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1、8.1 轴类零件选材 （axle）,8.2 齿轮类零件材料选择 (gear),8.3 弹簧类零件材料选择 (spring),8.4 箱体支承类零件材料选择,第8章 常用机器零件选材 material selection of common machine parts,8.1 轴类零件选材（axle） 8.1.1 轴的工作条件与性能要求 工作条件： 轴的功能： 支承旋转零件、传递动力或运动。 负荷特点： 转 轴弯曲与扭转的复合作用，如减速器的轴、机 床主轴。 心 轴只承受弯矩，如铁路车辆的轮轴。 传动轴扭转应力作用，如汽车的驱动轴。 轴 颈较大摩擦；此外，轴大部受交变应力及一定 的过载或冲击作用

2、。 主要失效形式： 疲劳断裂；轴颈或花键处过度磨损；过量变形等。,性能要求: 良好的综合力学性能（强度和塑性、韧性良好 配合），以防止断裂 ; 高的疲劳强度 ; 轴颈、花键等处较高硬度与耐磨性。,8.1.2 轴类零件选材 （进行强度、刚度计算与结构设计后，提出要求） 轻载、低速的一般轴（心轴、拉杆、螺栓等）： Q235 Q275，不热处理。 中等载荷，一般精度轴（曲轴、机床主轴等）： 35 50钢，热处理。 重载、高精度或恶劣条件轴（汽车、拖拉机轴，压力机曲线等），合金钢： 40Cr、40MnB、30CrMnSi、35CrMo、40CrNiMo； 20Cr、 20CrMnTi（渗碳）； 38C

3、rMoAl（氮化）； 9Mn2V、GCr15等，采用相应的热处理。,8.1.3 轴类零件加工工艺路线 机床主轴 材料： 45钢。 热处理技术条件： 整体调质220 250HBS； 轴颈、锥孔表面淬火52 58HRC。 工艺路线： 锻造正火粗加工调质半精加工表面淬火及低 温回火磨削。 常见机床主轴的工作条件、用材及热处理情况（下表）。,图8-1,表8-1,汽车半轴 材料： 40Cr(中型载重汽车；若重型则选40CrMnMo)。 热处理技术条件: 正火，187241HBS；调质，杆部3742HRC，盘部外圆2434HRC。 工艺路线： 锻造正火机加工调质盘部钻孔精加工。,图8-2,内燃机曲轴 选材

4、： 轻、中载荷及低、中速内燃机用球铁；重载及中、高速 时用锻钢。 110型柴油机球墨铸铁曲轴。 材料： QT600-3球铁。 热处理技术条件： 整体正火，b650MPa，ak15J/cm2，240 300 HBS；轴颈表面淬火、低温回火 (55HRC，珠光体数量70%)。 工艺路线： 铸造成形正火+高温回火切削加工轴颈表面淬火、回火磨削。,锻造合金曲轴 材料： 50CrMoA（机车内燃机曲轴）。 热处理技术条件： 整体调质，b950MPa、s750MPa、12%、45%、ak56J/cm2及3035HRC；轴颈表面淬火回火， 6065HRC、硬化层深3 8mm 。 工艺路线: 锻造退火粗加工调

5、质半精加工表面淬火、回火磨削。,8.2 齿轮类零件材料选择(gear) 8.2.1 齿轮的工作条件与性能要求 工作条件: 齿轮功能：传递动力、改变运动速度和运动方向。 负荷特点：齿轮交变弯曲应力，一定冲击载荷，齿面很大接触应力及强烈摩擦。 失效形式：断齿、齿面剥落及过度磨损。 性能要求: 高接触疲劳强度、高表面硬度和耐磨性。 高抗弯强度、适当心部强度和韧性。 良好切削加工性和热处理工艺性。,8.2.2 齿轮选材 选材原则： 传动方式（开式或闭式）、载荷性质和大小（齿面接触应力和冲击负荷等），传动速度、精度及齿面硬化要求及齿轮副材料和硬度匹配等。,钢制齿轮: 轻载、低中速，冲击力小，精度低齿轮：

6、 碳钢（Q255、Q275、45、50Mn等），正火或调质成软面齿轮。如减速箱齿轮等。 中载、中速、中等冲击、运动平稳齿轮： 中碳（合金）钢（45、40Cr、42SiMn、55Tid等）。感应淬火回火硬齿面（50 55HRC）。如机床齿轮。 重载、中高速、大冲击载荷齿轮： 低碳（合金）钢（20Cr、20MnB、20CrMnTi）渗碳（碳氮共渗）及淬火低温回火，齿面5863HRC。如汽车、拖拉机变速齿轮和后桥齿轮。 精密传动齿轮或硬面内齿轮，要求热处理变形小： 38CrMoAl、35CrMo等。调质及气体氮化。如非重载、工作平稳的精密齿轮。,铸钢齿轮： 大尺寸(400mm)、形状复杂、受冲击的齿

7、轮，退火或正火状态使用(耐磨性要求高者采用表面淬火)。 铸铁齿轮： 灰铸铁，用于轻载、低速、不受冲击的齿轮。 有色金属齿轮： 铜合金、铝合金，用于有腐蚀介质的轻载齿轮，如仪表齿轮等，另特殊用途，如为减摩，用锡青铜作蜗轮。 工程塑料齿轮： 尼龙等。轻、摩擦系数小、减振减噪。用于轻载、无润滑的小型齿轮（仪表、小型机械）。,8.2.3 齿轮加工工艺路线及选材实例 机床齿轮 负荷特点： 运转平稳、负荷不大，条件较好。 材料： 45钢。 热处理技术条件： 正火(160217HBS)；表面高频淬火、回火(5055HRC)。 工艺路线： 锻造正火粗加工调质半精加工高频淬火、回火精磨。,汽车、拖拉机齿轮 负荷

8、特点： 承载、磨损及冲击负荷较大，工作条件比较繁重。 材料： 20CrMnTi。 热处理技术条件： 渗碳层深0.81.3mm，表层Wc为0.8%1.05%，齿面 5862HRC。心部3345HRC。 工艺路线： 锻造正火粗加工、半精加工渗碳淬火、低温回 火。,图8-3,8.3 弹簧类零件材料选择（spring) 8.3.1 不同类型弹簧的工作条件与性能要求 功能与工作条件 功 能：减振(汽车板簧)、储备机械能(仪表发 条)、控制运动 (气门、离合器等)。 负 荷 特 点：交变应力。 主要失效形式：疲劳断裂、永久变形。 性能要求（同弹簧钢） 高s、高e、高s/b； 高疲劳强度； 一定塑性、韧性。

9、,8.3.2 弹簧材料选择 工程上用于制造弹簧的材料主要是碳钢和合金钢，以及 有色金属。如铍青铜（仪表等场合）。 碳素弹簧钢： 65、67、75、85。用于小截面(12mm)、不太重要的小型弹簧。 锰弹簧钢： 65Mn，截面尺寸15mm的小型弹簧。 硅锰弹簧钢： 60Si2Mn等，25 30mm淬透，板簧、螺旋弹簧及250以下耐热弹簧。,铬矾弹簧钢： 50CrVA等，50mm淬透，应力较大的弹簧（工作温度 300）。 硅铬弹簧钢： 60Si2CrA、60Si2CrVA，高应力、受冲击弹簧（300 350）。 钨铬钒弹簧钢： 30W4Cr2VA，高强度耐热弹簧（ 500）。,8.3.3 弹簧加工

10、工艺路线 冷卷弹簧的加工工艺路线 原料（钢丝、带等，0.112mm）卷簧热处理端 面加工。 原料状态与热处理 硬化状态的弹簧： 只进行去应力回火(碳钢250，合金钢350450)。 退火状态的弹簧： 需进行淬火、回火，4147HRC。回火屈氏体。 热成型弹簧的加工工艺路线 下料加热成型热处理（淬火、回火）喷丸端 面加工。,8.4 箱体支承类零件材料选择 8.4.1 箱体支承类零件功能与性能要求 功能： 支承机器重量、安装固定零件，压应力及弯曲应力、一定动载及紧固力。 性能要求： 足够强度、刚度，良好减震性及尺寸稳定性，良好加工性及铸造工艺性。,8.4.2 箱体支承类零件用材及加工工艺路线 选材 铸 铁：最常用，灰口铸铁或球墨铸铁，各种机床 的箱体、支承件。 铸 钢：ZG35Mn、ZG40Mn，载荷较大、承受冲 击的箱体。如工程机械。 有色金属铸造：重量轻、 散热良好箱体，喷油泵壳体、飞 机发动机箱体。 型 材 焊 接： Q235、10、16Mn，大体积、简单形状、 小批量箱体。 加工工艺路线 铸造（或焊接）成形人工时效（或去应力退火） 切 削加工。 作业：1，2，3，4，6。,表8-2,本 章 结 束,图8-1 CM6140车床主轴,表8-1 机床主轴工作条件、用材及热处理,图8-2 汽车半轴,图8-3 解放牌汽车变速齿轮简图,表8-2 部分箱体支承类零件用材情况,人有了知识