机械工程材料 第9章 工程材料选材与性能综合分析 - 河....ppt

1、机械工程材料,河北工业大学材料学院,（一）齿轮的工作条件 齿轮主要用于传递扭矩和调节速度，其受力状况如下： 1.由于传递扭矩和调节速度，齿根承受很大的交变弯曲应力。 2.换挡、启动，齿部承受一定冲击载荷。 3.齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力和摩擦力。 （二）齿轮的失效形式 1.疲劳断裂 2.齿面磨损 3.齿面接触疲劳破坏 4.过载断裂,一、齿轮选材,1机床齿轮 机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务，工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈冲击。一般选中碳钢制造，为了提高淬透性，也可选中碳合金钢。 例题1：低速低载荷下工作不重要变速箱齿轮，硬度156217H

2、B。 应选：45钢正火（840860）工艺。 例题2：速度较大或中度载荷下工作的小齿轮，齿部硬度要求较高，（5055HRC）， 应选： 1）45钢，高频加热，水淬， 160180回火（正确） 2）45钢调质处理，后高频加热，水淬， 160180回火。 （不正确，因为该齿轮不要求整体综合性能好） 3）40CrNiMn钢高频加热，油淬， 160180回火。 （不正确，因为齿轮尺寸较小，没有必要选高淬透性钢）,（三）齿轮类零件选材,例题3 速度较大或中度载荷下工作的小齿轮，要求良好综合性能，齿部硬度较高（50 55HRC），选 45钢，高频加热水淬， 160180回火的工艺路线为：,下料锻造正火粗加

3、工调质精加工 齿轮高频淬火及低温回火精磨 1.正火目的：消除锻造应力，均匀组织，便于切 削加工。 2.调质目的：使齿轮具有较高的综合机械性能。 3.高频淬火：决定齿轮表面性能(AC3加热水淬提 高耐磨性。 4.低温回火: 消除淬火应力。,2汽车齿轮,汽车齿轮在变速箱中，改变车速，发动机的全部动力均通过齿轮传给车轴，推动汽车运行。故汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性都比机床齿轮要求高。 例题1. 现制造一汽车传动齿轮，要求表面高硬度（58 62HRC）、高耐磨、高接触疲劳强度，心部具 有良好的韧性（2945HRC）。应选： 1) T10钢水淬160回火，组织为

4、M回火 工艺分析：只满足表层，不能满足心部性能。 2) 45钢调质表面淬火160回火。 工艺分析：调质得到S回，心部性能一般满足 表面淬火+ 160回火得到M回 ，硬度只有HRC56 ,不合要求 。 3) 20CrMnTi钢 渗碳淬油160回火（渗碳表层C0.81.0） 工艺分析：表层（0.51.0mm）组织：M回+合金碳化物+A少，62HRC； 心部组织：M回F，硬度4043HRC ,强韧性好。 无论表层、心部都能满足性能要求，故选工艺3),汽车传动齿轮,要求表面高硬度（5862HRC）、高耐磨、高接触疲劳强度，心部具有良好的韧性（2945HRC） 20CrMnTi钢 渗碳淬油160回火的工

5、艺路线： 下料 锻造 正火 机加工 渗碳油淬 160回火 喷丸处理 正火目的：消除锻造应力，均匀组织，便于切削加工。 渗碳油淬目的：满足表层性能要求，为提高组织的强韧性必须进行低温回火。,二、轴类零件选材,轴是机器上的重要零件之一，一切回转运动的零件如齿轮、凸轮都装在轴上，所以，轴主要是传递动力。 （一）轴类零件工作条件及性能 1.工作条件 (1).轴主要是受交变弯曲、扭转的复合作用。 (2)轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦和磨损。 (3)轴在高速运动时承受冲击载荷及过载载荷。 2.性能要求 (1)良好的综合性能：足够的强度、塑性和一定的韧性，以防过载断裂。 (2)高疲劳强度，以防疲劳断

6、裂。 (3)足够的淬透性，以防磨损失效。 (4)良好的切削加工性能。,(二)轴类零件的失效形式,1.大载荷或冲击载荷引起的过量变形，甚至断裂。 2.零件相对运动时的过量磨损,(三)轴类零件的选材,1.机床主轴选材 机床主轴要求具有一般综合机械性能，大端的轴颈与卡盘间有磨损，要求具有较高的强度和硬度。 例题1：机床主轴，载荷和转速不高，要求具有较高综合力学性能（220 250HB）应选用（2） (1)40Cr钢调质处理 （载荷和转速不高，一般不用合金 钢） (2)45钢调质处理 （调质得到S回，具有良好的综合力 学性能） (3)45钢正火处理（正火组织不具备良好的综合力学性 能）,2020/7/

7、28,9,C620车床主轴简图,例题2：机床主轴，承受较大载荷，要求具有良好的综 合力学性能（220250HB）；轴颈耐磨，硬度 为5055HRC应选用（1）,(1) 40Cr钢调质表面淬火（轴颈）低温回火（调质 满足了综合机械性能的要求，轴颈表面淬火满足了 轴颈耐磨的要求） (2) 20Cr钢渗碳淬油低温回火（该工艺使表面硬度 太高，而心部却不具备良好的综合力学性能要求） (3) 40Cr钢调质处理（轴颈硬度不合要求） 轴类工艺路线： 下料锻造正火粗加工调质精加工表面淬火低 温回火磨削加工,三、弹簧的选材,（一）弹簧的工作条件 1. 弹簧在外力作用下，压缩、拉伸，承受弯曲应力或 扭转应力 2

8、. 缓冲、减震，承受交变应力和冲击载荷 3.有些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用 （二）弹簧的性能要求 1.高弹性极限和高屈强比 2.高的疲劳极限 3.好的材质和表面质量 4.某些弹簧具有好的耐蚀性和耐热性,2020/7/28,12,（三）弹簧的选材,1. 汽车板簧 汽车板簧尺寸较大，要求高淬透性钢。 (1) 一般选65Mn钢、60Si2Mn钢制造，850870油淬中温回火 (2) 中型或重型汽车板簧用50CrMn、55SiMnVB钢。 (3) 重型载重汽车大截面板簧采55SiMnMoV、55SiMnMoVNb钢。 2. 火车螺旋弹簧 火车螺旋弹簧尺寸较大，性能要求与汽车弹簧相同。,例题1 现制造

9、直径30mm的火车卷簧，硬 度3850HRC，应选用（2） (1) 65钢冷卷成形+淬火+中温回火（65 钢的淬透性差，不能淬透） (2) 60Si2Mn钢热卷成形+油淬+中温回火 （60Si2Mn钢的淬透性好，尺寸较大， 必须热卷成形） (3) 20钢冷卷成形+淬火+低温回火（尺 寸大不能冷卷，20钢的淬透性差，不能淬透；低温回火后不能满足性能要求）,四、刃具选材,（一）板锉 板锉是手工工具，形状简单。刃部要求高硬度（6365HRC）；柄部硬度HRC35。,2020/7/28,16,1. 18CrMnTi钢渗碳+淬油+低温回火（因形状简单不用合金钢，大材小用） 2. T12钢淬火低温回火（该

10、钢适用于形状简单的工具，正确） 3. 9CrSi钢油淬低温回火（形状简单不选合金钢） 工艺路线： 锻柄部正火球化退火机加工淬火低温回火 球化退火目的：HB，以利切削加工，为淬火作组织准备。 低温回火目的：得到M回渗碳体A 少，才能满足硬度要求。,（二）、齿轮滚刀,齿轮滚刀形状复杂，精度要求高，选用高速钢（W18Cr4V）制造。 工艺路线： 锻造球化退火粗加工淬火回火精加工表面处理（涂TiN等） 锻造目的：成型、破碎、细化碳化物,锻后应缓冷。 球化退火目的：HB（得到球状合金碳化物），以利切削加工，为淬火作组织准备。 淬火：采用分级淬火。回火：采用550回火三次。,2020/7/28,18,五、模具选材,（一）冷作模具钢的工作条件及性能 冷作模具钢制造各种冷冲模、冷挤压模和拉丝模，承受很大压力、冲击载荷和磨损。高硬度、高耐磨、高韧性和高抗疲劳强度、小变形。选高碳钢或高碳合金钢制作。常用钢种为： 9Mn2V、9CrSi、Cr12、