承受较大冲击载荷和疲劳载荷的主轴用合金渗碳钢（承受较大冲击载荷和疲劳载荷的主轴用合金渗碳钢（20cr或或20crmnti）制造。制造。 175a型柴油机曲轴简图(a) 压缩螺旋弹簧 (b) 拉伸螺旋弹簧 (c) 扭转螺旋弹簧 (d) 板弹簧 (e) 片弹簧 弹簧有下列

5、用途：弹簧有下列用途： (1) 缓冲或减振缓冲或减振 如汽车、拖拉机、火车中使用的悬挂弹簧。如汽车、拖拉机、火车中使用的悬挂弹簧。 (2) 定位定位 如机床及其夹具中利用弹簧将定位销如机床及其夹具中利用弹簧将定位销(或滚珠或滚珠)压在定位孔压在定位孔(或槽或槽)中。中。 (3) 复原复原 外力去除后自动恢复到原来位置，如汽车发动机中的气门弹簧。外力去除后自动恢复到原来位置，如汽车发动机中的气门弹簧。 (4) 储存和释放能量储存和释放能量 如钟表、玩具中的发条。如钟表、玩具中的发条。 (5) 测力测力 如弹簧称、测力计中使用的弹簧。如弹簧称、测力计中使用的弹簧。 主要弹簧钢的特点及用途主要弹簧钢

6、的特点及用途钢类代表钢号主要特点用途举例碳钢6570经热处理或冷拔硬化后,得到较高的强度和适当的塑性、韧性；在相同表面状态和完全淬透情况下，疲劳极限不比合金弹簧钢差，但淬透性低，尺寸较大，调压调速弹簧、柱塞弹簧、测力弹簧、一般机器上的圆、方螺旋弹簧或拉成钢丝作小型机械的弹簧锰钢65mnmn提高淬透性,表面脱碳倾向比硅钢小,经热处理后的综合机械性能略优于碳钢,缺点是有过热敏感性和回火脆性小尺寸扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也适于制造弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧硅锰钢55si2mn55si2mnb60si2mnsi和mn提高弹性极限和屈强比，提高淬透性以及回火稳定性和抗松弛稳定性，过热敏

7、感性也较小，但脱碳倾向较大。汽车、拖拉机、机车上的减震板簧和螺旋弹簧，汽缸安全弹簧，轧钢设备及要求承受较高应力的弹簧.铬钒钢50crva良好的工艺性能和机械性能，淬透性比较高，加入v，使钢的晶粒细化，降低过热敏感性，提高强度和韧性气门弹簧、喷油咀簧、气缸涨圈、安全阀用簧、中压表弹簧元件、密封装置等，适用于210条件下工作弹簧铬锰钢50crmn较高强度、塑性和韧性，过热敏感性比锰钢低，比硅锰钢高，对回火脆性较敏感，回火后宜快冷车辆、拖拉机和较重要板簧、螺旋弹簧汽车板簧 (1) 用途及性能要求用途及性能要求 用于缓冲和吸振，承受很大的交用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击载荷的作用，需要高的屈

8、服强度和疲劳强变应力和冲击载荷的作用，需要高的屈服强度和疲劳强度。度。n (2) 材料材料n 轻型汽车选用轻型汽车选用65mn、60si2mn钢制造；钢制造；n 中型或重型汽车中型或重型汽车, 板簧用板簧用50crmn, 55simnvb钢；钢；n 重型载重汽车大截面板簧用重型载重汽车大截面板簧用55simnmov, 55simnmovnb钢制造。钢制造。火车螺旋弹簧 热轧钢棒下料热轧钢棒下料两头制扁两头制扁热卷成形热卷成形淬火淬火中温回中温回火火喷丸强化喷丸强化端面磨平。端面磨平。 淬火与回火工艺同汽车板簧。淬火与回火工艺同汽车板簧。(1) 用途及性能要求用途及性能要求 机车和机车和车箱的缓

9、冲和吸振车箱的缓冲和吸振, 其使用其使用条件和性能要求与汽车板条件和性能要求与汽车板簧相近。簧相近。 (2) 材料材料 50crmn、55simnmov (3) 工艺路线工艺路线 继电器簧片 1刃具的工作条件刃具的工作条件 (1) 刃具切削材料时，受到被切削材料的强烈挤压，刃部刃具切削材料时，受到被切削材料的强烈挤压，刃部受到很大的弯曲应力。某些刃具受到很大的弯曲应力。某些刃具(如钻头、铰刀如钻头、铰刀)还会受到还会受到较大的扭转应力作用。较大的扭转应力作用。 (2) 刃具刃部与被切削材料强烈摩擦，刃具刃部与被切削材料强烈摩擦， 刃部温度可升到刃部温度可升到500 c600 c。 (3) 机用

10、刃具往往承受较大的冲击与震动。机用刃具往往承受较大的冲击与震动。切削加工 2刃具的失效形式刃具的失效形式 (1) 磨损磨损 由于摩擦，刃具刃部易由于摩擦，刃具刃部易磨损，这不但增加了切削抗力，磨损，这不但增加了切削抗力，降低切削零件表面质量，也由于降低切削零件表面质量，也由于刃部形状变化，使被加工零件的刃部形状变化，使被加工零件的形状和尺寸精度降低。形状和尺寸精度降低。 (2) 断裂断裂 刃具在冲击力及震动的刃具在冲击力及震动的作用下折断或崩刃。作用下折断或崩刃。 (3) 刃部软化刃部软化 由于刃部温度升高，由于刃部温度升高，若刃具材料的红硬性低或高温性若刃具材料的红硬性低或高温性能不足，使刃部硬度显著下降，能不足，使刃部硬度显著下降，丧失切削加工能力。丧失切削加工能力。板锉 1. 性能要求、材料及工艺性能要求、材料及工艺 (1) 用途及性能要求用途及性能要求 板锉是钳工常用的工具板锉是钳工常用的工具,用于锉用于锉削其他金属。其表面刃部要求有高的硬度削其他金属。其表面刃部要求有高的硬度(64 hrc67 hrc), 柄部要求硬度柄部要求硬度 35 hrc。 (2) 材料材料 t12钢钢 (3) 制造工艺制造工艺热轧钢板热轧钢板(带带