第十二章 零件的选材及工艺路线
第十二章零件的选材及工艺路线
—② 工作环境 如温度(常温、高温、低温或变温)介质(有 无腐蚀介质、润滑剂)；
—③ 其他要求 如导热性、密度与磁性等．在全面分析工 作条件的基础上确定零件的使用性能，如交变 载荷下要 求疲劳性能、冲击载荷下工作要求韧性、 酸碱等腐蚀介 质中工作则要求耐蚀性等。
2020年6月6日5时20分
机械工程材料
24
二、根据材料的工艺性能选材(陶瓷材料)
硬而脆且导热性较差。根据陶瓷制品的材料、性 能要求、形状尺寸精度及生产率不同，可选用粉 浆成形、压制成形、挤压成形、可塑成形等方 法．陶瓷材料的切削加工性能极差，除极少数陶 瓷外(如氮化硼陶瓷)，其它陶瓷均不可切削加工 陶瓷虽可磨削加工，但其磨削性能也不佳，且必 须选用超硬材料砂轮(如金刚石砂轮)。陶瓷也可 进行热处理，但因导热性与耐热冲击性差，故加 热与冷却时应小心，否则极易产生裂纹。
2020年6月6日5时20分
机械工程材料
27
陶瓷材料 硬而脆、加工性能差，也不能用
作重要的受力零件；目前主要应用领域是 建筑陶瓷和功能材料。但陶瓷材料具有高 热硬性及化学稳定性．可用作耐热、耐磨、 耐蚀的零件，如燃烧器喷嘴、刀具与模具、 石油化工容器等。由于陶瓷功能材料具有 极其广阔的应用前景，在高新技术产品中 占据重要地位．故有人认为2l世纪是“第二 个石器时代”。陶瓷作为结构材料，目前 尚处开发应用阶段。
2020年6月6日5时20分
第十二章 零件的选材及工艺路线
机械工程材料
1
主要内容
1、常用的力学性能指标在选材中的意义 2、断裂韧度在选材中的意义 3、零件实物性能试验的重要性 4、材料强度、塑性与韧性的合理配合 5、选材方法 6、典型零件选材及工艺路线
零件选材及工艺路线
(5)选材时应考虑我国的资源和供应情况，尽量选 用我国资源丰富的合金钢系列，如锰钢、硅锰钢 等；少选或不选含镍、铬、钴等我国资源缺乏的 钢种。 (6)应根据厂家的具体情况选择工艺成熟的材料， 以降低加工费，提高成品率。同时，还应考虑所 选材料的品种尽量少而集中，以减少管理费用； 尽量选用本地区或就近可以供应的材料，以降低 运输费用。此外，所选材料还应考虑环保问题等。
§ 1 选材的原则
1.2工艺性能选材原则（陶瓷材料）
硬而脆且导热性较差。根据陶瓷制品的材料、性能 要求、形状尺寸精度及生产率不同，可选用粉浆成形、
压制成形、挤压成形、可塑成形等方法。陶瓷材料的
切削加工性能极差，除极少数陶瓷外 ( 如氮化硼陶瓷 ) ， 其它陶瓷均不可切削加工；陶瓷虽可磨削加工，但其
§ 3 典型零件选材与工艺分析
工程材料的应用概况
复合材料克服了高分子材料和陶瓷材料的不足，综
合了各种不同材料的优良性能，具有高的比强度、比刚 度、抗疲劳、减振、耐磨性能优良等特点。尤其是金属 基复合材料，从力学性能角度看，可能是最理想的机械 工程材料。但复合材料价格昂贵，除在航天航空、船舶、 武器装备等国防工业中的重要结构件上应用外，在一般 的民用工业上应用有限。但应注意的是，随着复合材料 的生产成本降低，其应用潜力巨大、前景极其广阔。
预防和控制热处理变形的方法与措施
预防和控制热处理变形的方法与措施
1.2工艺性能选材原则（高分子材料）
机械零件选材原则及工艺设计
机械零件选材原则及工艺设计机械零件的选材原则及工艺设计在机械设计中，选择合适的材料和有效的工艺是非常重要的，因为这直接影响了零件的质量、性能和使用寿命。
下面是一些机械零件选材原则及工艺设计的重要考虑因素。
1. 材料的机械性能：机械零件必须具有足够的强度、硬度和耐磨性，以承受预期的工作载荷和环境条件。
因此，在选择材料时，应该考虑其拉伸强度、屈服强度、断裂韧性和硬度等机械性能指标。
2. 材料的耐腐蚀性：机械零件往往要在各种恶劣的环境条件下工作，如高温、湿度或腐蚀性介质。
因此，应选择具有良好耐腐蚀性能的材料，以保证零件的长期稳定性和可靠性。
3. 材料的热处理性：有些机械零件需要进行热处理，以改善其机械性能和硬度。
因此，在选材时，应选择适合热处理的材料，以便在工艺设计中能够获取所需的材料性能。
4. 材料的可加工性：机械零件的制造通常需要各种加工操作，如切削、铣削、焊接等。
因此，材料的可加工性也是选材的重要因素，应选择易于加工的材料，以保证制造成本和质量。
5. 材料的经济性：在选材时，还必须考虑材料的成本因素。
有时候，高性能材料可能很昂贵，但在某些应用中，可以使用性能适当的低成本材料来替代。
工艺设计也是机械零件设计中重要的一环。
下面是一些常见的工艺设计考虑因素：1. 制造工艺的可行性：在工艺设计中，应考虑零件的复杂度和制造难度。
有时候，可能需要进行多道复杂的加工操作，而在其他情况下，使用简单的加工过程就可以完成。
因此，在工艺设计中应选择最合适和最经济的制造工艺。
2. 精度要求：机械零件的精度直接影响其质量和功能。
因此，在工艺设计中，应根据零件的功能需求和装配要求，确定适当的制造精度和加工工艺。
3. 工艺的可重复性和稳定性：工艺的可重复性和稳定性对零件的质量和一致性至关重要。
因此，在工艺设计中，应选择稳定可靠的加工工艺和设备，以确保批量生产的一致性和质量可控。
总之，在机械设计中，选材和工艺设计是同等重要的。
西安交大复试机械工程材料
沈莲主编《机械工程材料》（第2版）习题与思考题第一章 机械零件的失效分析1. 何谓失效？零件失效方式有哪些？2. 静载性能指标有哪些？并说明它们各自的含义。
3. 过量弹性变形、过量塑性变形而失效的原因是什么？如何预防？4. 何谓韧性断裂和脆性断裂的因素的哪些？5. 何谓冲击韧性？如何根据冲击韧性来判断材料的低温脆性倾向？6. 何谓断裂韧性？如何根据材料的断裂韧度KIC、零件的工作应力σ和零件中裂纹半长度a 来判断零件是否会发生低应力脆断？7. 压力容器钢的1000s MPa s =，1/2170IC K MPa m =；铝合金的400s MPa s =，1/225IC K MPa m =。
试问这两种材料制作压力容器时发生低应力脆断时裂纹的临界尺寸各是多少（设裂纹的几何形状因子Y =8. 说明典型疲劳断口的特征。
如何根据疲劳断口形态大致判断：1）循环应力大小；2）应力特循环周次多少；3）应力集中程度大小。
9. 疲劳抗力指标有哪些？影响疲劳抗力的因素有哪些？10.磨损失效类型有几种？如何防止零件的各类磨损失效？11.腐蚀失效类型有几种？如何防止零件的各类磨损失效？12.何谓蠕变极限和持久强度？零件在高温下的失效形式有哪些？如何防止？13.有一根轴向尺寸很大的轴，在500℃温度下工作，承受交变扭转载荷和交变弯曲载荷，轴颈处承受摩擦力和接触应力，试分析此轴的失效形式可能有哪几种？设计时需要考核哪几个力学性能指标？第二章 碳钢1. 何谓过冷度?为什么结晶需要过冷度?它对结晶后晶粒大小有何影响?2. 何谓晶体、单晶体、多晶体、晶体结构、点阵、晶格、晶胞?3. 金属中常见的晶体结构类型有哪几种?α-Fe、γ-Fe、A1、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn 各属何种晶体结构?4. 何谓同素异构转变?纯铁在常压下有哪几种同素异构体?各具有何种晶体结构?5. 实际晶体中的晶体缺陷有哪几种类型?它们对晶体的性能有何影响?6. 固溶体和化合物有何区别?固溶体类型有哪几种? Si、N、Cr、Mn、Ni、B、V、Ti、W 与铁和碳形成何种固溶体或化合物?7. 何谓匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、固溶体的二次析出转变?根据Fe-Fe 3C 相图写出它们的转变反应式，并说明转变产物的名称、形态及对铁碳合金力学性能的影响。
零件选材及加工工艺分析
第十二章 零件选材及加工工艺分析
• 第一节 零件的失效形式和选材原则 • 第二节 零件毛坯的选择 • 第三节 零件热处理的技术条件和工序位置 • 第四节 典型零件材料和毛坯的选择及加工工
艺分析
返回
第一节 零件的失效形式和选材原则
• 一、机械零件的失效形式 • 所谓失效. 是指零件在使用过程中. 由于尺寸、形状或材料的组织与性
上一页 下 不需要热处理. 再如. 燃气轮机上的叶片和电风扇叶片. 虽然同是具有 空间几何曲面形状的叶片. 但前者要求采用优质合金钢. 经过精密锻造 和严格的切削加工及热处理. 并且需经过严格的检验. 其制造尺寸的微 小偏差. 将会影响工作效率. 其内部的某些缺陷则可能造成严重的后果. 而一般电风扇叶片. 采用低碳钢薄板冲压成形或采用工程塑料成形就 基本完成了.
第一节 零件的失效形式和选材原则
• 金属材料尤为明显. 所以要弄清手册中的数据是在什么加工、处理条 件下得到的. 第二. 材料的性能还与试样的尺寸有关. 且随试样截面尺 寸的增大. 其力学性能一般是降低的. 因此. 必须考虑零件尺寸与手册 中试样尺寸的差别. 并进行适当的修正. 第三. 材料的化学成分、加工、 处理的工艺参数本身都有一定的波动范围. 所以其力学性能数据也有 一个波动范围. 一般手册中的性能数据. 大多是波动范围的下限值. 即 在尺寸和处理条件相同时. 手册中的数据是偏安全的.
典型零件的选材及加工工艺路线分析讲解材料
轻量化
减轻材料重量，提高产品机动性，降低能源 消耗和排放。
环保化
发展可再生、可回收、可降解的材料，减少 对环境的污染。
智能化
研究具有自适应、自修复、自感应等功能的 智能材料。
新材料的研究与开发
碳纤维复合材料
具有高强度、轻质、耐高温等优点，广 泛应用于航空航天、汽车等领域。
高分子合成材料
具有优良的化学稳定性、绝缘性、耐 磨性等，在建筑、电子、化工等领域
03
材料的应用与发展趋势
材料的应用领域
01
航空航天
用于制造飞机、火箭等高强度、轻 质材料。
建筑领域
用于制造桥梁、高层建筑等高强度、 高耐久性材料。
03
02
汽车工业
用于制造发动机、变速器等耐磨、 耐高温材料。
电子产品
用于制造集成电路、晶体管等精密、 小型化材料。
04
材料的发展趋势
高性能化
提高材料的强度、硬度、耐高温等性能，以 满足更高要求的工业应用。
可加工性原则
材料应具有良好的可加工性， 以便于零件的制造和加工。
可维修性原则
材料应易于维修和更换，以提 高零件的使用寿命和降低维修 成本。
常用材料介绍
钢铁
钢铁是机械制造业中应用最广泛的材料之一，具 有高强度、良好的韧性和耐磨性。
铜及铜合金
铜及铜合金具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀 性和加工性能，广泛应用于电气、电子、化工等 领域。
实例二：齿轮类零件的选材与加工工艺
灰铸铁
用于制造一般用途的齿轮，如减速器齿轮等。
球墨铸铁
用于制造高强度、高耐磨性的齿轮，如汽车变速毛坯准备
根据零件材料和尺寸要求，准备毛坯。
粗加工
零件的选材、失效—选材的原则、方法和步骤(航空材料)
选材的原则、 方法和步骤
选材的基本原则
首先保证使用性能要求，然后再考虑工艺性和经济性。
1. 保证使用性能要求 对于一般的工程构件和机械零件，则主要以其力学性
能作为选材依据；对于一些特殊条件下工作的零件，则根 据要求考虑到材料的物理、化学性能。
2. 考虑工艺性能要求 所选用的材料是否能保证顺利加工制造成零件。
(6)对于关键性零件，特别是一些安全可靠性要求很高的零件， 正式投产前应在实验室里对这些零件进行必要的实验或试验 以后，充分证实这些零件达到设计所要求的各项性能指标以 后，才能逐步批量生产。
3. 满足经济性要求 所选用材料能够制造
(1)要求综合性能的零件 (2)要求疲劳强度为主的零件 (3)要求耐磨性为主的零件
2. 选材的一般步骤
(1)分析零件工作条件和失效形式，根据实际的使用情况和 受力分析，确定零件所要具备的性能要求。
(2)对已经过实际使用的同类零件进行调查研究，从使用性能、 加工工艺性、经济性等方面综合分析比较，以此为参考。
(3)根据零件实际工作条件及相关资料，通过理论计算，必 要时进行试验或实验，确定应该具有的力学性能或其他性能 指标。
(4)初步选择出具体的材料牌号，并确定其热处理或其它强化 方法。
(5)审核所选的材料的经济性，综合考虑其成本（加工费， 运输费、材料费等）。
机械工程材料与热加工工艺试题与答案
一、名词解释：１、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。
２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。
２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。
５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。
二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：下料锻造正火机加工调质机加工（精）轴颈表面淬火低温回火磨加工指出：1、主轴应用的材料：45钢2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。
去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回四、选择填空（20分）１．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d）（a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大（c）无影响（d）上述说法都不全面２．适合制造渗碳零件的钢有（c）。
（a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12（c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理4．制造手用锯条应当选用（a ）（a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火5．高速钢的红硬性取决于（b ）（a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ）（a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火8. 二次硬化属于（d）（a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b）（a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性（b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工１０.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ）（a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火五、填空题(20分)1、马氏体是碳在a-相中的过饱和固溶体，其形态主要有板条马氏体、片状马氏体。
零件选材与加工工艺分析
零件选材与加工工艺分析1. 引言零件选材与加工工艺分析是制造业中非常重要的环节之一。
正确的选材和合适的加工工艺对于零件的质量、性能和成本都有着巨大的影响。
本文将从选材和加工工艺两个方面进行分析，探讨零件选材与加工工艺分析的相关内容。
2. 零件选材分析2.1 材料选择的基本原则在开展零件选材分析之前，我们首先需要了解一些基本的原则。
材料选择的基本原则包括以下几点：•使用环境需求：根据零件所处的使用环境，选择耐磨、耐腐蚀、耐高温等特性的材料。
•力学性能：根据零件所承受的力学载荷，选择具有足够强度和韧性的材料。
•制造工艺性能：考虑材料的加工性能，选择易于加工、成型和加工损失较少的材料。
•成本因素：考虑材料的原材料成本、加工成本等，选择经济合理的材料。
2.2 常见材料分类与特点根据不同的应用需求，零件材料可以分为金属材料、塑料材料和复合材料等。
下面将就这几种常见的材料进行简要介绍：•金属材料：金属材料具有良好的导电、导热和机械性能，常见的金属材料有钢、铝、铜等。
钢具有高强度和良好的可塑性，广泛应用于机械零件制造。
铝具有轻质、导热性好的特点，常用于航空航天领域。
铜具有优良的导电性能，常用于电子领域的零件制造。
•塑料材料：塑料材料具有良好的绝缘性能、耐腐蚀性和成型性，常见的塑料材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
聚乙烯具有良好的耐磨性和韧性，常用于容器、管道等零件的制造。
聚丙烯具有较高的耐腐蚀性和尺寸稳定性，常用于化学管道等零件的制造。
聚氯乙烯具有良好的绝缘性能，常用于电线电缆等零件的制造。
•复合材料：复合材料由两种或两种以上的基体材料组合而成，具有优异的力学性能和特殊性能。
常见的复合材料有碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
碳纤维复合材料具有高强度和轻质的特点，常用于航空航天领域的零件制造。
玻璃纤维复合材料具有良好的耐磨性和韧性，常用于汽车零件制造。
2.3 选材案例分析下面以汽车发动机活塞为例，进行选材案例分析。
工程材料及成形工艺思考题 Word 文档 (2)
第一章材料的力学行为和性能思考题1.解释下列力学性能指标。
(1) HB (2) HRC (3) HV2.解释下列名词。
（1）蠕变（2）低应力脆断（3）疲劳（4）断裂韧度3.下列工件应采用何种硬度试验方法来测定其硬度？（1）锉刀（2）黄铜轴套（3）供应状态的各种碳钢钢材（4）硬质合金刀片（5）耐磨工件的表面硬化层4.下列硬度表示方法是否正确，为什么？(1)HBW250~300 (2)5~10HRC (3)HRC70~75 (4)HV800~850 (5)800~850H5.比较铸铁与低碳钢拉伸应力-应变曲线的不同，并分析其原因。
6.一根两端固定的低碳钢丝，承受拉应力为20Mpa，当温度从30摄氏度突然下降到10摄氏度时，钢丝内新产生的应力为多少？7.现有原始直径为10mm圆形长、短试样各一根，经拉伸试验测得的伸长率均为25%，求两试样拉断后的标距长度。
两试样中哪一根塑性好？为什么？8.甲乙丙丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBW,试比较这四种材料硬度的高低。
第二章材料的结构思考题1.为何单晶体具有各向异性？而多晶体在一般情况下却显示各向同性？2.解释下列基本概念；晶体与非晶体；晶体的各向异性；同素异晶转变；位错；晶界；固溶体；金属化合物。
3.试述高分子链的结合力、分子链结构、聚集态结构对高聚物的性能的影响。
4.何为高分子材料的老化？如何防止？5.试计算面心立方晶格的致密度。
6.说明结晶对高聚物性能的影响。
第三章1.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？2.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒的大小？3.如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：（1）.金属模浇注与砂模浇注；（2）.高温浇注宇与低温浇注；（3）.铸成薄件与铸成厚件；（4）.浇注时采用振动和不振动。
4.二元匀晶相图、共晶相图与合金的力学性能和工艺性能之间存在什么关系？5.画出Fe-Fe3C相图，指出图中各点及线的意义，并标出个相区的相组成物和组织组成物。
机械零件选材及加工路线
机械零件选材及加工路线引言在机械设计与制造过程中，零件的选材和加工路线是至关重要的。
正确选择合适的材料和加工方式能够确保零件的质量，提高机械设备的性能和寿命。
本文将介绍机械零件选材的几个关键因素以及常见的加工路线，旨在为机械设计师和制造工程师提供一些有用的指导。
一、机械零件选材机械零件的选材是确保零件性能的关键因素之一。
以下几个方面需要考虑：1. 功能要求零件的功能要求直接决定了所需材料的特性。
例如，如果零件需要承受高温或高压，选用耐高温或高强度的材料是必要的。
因此，在选材前首先要明确零件的功能要求。
2. 可用材料根据功能要求，确定可用的材料范围。
每种材料都有其特定的物理和化学性质，包括抗拉强度、硬度、热膨胀系数等。
通过比较这些性质，可以选择最适合的材料。
3. 成本和可获得性零件的成本和可获得性也需要考虑。
有些材料因为成本较高或者供应不稳定，可能需要寻找替代方案。
同时，还要考虑材料的加工成本和可加工性，以确保制造的可行性。
4. 环境因素零件所处的环境也是选材的重要因素之一。
例如，如果零件需要在潮湿的环境中工作，就需要选择抗腐蚀性能好的材料。
如果零件需要长期暴露在户外环境下，对材料的耐候性和防腐蚀性能的要求也会不同。
二、机械零件加工路线选定合适的材料后，接下来就是确定机械零件的加工路线。
以下是常见的几种加工方式：1. 铣削加工铣削是一种常用的加工方式，通过铣床对工件进行切削。
根据零件的形状和尺寸，可以选择立式铣床、卧式铣床或龙门铣床等不同类型的设备进行加工。
铣削加工可以实现复杂形状的零件制造，但需要较高的技术水平和设备支持。
2. 车削加工车削是通过旋转工件，在刀具的作用下削减工件材料的加工方式。
车床是常用的车削加工设备，可以加工直径较大的零件。
对于需要精确加工的零件，也可以使用数控车床进行加工，保证加工精度和效率。
3. 钻削加工钻削是用钻头对工件进行孔加工的方法。
这种加工方式适用于需要加工各种精度要求的孔洞的零件。
零件选材与加工工艺分析
零件选材与加工工艺分析一、引言在制造业中，零件的选材与加工工艺是非常重要的环节。
选材直接影响产品的质量和性能，而加工工艺则决定了产品的精度和成本。
因此，对零件选材与加工工艺的分析和研究具有重要的意义。
二、零件选材分析1. 材料选择的原则在零件选材过程中，需要考虑以下几个原则：（1）机械性能：包括强度、硬度、韧性等机械性能，不同的零件需要不同的机械性能来满足其使用要求。
（2）耐蚀性：一些零件需要具有良好的耐蚀性能，以保证其在恶劣环境下的使用寿命。
（3）加工性能：材料的加工性能直接影响到零件的加工工艺和成本，因此需要考虑材料的可加工性。
（4）成本：材料的选择还需要考虑到成本因素，选择性价比较高的材料。
2. 常用材料常用的零件材料包括金属材料、塑料材料、陶瓷材料等。
不同的材料具有不同的特性，需要根据具体的零件要求来选择合适的材料。
三、加工工艺分析1. 加工工艺选择的原则在选择加工工艺时，需要考虑以下几个原则：（1）精度要求：不同的零件对精度的要求不同，需要选择适合的加工工艺来满足精度要求。
（2）批量要求：不同的批量需要不同的加工工艺，小批量可以选择柔性加工工艺，而大批量可以选择自动化加工工艺。
（3）加工难度：一些复杂的零件需要选择复杂的加工工艺，而一些简单的零件可以选择简单的加工工艺。
2. 常用加工工艺常用的加工工艺包括铣削、车削、钻削、磨削等。
不同的加工工艺适用于不同的零件，需要根据零件的具体要求来选择合适的加工工艺。
四、零件选材与加工工艺的匹配1. 材料与加工工艺的匹配在零件设计过程中，需要考虑材料与加工工艺的匹配。
不同的材料适用于不同的加工工艺，需要根据材料的特性和加工工艺的要求来选择合适的匹配。
2. 举例分析以汽车零件为例，发动机缸体通常采用铸造工艺，因为铸造工艺可以生产大型、复杂的零件，而汽车轮毂通常采用铝合金材料，因为铝合金具有良好的强度和耐腐蚀性能，适合用于轮毂的制造。
五、结论零件选材与加工工艺是制造业中非常重要的环节，对产品的质量和成本有着直接的影响。
零件的选材
齿轮的失效形式
齿轮的失效形式
齿面磨损
齿轮的失效形式
齿轮的失效形式
机床齿轮的选材
一) 工作条件: 1.工作负荷不太大。 2.中速运转(6～10m/s)。
二) 技术要求: 1.齿面硬度HRC45～50,金相组织为回 火索氏体。 2.齿心部硬度HRC22～25,金相组织为 回火马氏体。
三) 选材: 40、45钢。 四) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火
粗加工 调质
精加工 高频淬火
及低温回火 精磨
型载重汽车变速箱齿轮
一) 工作条件: 1.工作负荷大。 2.高速运转 ( 10～15m/s以上 )。 3.受冲击频繁,磨损较严重。
二) 技术要求: 1.齿面硬度HRC58～62, 金相组织为回
火马氏体+合金碳化物+残余奥氏体。 2.齿心部硬度HRC35～45, 金相组织为
一.选择材料的基本过程
二.零件的失效分析
1.定义: 零件不能正常和安全的工作, 即零件失效。
结构或形状设计不合理。
2.原因
材料的选择不合理。 加工工艺不合理。
安装与使用不合理。
过量变形失效 3.形式 断裂失效
过量弹性变形 过量塑性变形
韧性断裂 脆性断裂 低应力断裂 疲劳断裂 蠕变断裂
表面损伤失效
四、典型零件选材及热处理工艺分析
• 1.轴的工作条件失效方式及对性能的要求 • 2. 轴的选材及热处理
1.轴的工作条件失效方式及对性能 的要求
以轴类零件为例： 1.轴的工作条件失效方式及对性能的要求： 轴主要是起支承传动零件并传递扭矩，工作条件① 承受 高变扭转载荷、高变弯曲载荷或拉一压载荷；② 局部 （轴颈、花键等处）承受磨擦和磨损； ③ 特殊条件下 受温度或介质作用。 轴的主要失效方式是疲劳断裂和转颈处磨损，有时也发 生冲击过载断裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。
零件的选材
第二节 断裂韧度在选材中的意义
一些高强度钢制造的结构和中低强度 钢制造的大型锻件，由于在材料制备和冷、 热加工过程中不可避免地会产生一些缺陷和 裂纹，严重时将导致发生低应力脆断。 经典的设计无法避免低应力脆性断裂。 故在这类零件的设计中，选用断裂力学参量 -应力强度因子KI作为设计准则：
K I ≤ K IC
第十二章 零件的选材 及工艺路线
常用力学性能指标在选材中的意义 断裂韧度在选材中的意义 零件实物性能试验的重要性 材料强度、塑性与韧性的合理配合 选材方法 典型零件选材及工艺路线
第一节 常用力学性能指标在选材中的意义
刚度 强度 常用力学 性能指标 硬度 塑性 韧性
E/G σ b、 σ s HBS、HRC δ、Ψ Ak、ak
硬度与材料的其它力学性能之间有一定的 关系。σb=kHBS，淬火钢及铝合金1/3，铜及铜 合金0.40~0.55。 通过测量硬度可以间接反映材料的其它力 学性能。 学性能。 刃具、 刃具 、 冷成型模具和粘着磨损或磨粒磨损 条件下服役的零件， 条件下服役的零件 ， 其耐磨性能与材料的 硬度成正比； 硬度成正比； 承受接触疲劳载荷的零件如齿轮、 承受接触疲劳载荷的零件如齿轮 、 滚动轴 承等， 承等 ， 在一定范围内提高硬度对减轻麻点 剥落是有效的。 剥落是有效的。
4l F ∆l = Et 3
3
轴的尺寸（l、t）及外载（F）不变时 三 者 的 E 分 别 为 ： 21 、 7 、 0.35 （ ×107 ） MPa，所以产生的挠曲变形量之比为1：3：60。 显然，钢的刚度最大，最合适。在给定变形 量和外载的条件下，尺寸最小。
如果在刚度设计时，还要考虑 零件的重量轻，则不能仅比较材料 的刚度，还要考虑其密度，必须按 比刚度来选材。 比刚度与材料的弹性模量、密 度及加载方式有关。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机械工程材料 16
2013年3月1日4时58分
一、使用性能选
二、工艺性能选材原则
第十二章 零件的选材及工艺路线
2013年3月1日4时58分 机械工程材料 1
主要内容
1、常用的力学性能指标在选材中的意义 2、断裂韧度在选材中的意义 3、零件实物性能试验的重要性 4、材料强度、塑性与韧性的合理配合 5、选材方法 6、典型零件选材及工艺路线
2013年3月1日4时58分 机械工程材料 2
2013年3月1日4时58分 机械工程材料 7
第三节零件实物性能试验的重要性
零件结构设计和加工工艺对于其他性能有 重大的影响，通常零件的性能(强度、塑性 韧性等)总是低于实验室试样的性能，因此 对重要的零件必须进行实物性能试验，如 台架试验或装机试验。
2013年3月1日4时58分
机械工程材料
8
第一节常用的力学性能指标在选材 中的意义
1． 2． 3. 4． 5． 6．
刚度指标 弹性指标 硬度指标 强度指标 塑性指标 冲击韧性指标
机械工程材料 3
2013年3月1日4时58分
零件的失效与失效分析
----依据力学性能指标
失效:
1、零件完全破坏，不能继续工作 2、零件严重损伤，不能继续安全工作 3、零件虽能安全工作，但已不能起到预期 作用
第四节 材料强度、塑性与韧性的合理配合
材料设计应从零件的实际工作情况出
发，使材料的强度、塑性与韧性的合 理配合
2013年3月1日4时58分
机械工程材料
9
第五节选材方法
一．根据材料的使用性能选材 二．根据材料的工艺性能选材 三．根据材料的经济性选材 四．实例分析
2013年3月1日4时58分
机械工程材料
21
4．机械加工性能 主要指切削加工性和磨 削加工性，其中切削加工性最重要。一般 来说材料的硬度越高、加工硬化能力越强、 切屑不易断排、刀具越易磨损，其切削加 工性能就越差。在钢铁材料中，易切削钢、 灰铸铁和硬度处于180~230HBS范围的钢 具有较好的切削加工性能；而奥氏体不锈 钢、高碳高合金钢(高铬钢、高速钢、高锰 耐磨钢)的切削加工性能较差．铝镁合金及 部分铜合金具有优良的切削加工性能。
2013年3月1日4时58分
机械工程材料
4
韧性断裂
断 裂 疲劳断裂 蠕变断裂 零 件 失 效 方 式
脆性断裂
低应力断裂 应力腐蚀断裂
过量弹性变形 过量变形 过量塑性变形 磨损 表面损伤 腐蚀 接触疲劳
设计不合理 选材不合理 加工工艺不当 安装使用不正确
5
2013年3月1日4时58分
机械工程材料
失效分析方法----依据力学性能指标
机械工程材料 27
2013年3月1日4时58分
陶瓷材料 硬而脆、加工性能差，也不能用 作重要的受力零件；目前主要应用领域是 建筑陶瓷和功能材料。但陶瓷材料具有高 热硬性及化学稳定性．可用作耐热、耐磨、 耐蚀的零件，如燃烧器喷嘴、刀具与模具、 石油化工容器等。由于陶瓷功能材料具有 极其广阔的应用前景，在高新技术产品中 占据重要地位．故有人认为2l世纪是“第二 个石器时代”。陶瓷作为结构材料，目前 尚处开发应用阶段。
失效零件的残骸 1）收集证据 失效零件的资料
2）断口分析，判断失效方式 3）测定数据，包括成分、组织和性能的 分析与测试 4）确定失效原因
2013年3月1日4时58分
机械工程材料
6
第二节断裂韧度在选材中的意义
根据断裂韧度 选材，则既可保证发挥材料 强度的最大潜力，有可以避免发生低应力 脆断。 对于含裂纹的构建，当低应力脆断为主要 危险时，其承载能力已不是屈服强度所控 制，而是取决于材料的断裂韧度，必须应 用断裂力学方法进行选材，才能确保安全。
材料的工艺性能可定义为材料经济地适应各种加 工工艺而获得规定的使用性能和外形的能力，因 此工艺性能影响了零件的内在性能、外部质量以 及生产成本和生产效率等。 材料选择与工艺方法的确定应同步进行，工艺性 能也是选材时应考虑的因素。 理想情况下，所选材料应具有良好的工艺性能， 即技术难度小、工艺简单、能量消耗低、材料利 用率高，保证甚至提高产品的质量。
高分子材料的加工工艺主要为成型加工， 且工艺性能良好，所用工具为成型模(其中 主要为塑料模)，具体的成型方法很多，如 注射成型、吹塑成型、挤压成型等也易于 进行切削加工，但因其导热性能较差，在 切削过程中应注意工件温度急剧升高而导 致的软化(热塑性塑料)和烧焦(热固性塑料) 现象。少数情况下，高分子材料还可进行 焊接与热处理，其工艺简单易行。
2013年3月1日4时58分 机械工程材料 26
金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料 是目前最主要的四大类工程材料． 高分子材料的强度与刚度低、尺寸稳定性较差 且易老化，在工程上一般不用于受力较大的、重 要的结构零件但由于其原料丰富、生产能耗较低 (为钢的1／10、铝的1／20)，密度低、弹性较好 且减振、耐磨，故适合于制造受力不大的普通结 构件及减振、耐磨或密封零件，如轻载传动齿轮、 轴承、紧固件、密封件和轮胎等．
机械工程材料 20
2013年3月1日4时58分
3．焊接性能 钢铁材料的焊接性随其碳和 合金元素含量的提高而变差，因此钢比铸 铁易于焊接，且低碳钢焊接性能最好、中 碳钢次之，高碳钢最差。铝合金、铜合金 的焊接性能一般不好，应采用一些高级的 焊接方法(如氩弧焊)或特殊措施进行焊接。
2013年3月1日4时58分
2013年3月1日4时58分
机械工程材料
33
3、主要性能要求
①高的弯曲疲劳强度，防止轮齿的疲劳断 裂。 ②足够高的齿面接触疲劳极限和高的硬度、 耐 磨性，以防齿面损伤。 ③足够的齿心部强韧性，以防冲击过载断 裂。
2013年3月1日4时58分 机械工程材料 34
材料要求——金属材料
（1）锻钢 齿轮的主要材料。锻造可改善钢的组 织井形成有益的加工流线，力学性能优良。重要 用途的齿轮大多采用锻钢制造。 主要包括：①低碳钢及低碳合金钢 20，20Cr、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等，可通过退火或正火 来改善切削加工性能，通过渗碳后淬火+低温回火 来保证齿轮的使用性能。具有表面高硬度(56~62 HRC)和高耐磨性、高的弯曲疲劳极限和接触疲劳 极限，心部具有足够高的强韧性；故适合于制造 高速、大冲击的中载和重载齿轮。
机械工程材料 28
2013年3月1日4时58分
金属材料尤其是钢铁材料，与其它工程材料相比， 在力学性能、工艺性能和生产成本这三者之间保 持着最佳的平衡，具有最强的竞争力，故金属材 料仍然是机械工程材料的主力军。从这个意义上 来讲，人类仍然生活在以钢铁材料为主的“铁器 时代”。以载重汽车用材的重量为例，钢占6s％、 铸铁占20％、有色金属占3％、非金属材料约占 12％。在轻型汽车和轿车中，非金属材料的用量 虽有所增加，但金属材料仍占主体。
2013年3月1日4时58分 机械工程材料 15
一、根据使用性能选材原则
分析零件的工作条件，确定其使用性能： —① 受力情况 如载荷性质(静载、动载。交变载荷)、形 式(拉压、弯曲、扭转、剪切)、分布 (均匀分布、集中分 布)与大小，应力状态：
—② 工作环境 如温度(常温、高温、低温或变温)介质(有 无腐蚀介质、润滑剂)；
机械工程材料 22
2013年3月1日4时58分
5. 热处理工艺性能 必须首先区分是否可 进行热处理强化如纯铝、纯铜、部分铜合 金、单相奥氏体不锈钢一般不可热处理强 化；对可热处理强化的材料而言，热处理 工艺性能相当的重要。
2013年3月1日4时58分
机械工程材料
23
二、根据材料的工艺性能选材(高分子材料)
2013年3月1日4时58分
机械工程材料
31
性能要求
1． 工怍条件 ①传递扭矩，齿根部承受较大的交变弯曲 应力； ②齿面啮合并发生相对滑动与滚动，承受 较大的交变接触应力及强烈的摩擦： ⑧启动、换档或啮合不良，齿轮承受一定 的冲击力： ④有时有其它特殊条件要求，如耐高，低 温要求，耐蚀要求，抗磁性要求等。
机械工程材料 24
2013年3月1日4时58分
二、根据材料的工艺性能选材(陶瓷材料)
硬而脆且导热性较差。根据陶瓷制品的材料、性 能要求、形状尺寸精度及生产率不同，可选用粉 浆成形、压制成形、挤压成形、可塑成形等方 法．陶瓷材料的切削加工性能极差，除极少数陶 瓷外(如氮化硼陶瓷)，其它陶瓷均不可切削加工 陶瓷虽可磨削加工，但其磨削性能也不佳，且必 须选用超硬材料砂轮(如金刚石砂轮)。陶瓷也可 进行热处理，但因导热性与耐热冲击性差，故加 热与冷却时应小心，否则极易产生裂纹。
2013年3月1日4时58分
机械工程材料
19
2．压力加工性能 包括变形抗力，变形温度范围， 产生缺陷的可能性及加热、冷却要求等。一般来 说，铸铁不可压力加工，而钢可以压力加工但工 艺性能有较大差异，随着钢中碳及合金元素的含 量增高，其压力加工性能变差：故高碳钢或高碳 高合金钢一般只进行热压力加工，且热加工性能 也较差，如高铬钢、高速钢等：高温合金因合金 含量更高，故热压力加工性能更差。变形铝合金 和大多数铜合金，像低碳钢一样具有较好的压力 加工性能。
机械工程材料 35
2013年3月1日4时58分
(1)锻钢齿轮的主要材料。锻造可改善钢的组织并 形成有益的加工流线，力学性能优良。重要用途 的齿轮大多采用锻钢制造。 主要包括；②中碳钢表面淬火齿轮的工作速度、 载荷及受冲击的程度应低于低碳钢渗碳淬火齿轮。 其中Q275只宜制作低速、轻载、无冲击的非重要 齿轮，一般在正火状态直接使用；40、45钢可用 作低中速、轻中载、小冲击的齿轮，依据具体工 作条件不同，可在正火、调质、表面淬火状态下 使用；40Cr、40MnB合金钢的综合力学性能优于 40、45碳钢，可用做相对重要的齿轮，多在表面 淬火状态使用，少数情况也可在调质状态使用。