机械零件的选材

1、第第 十二十二 章章 机械零件的选材及毛坯的选择机械零件的选材及毛坯的选择 化学工业出版社化学工业出版社 n 选材的动机新产品设计时的选材；为提高产品性能，降低生产成本的选材零件在使用过程中由于失效涉及重新选材等。第一节 机械零件的失效 一、零件的失效 系统、装置或零件在加工及使用过程中丧失其规定功能的现象。 零件的失效有达到预期寿命的正常失效，也有远低于预期寿命的早期失效。 化学工业出版社化学工业出版社 n 二、零件失效的形式及失效原因（一）零件失效的形式 1.过量变形失效 零件在使用过程中的变形量超过允许范围而造成的失效。 2.断裂失效 零件因断裂而无法正常工作的失效。 3.表面损伤失效零

2、件在工作过程中，因机械或化学作用，使其表面损伤而造成的失效。 化学工业出版社化学工业出版社 n （二）零件失效的原因 1.结构设计 2.选材不当及材料缺陷 3.加工过程中存在的问题 4.安装、使用和维护不当 化学工业出版社化学工业出版社 n 第二节 机械零件的选材一、零件选材的一般原则 （一）使用性原则 指所选用的材料在正常工作情况下能够满足产品及零件的性能要求，是保证零件的设计功能实现、安全耐用的必要条件。 选材的最主要原则。 材料的使用性能包括力学性能、物理和化学性能等。 对结构零件而言，其使用性能一般以力学性能要求为主，物理性能和化学性能要求为辅； 对功能元件而言，其使用性能则以各种功能

3、特性为主，力学性能、化学性能为辅。 化学工业出版社化学工业出版社 n （二）工艺性原则 指所选用的材料能否适应各种加工工艺，经济、高效地生产出满足规定性能及结构要求零件的能力。 1.金属材料的工艺性能 铸造性能 锻压性能 焊接性能 切削加工性能 热处理性能 2.高分子材料的工艺性能 3.陶瓷材料的工艺性能 化学工业出版社化学工业出版社 n （三）经济性原则 1.以铁代钢 2.选用型材 3.优先选用碳钢 4.降低零件的生产总成本 5.优先选用常用材料 化学工业出版社化学工业出版社 n 二、选材的方法及步骤 （一）零件选材的具体方法 1.以综合力学性能为主的选材 2.以疲劳强度为主的选材 3.以磨

4、损为主的选材 化学工业出版社化学工业出版社 n （二）零件选材的步骤 1.分析零件的工作条件及失效形式，找出引起失效的主要力学性能指标，初步确定材料的类型、范围。 2.对同类产品的用材情况进行研究，进一步缩小材料的类型、范围。 3.通过比较选择合适的材料。4.确定零件的热处理要求或其他强化处理方法。5. 审核关键性能指标要满足使用性能要求。6.审核所选材料的综合经济指标。7.投产前进行小批量生产试验。 化学工业出版社化学工业出版社 n 三、典型零件的选材 （一）齿轮类零件的选材 1.齿轮的工作条件、失效形式及力学性能要求 （1）工作条件 齿轮工作时齿面因产生相互滑动和滚动，要承受较大的接触应力

5、，并发生强烈的摩擦；由于要传递扭钜，齿根要承受较大的弯曲应力；在设备启动、变速或齿轮啮合不均匀时，将承受冲击载荷的作用。 （2）失效形式 轮齿断裂 齿面磨损 麻点剥落 化学工业出版社化学工业出版社 n （3）主要力学性能要求 轮齿要有足够高的弯曲疲劳强度。 齿轮表面应有足够高的硬度、接触疲劳强度和耐磨性。 轮齿心部应具有足够高的强度和韧性。 2.齿轮常用材料及热处理 （1）钢 常用的钢有45、40Cr、40MnB等调质钢和20Cr、20CrMnTi、20MnVB、18Cr2N3A、18Cr2Ni4WA等合金渗碳钢。 化学工业出版社化学工业出版社 n （2）铸铁 （3）有色金属 （4）非金属材料

6、 3.典型齿轮的选材及加工工艺路线 （1）机床齿轮的选材 对中碳钢或中碳合金结构钢制造的齿轮常采用的加工工艺路线为： 下料锻造正火粗加工调质半精加工或精加工齿轮表面高频淬火+低温回火（或渗氮）精磨。 常选用中碳钢或中碳合金钢 化学工业出版社化学工业出版社 n （2）汽车、拖拉机齿轮 常选用合金渗碳钢（如20Cr、20MnVB、20CrMnTi、20CrMnMo、12CrNi3A、18Cr2Ni4WA等）制造，经渗碳、淬火+低温回火处理后使用， 渗碳钢制造的齿轮常采用的加工工艺路线为： 下料锻造正火粗加工、半精加工渗碳、淬火+低温回火珩齿（或磨齿）。化学工业出版社化学工业出版社 n （二）轴类零件的选材1.轴的工作条件、失效形式及性能要求 2.常用轴类零件的材料 3.机床主轴的选材实例 （三）刃具的选材1.车刀的选材 2.丝锥和板牙的选材 （四）箱座类零件的选材 化学工业出版社化学工业出版社 n 第三节 零件毛坯的选择 一、毛坯选择的原则（一）满足零件的使用性能要求（二）满足材料的工艺性能要求 （三）经济性原则 化学工业出版社化学工业出版社 n 二、常用毛坯的特点及生产成本比较 铸 件锻 件冲压件焊接件对原材料工艺性的要求流动性好，收缩率低塑性好，变形抗力小塑性好，变形抗力小强度高，塑性好，淬硬性低常用材料灰铸铁、球墨铸铁、低中碳钢、铝合金、铜合金中碳钢及合金结构钢低碳钢、