第十一章典型零件的选材及工艺

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零件材料的选择

静力学分析基础
静力学分析基础
零件材料的选择
• 熟悉零件材料的选择。
零件材料的选择
1.1 零件材料选择的一般原则
1
使用性能
2
工艺性能
3
经济性能
零件材料的选择
1.1 零件材料选择的一般原则
对外形、材料和加工方法进行综合考虑。
对产品功能要求，包括互相矛盾，确定相对优先次序要求。
（3）
零件选材的基本步聚
决定产品每个构件所要求的性能，对各种候选材料在性能上进行比较。
零件材料的选择
1.2 典型零件的选材及工艺路线
C620 型车床主轴的结构简图
零件材料的选择
1.2 典型零件的选材及工艺路线
材料：
45钢
热处理：整体调质，轴颈及锥孔表面淬火
性能要求：整体硬度220～240 HB；轴颈及锥孔处硬度52 HRC
工艺路线：
锻造—正火—粗加工—调质—精加工—表面淬火及低温回火—磨削加工
零件材料的选择
1.2 典型零件的选材及工艺路线
汽车后桥圆锥主动齿轮7零件材料的选择1.2 典型零件的选材及工艺路线
材料：
20CrMnTi钢
热处理：渗碳、淬火、低温回火，渗碳层深1.2～1.6 mm
性能要求：齿面硬度:58～62 HRC，心部硬度:33～48 HRC
工艺路线：
下料—锻造—正火—切削加工—渗碳、淬火、低温回火—磨削加工

机械零件的选材及热处理工艺

第十章机械零件的选材及热处理工艺【重点内容】1.选材的原则及方法；2.典型零件的选材及工艺路线制定；【本章难点】选材的原则及工艺过程的分析。

【基本要求】1.熟悉选材过程；2.正确分析各热处理工序的作用；在机械零件的设计与制造过程中，如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作。

因为设计时不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且还要求材料具有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗等。

【选材的一般原则】1．材料的机械性能：在设计零件并进行选材时，应根据零件的工作条件和损坏形式找出所选材料主要机械性能指标，查手册找出适合其性能要求的材料，这是保证零件经久耐用的先决条件。

如：一些轴类零件，工作条件（受力情况）是交变弯曲应力，扭转应力，冲击负荷、磨损。

主要损坏形式是疲劳破析、过度磨损，要求的主要机械性能指标是屈服强度σ0.2，疲劳强度σ-1，硬度（HRC）。

因此，这些机械性能指标经常成为材料选用的主要依据。

而且同时还应考虑到短时过载、润滑浪、材料内部缺陷等因素的影响。

在工程设计上，材料的机械性能数据一般是以该材料制成的试样进行机械性能试验测得的，它虽能表明材料性能的高低，但由于试验条件与机械零件实际工作条件有差异，即使这样，目前用此法来进行生产检验还是存在着一定的困难。

生产中最常用的比较方便的检验性能的方法是检验硬度，因为硬度的检验可以不破坏零件，而且硬度与其它机械性能之间存在一定关系。

因此零件图纸上一般以硬度作为主要的热处理技术条件。

如：σb与HB关系低碳钢σb =3.6HB 高碳钢σb=3.4HB合金调压钢σb =0.33HB 铸铁σb=640HBσ0.2与σb关系普通碳素钢σ0.2≈(0.5~0.55) δb优质碳素钢σ0.2≈0.6δb普通低合金钢σ0.2≈(0.65~0.75) δb合金结构钢σ0.2≈0.7δbσ-1与σb关系钢(HRC＜40) σ-1≈(0.49±0.13) δb铸铁σ-1≈(0.3~0.5) δb有色金属σ-1≈(0.3~0.4) δb2. 材料的工艺性能：现代工业所有的机器设备，大部分是由金属零件装配而成的，所以金属零件的加工是制造机器的重要步骤。

典型零件选材及工艺分析

艺加工→渗碳、淬火及低温回火→
喷丸→磨内孔及换档槽→装配。
1.2 轴
轴是机器的重要零件之一，它的主要作用是支承回转体，并传递动力。
1.2 轴
轴的工作条件、失效形式及性能要求
（1）轴的工作条件
•承受交变转矩拉一压载荷； •轴颈、花键等部位承受较大的摩擦和磨损； •承受一定的过载或冲击载荷。
1.1 齿轮
齿轮的选材工艺分析
（2）汽车、拖拉机齿轮
下面以JN150型载重汽车（变速箱中第二轴的二、三挡齿轮为例进行分析。
1.1 齿轮
齿轮的选材工艺分析
（2）汽车、拖拉机齿轮
汽车、拖拉机齿轮生产批量大，因此选择用钢时除有较好的力学性能外，还应有较好的工艺性能。
1.1 齿轮
齿轮的选材工艺分析
轴的选材及工艺分析
具体加工工艺路线如下：
工
艺
下料→锻造→正火→粗加工→调质→ 半精车外圆，钻中心孔，精车外圆；
铣键槽→局部淬火（锥孔及外锥体） →车各空刀槽，粗磨外圆，滚铣花键 →花键高频淬火、回火→精磨（外圆、外锥体及内锥孔）
1.2 轴
（2）内燃机曲轴
曲轴是内燃机中形状复杂而又重要的零件，它在工作时，受气缸中周期性变化的气体压力，曲轴连杆机构的惯性力，扭转和弯曲应力及冲击力等。
因此要求曲轴具有高的强度，一定的冲击韧度和弯曲、扭转疲劳强度，在轴颈处要有高的硬度和耐磨性。
内燃机曲轴材料的选择主要根据内燃机的类型，功率大小，转速高低以及轴瓦材料等。
1.2 轴
轴的选材及工艺分析
选
•低速内燃机曲轴采用正火状态的碳素钢或球墨铸铁；
材
•中速内燃机曲轴采用调质状态的碳素

习题十二典型零件的选材与加工

习题十一典型零件的选材料与加工1、什么是失效? 零件有哪几种不同程度的失效?2、零件的三种基本的失效方式是什么? 各表现出什么特点?3、什么是过量弹性变形失效? 什么是过量塑性变形失效? 怎么预防?4、零件在高温下的失效与疲劳载荷及室温静载作用下的失效有什么异同?5、选择下列具体的失效形式所属的失效类型：弹性失稳属于的失效，热疲劳属于的失效，接触疲劳属于的失效，应力腐蚀属于的失效，蠕变属于的失效。

(变形类型，断裂类型，表面损伤类型)6、简述引起零件失效的原因。

7、“某工厂某年发生一汽轮机叶片飞出的严重事故。

该汽轮机由多段转子组成。

检查发现，飞出叶片转子的槽发生了明显的变形，而未飞出叶片的转子的槽没有变形。

因此可以断定，失效转子的钢材用错了。

”，这一说法正确吗? 为什么?8、某化肥厂由国外进口30万t氨合成塔，在吊装时吊耳与塔体连接的12个螺栓全部突然断裂。

经化验，螺栓材料为与热轧20钢相近的碳钢，强度不高。

引起这一事故的原因可能是中的不当，失效形式属于。

(设汁，加工，选材，安装使用；塑性断裂，脆性断裂，疲劳断裂，蠕变断裂)9、下图为W18Cr4V钢制的螺母冲头，使用中从A处断裂。

经检查不存在材料和热处理方面的问题，请分析引起失效的原因，应作什么改进?10、一轴尺寸为30mm×200mm，要求摩擦部分表面硬度为50～55HRC。

现用30钢制作，采用高频感应加热表面淬火(水冷)和低温回火处理。

但在使用过程中发现摩擦部分严重磨损，试分析失效原因并提出解决问题的方法。

11、某工厂用T10钢制造钻头，给一批铸件打10mm的深孔，但打几个孔后钻头即很快磨损。

据检验，钻头的材质、热处理、金相组织和硬度都合格。

问失效原因和解决问题的方案。

12、进行失效分析时常用的试验方法有哪些? 其主要目的是什么?13、设计人员在选材时应考虑什么原则? 如何才能做到合理选材?14、写出下列符号所代表的力学性能指标的名称：σb σsδψαK HB KICσ1E 。

第十一章机械零件选材及加工路线分析

合金钢
械
）
铸铁
工
迎
机
（
料
机
程
工
）
械
程
热处理工艺
×
料
（
√
机
切削加工
马
√
高速钢× 易切削钢√
迎
机
械
材
械工
机
（
马迎
）
工
程
焊接
低碳钢√ 高碳钢×
材
×
√ ×
材
××
料
（
马
锻造
低碳钢√ 高碳钢×
高碳高合金钢 ×
程
械
械工
××
马
迎
）
材料
械工程
机
迎
马
械
（
料
材
程
工
迎
程
械
（
料
机
材
程
工
）
械
迎
机
马
程
材
料
（
械工
机
机
预防和控制热处理变形的方法和措施
变形主要是由于热处理产生内应力（热应力和组织应力）引起的。
迎工械机械工）程材料马（迎）
（马迎
）
料
材
机
（
械
迎
机
马
程
材
料
（
械工
机
（
马迎
）
机
械
工
组织应力：由于组织转变而产生体积变化不同所引起的内应力。
材程工）程材料
料
机
（
马
料

典型零件的选材

材料选用的原则与方法机械零件的选材是一项十分重要的工作。

选材是否恰当，特别是一台机器中关键零件的选材是否恰当，将直接影响到产品的使用性能、使用寿命及制造成本。

要做到合理选用材料，就必须全面分析零件的工作条件、受力性质和大小，以及失效形式，然后综合各种因素，提出能满足零件工作条件的性能要求，再选择合适的材料并进行相应的热处理以满足性能要求。

选用工程材料的基本原则是：不仅要充分考虑材料的使用性能能够适应机械零件的工作条件要求、使机器零件经久耐用．同时还要兼顾材料的加工工艺性能、经济性与可持续发展性，以便提高零件的生产率、降低成本、减少能耗、减少乃至避免环境污染等。

选材的一般方法材料的选择是一个比较复杂的决策问题。

目前还没有一种确定选材最佳方案的精确方法。

它需要设计者熟悉零件的工作条件和失效形式，掌握有关的工程材料的理论及应用知识、机械加工工艺知识以及较丰富的生产实际经验。

通过具体分析，进行必要的试验和选材方案对比，最后确定合理的选材方案。

一般，根据零件的工作条件，找出其最主要的性能要求，以此作为选材的主要依据。

零件材料的合理选择通常按照以下步骤进行：(1) 对零件的工作条件进行周密的分析，找出主要的失效方式，从而恰当地提出主要性能指标。

一般地，主要考虑力学性能，特殊情况还应考虑物理、化学性能。

(2) 调查研究同类零件的用材情况，并从其使用性能、原材料供应和加工等方面分析选材是否合理，以此作为选材的参考。

(3) 根据力学计算，确定零件应具有的主要力学性能指标，正确选择材料。

这时要综合考虑所选材料应满足失效抗力指标和工艺性的要求，同时还需考虑所选材料在保证实现先进工艺和现代生产组织方面的可能性。

(4) 决定热处理方法或其他强化方法，并提出所选材料在供应状态下的技术要求。

(5) 审核所选材料的经济性，包括材料费、加工费、使用寿命等。

(6) 关键零件投产前应对所选材料进行试验，可通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验等，最终确定合理的选材方案。

典型零件选材及工艺分析

典型零件选材及工艺分析一，齿轮类机床、汽车、拖拉机中，速度的调节和功率的传递主要靠齿轮机床、汽车和拖拉机中是一种十分重要、使用量很大的零件。

齿轮工作时的一般受力情况如下：（1）齿部承受很大的交变弯曲应力；（2）换当、启动或啮合不均匀时承受击力；（3）齿面相互滚动、滑动、并承受接触压应力。

所以，齿轮的损坏形式主要是齿的折断和齿面的剥落及过度磨损。

据此，要求齿材料具有以下主要性能：（1）高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度；（2）齿面有高的硬度和耐磨性；（3）齿轮心部有足够高的强度和韧性。

此外，还要求有较好的热处理工艺性，如变形小，并要求变形有一定的规律等。

下面以机床和汽车、拖拉机两类齿轮为例进行分析。

（一）机床齿轮机床中的齿轮担负着传递动力、改变运动速度和运动方向的任务。

一般机床中的齿轮精度大部分是7级精度（GB179-83规定，精度分12级，用1、2、3、……12表示，数字愈大者，精度愈低）。

只是在他度传动机构中要求较高的精度。

机床齿轮的工作条件比起矿山机械、动力机械中的齿轮来说还属于运转平稳、负荷不大、条件较好的一类。

实践证明，一般机床齿轮选用中碳钢制造，并经高频感应热处理，所得到的硬度、耐磨性、强度及韧性能满足要求，而县市频淬火具有变形小、生产率高等优点。

下面以C616机床中齿轮为例加以分析。

1、高频淬火齿轮的工工艺线2、热处理工序的作用正火处理对锻造齿轮毛坯是必需的热处理工序，它可以使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，并使组织均匀，消除锻造应力。

对于一般齿轮，正火处理也可作为高频淬火前的最后热处理工序。

调质处理可以使齿轮具有较高的综合机械性能，提高齿轮心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。

调质后的齿轮由于组织为回火索氏体，在淬火时变形更小。

高频淬火及低温回火是赋予齿轮表面性能的关键工序，通过高频淬火提高了齿轮表面硬度和耐磨性，并使齿轮表面有压应力存在而增强了抗疲劳破坏的能力。

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

第11章机械零件毛坯的选择

• 零件的工作条件（通常指零件的受力情况、工作环境和接触介质等）
• 零件结构形状和尺寸的要求
• 零件性能的要求。
（1）结构形状和尺寸的要求
机械零件由于使用功能的不同,其结构形状和尺寸往往差异较大,各种毛坯制造方法对零件结构形状和尺寸的适应能力也不相同。所以，选择毛坯时，应认真分析零件的结构形状和尺寸特点，选择与之相适应的毛坯制造方法。对于结构形状复杂的中小型零件,应选择铸件毛坯。可选择砂型铸造、金属型铸造或熔模铸造等；对于结构形状很复杂且轮廓尺寸不大的零件，宜选择熔模铸造。对于结构形状较为复杂，且抗冲击能力、抗疲劳强度要求较高的中小型零件，宜选择模锻件毛坯；对于那些结构形状相当复杂且轮廓尺寸又较大的大型零件，宜选择组合毛坯。
总材料利用率% 1.15/2.55=45.1
连杆盖
合计
0.94
3.49
0.65
2.35
0.48
1.63
0.48/0.65=73.8%
1.63/2.35=69.4%
0.48/0.94=51.1
1.63/3.49=47.0
• 由上表可知提高材料利用率，降低原材料消耗，对锻件生产成本的降低其影响是很明显的。 • 材料利用率的提高，可以通过降低锻造过程中的下料损失、废料损失、烧损和废品损失来获得。 • 材料利用率的提高，还可以通过减少锻造余块、加工余量来获得，这样既可降低材料消耗，又可以减少大量的切削加工费用。所以，精密锻造是降低锻件生产成本的主要途径之一。
2）合理制订生产工艺
合理的冲压工艺能降低模具费，节约加工工时，降低材料消耗等，使冲压件单件成本降低。 • 工艺的合理化即是将工序适当地集中，以减少模具数，提高生产率，降低生产成本。 • 工序的集中与分散是一个比较复杂的问题，它取决于零件的生产批量、结构形状、质量要求及工艺特点等。

单元11 机械零件材料及毛坯的选择

一、轴类零件的选材及热处理
2. 轴类零件的选材轴的材料及热处理工艺的选择应根据其工作条件、失效形式及技
术要求来确定。轴类零件的材料一般选用中碳钢或中碳合金钢，常用的钢种是
45 钢、40Cr、40MnB、30CrMnSi、35CrMo、40CrNiMo。为了改善材料力学性能，应进行正火或调质处理。中碳钢以 45 号钢用得最为广泛。合金钢具有较高的机械性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
（1）主轴尺寸较大，承载较大时，采用合金调质钢。（2）主轴承受重载荷、高转速，冲击与变动载荷很大时，选用合金渗碳钢。（3）主轴在高温、高速和重载条件下工作，采用合金结构钢。
一、轴类零件的选材及热处理
3. 机床主轴的选材及热处理工艺分析机床主轴是最常见的轴类零件，下面就以机床主轴为例，就其选材和热处理工艺进行分析。 C616 型卧式车床变速箱的主轴如图 11-2 所示。该主轴承受交变弯曲应力与扭转应力，但载荷不大，转速较低，受冲击较小，故材料具有一般综合力学性能即可满足要求。主轴大端的内锥孔和外锥体，经常与卡盘、顶尖有相对摩擦，花键部位与齿轮有相对滑动，因此这些部位硬度及耐磨性有较高要求。该主轴在滚动轴承中运转，为保证主轴运转精度及使用寿命，轴颈处应采用硬度为 220～250HBS 的材料。
1.机械零件的失效分析
零件的工作条件主要包括：（1）受力情况：力的大小、种类、分布、残余应力及应力集中情况等。（2）载荷性质：静载荷、冲击载荷、循环载荷等。（3）温度：低温、常温、高温、变温等。（4）环境介质：干爽、潮湿、腐蚀性介质等。（5）摩擦润滑：干摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦、有无润滑剂等。（6）有无振动。
1.机械零件的失效分析
（2）确定失效的发源点及失效的方式，通过宏观（用肉眼或立体显微镜）及微观（用高倍的光学或电子显微镜）断口分析或必要的金相剖面分析以确定。（3）对失效样品进行性能测试、组织分析、化学分析和无损探伤。（4）通过断力学分析确定失效的原因及提出改进措施。（5）综合各方面分析资料做出判断，确定失效的具体原因，提出改进措施，写出报告。而零件的失效形式主要与其特有的工作条件是分不开的。

典型零件的选材及工艺路线设计100页PPT

典型零件的选材及工艺路线设计
51、没有哪个社会可以制订一部永远适用的宪法，甚至一条永远适用的法律。 ——杰斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样一种的网，触犯法律的人，小的可以穿网而过，大的可以破网而出，只有中等的才会坠入网中。 ——申斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大夏，庇护着我们大家；它的每一块砖石都垒在另一块砖石上。 ——高尔斯华绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
பைடு நூலகம்
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根

第十一章-材料的选用

第十一章材料的选用
第一节选材的一般原则
选材时，不仅要保证零件在工作时有良好的功能，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的工艺性和经济性，以便提高伸长率，降低成本。
一、材料的使用性能
在设计零件进行选材时，必须根据零件在整机中的作用，零件的形状、大小以及工作环境，找出零件材料应具备的主要力学性能指标。
材料的相对价格
材料
相对价格材料相对价格
碳素结构钢低合金结构钢优质碳素结构钢易切削钢合金结构钢铬镍合金结构钢滚动轴承钢弹簧钢
1 1.2~1.7 1.4~1.5
2 1.7~1.9
3 2.1~2.9 1.6~1.9
碳素工具钢低合金工具钢高合金工具钢高速钢铬不锈钢铬镍不锈钢普通黄铜球墨铸铁
1.从工艺性出发
如果设计是铸件，最好选择共晶合金；如果设计的是锻件、冲压件，最好选择在加工时呈固溶体的合金；如果设计是焊接结构，则不应选用铸铁，最适宜的材料是低碳钢或低碳合金钢；而铜合金和铝合金的焊接性能都不够好。
2.在机器制造中，绝大部分的机械零件都要经过切削加工，因此材料的切削加工性能的好坏对提高产品生产率，降低成本都具有重要意义。为了便于切削，一般希望材料的硬度在 170~230HBS之间。
粗磨滚铣花键花键淬火精磨
二.YJ – 130汽车半轴
一) 工作条件: 1.该轴在上坡或启动时,承受较大扭矩。 2.承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。 3.承受反复弯曲疲劳应力。
二) 技术要求: 1.杆部硬度HRC37～44;盘部外圆硬度HRC
24～34 ;金相组织为回火索氏体和回火屈氏体。 2.弯曲度:杆中部<1.8mm;盘部跳动<2.0mm。

典型零件的选材

材料选用的原则与方法机械零件的选材是一项十分重要的工作。

选材是否恰当，特别是一台机器中关键零件的选材是否恰当，将直接影响到产品的使用性能、使用寿命及制造成本。

选材的一般方法材料的选择是一个比较复杂的决策问题。

目前还没有一种确定选材最佳方案的精确方法。

它需要设计者熟悉零件的工作条件和失效形式，掌握有关的工程材料的理论及应用知识、机械加工工艺知识以及较丰富的生产实际经验。

通过具体分析，进行必要的试验和选材方案对比，最后确定合理的选材方案。

一般，根据零件的工作条件，找出其最主要的性能要求，以此作为选材的主要依据。

零件材料的合理选择通常按照以下步骤进行：(1) 对零件的工作条件进行周密的分析，找出主要的失效方式，从而恰当地提出主要性能指标。

一般地，主要考虑力学性能，特殊情况还应考虑物理、化学性能。

(2) 调查研究同类零件的用材情况，并从其使用性能、原材料供应和加工等方面分析选材是否合理，以此作为选材的参考。

(3) 根据力学计算，确定零件应具有的主要力学性能指标，正确选择材料。

这时要综合考虑所选材料应满足失效抗力指标和工艺性的要求，同时还需考虑所选材料在保证实现先进工艺和现代生产组织方面的可能性。

(4) 决定热处理方法或其他强化方法，并提出所选材料在供应状态下的技术要求。

(5) 审核所选材料的经济性，包括材料费、加工费、使用寿命等。

(6) 关键零件投产前应对所选材料进行试验，可通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验等，最终确定合理的选材方案。

第十一章机械制造中零件材料的选择

机架和箱体及支承类零件的选材
• 包括：
– 减（变）速器箱体 – 轴承座、支座 – 机床床身、床头箱、溜板箱、进给箱 – 气缸体
• 功用：
– 支承并固定机器 – 装配基准 – 承受压力及振动
机架和箱体及支承类零件的选材
• 结构特点：
– 形状复杂 – 一般体积较大、重量较大
• 性能：
– 具有足够的抗压强度和刚度 – 具有足够的尺寸稳定性 – 良好的加工工艺性：
选材的具体步骤与方法
• • • • 以综合力学性能为主进行选材以疲劳强度为主进行选材以磨损为主进行选材其他性能：
– 物理性能：导电性、电磁性能、光、热 – 化学性能：化学介质/耐腐蚀性能
第三节典型零件的选材实例分析
齿轮类零件的选材
• 工作条件：
– 齿根承受大的弯曲应力； – 齿面啮合部位既有滚动摩擦又有滑动摩擦，并且承受很大的接触应力； – 轮齿工作中还将承受一定的冲击载荷； – 汽车、工程机械等机器中的齿轮工作中偶有短时过载。
齿轮类零件的常见失效模式
• 断齿：多由疲劳（低应力高周疲劳/高应力低周疲劳）、静载过载、冲击引起 • 齿面剥落
– 麻点剥落（点蚀） – 浅层剥落 – 深层剥落
• 齿面磨损
– 摩擦磨损 – 磨料磨损
圆锥齿轮
齿轮类零件的性能要求
• 齿面应有高接触疲劳强度和高的表面硬度和耐磨性——防止齿面损伤； • 齿根应有高的齿根弯曲强度和齿根弯曲疲劳强度——防止齿根折断； • 心部应有适当的强度和韧性——防止冲击和偶然过载引起断裂； • 齿轮副齿面硬度应有差异，即大齿轮齿面硬度＜小齿轮齿面硬度； • 应有好的机加性能——可获得好的表面粗糙度。
• 材料的焊接工艺性：

典型零件的选材及工艺分析

如表10-2所示为几种主要耐热钢的持久强度值。对于一般的高、中压锅炉，材料的持久强度值在60～80 MPa以上即可满足工作要求。由表10-2 还可以看出，低碳钢管（20A）只能用于工作温度低于450℃的非受热面管，而12Cr1MoV的工作温度可以高于580℃。
牌号温度/℃ 持久强度/MPa
表10-2 几种耐热钢的持久强度值
过去的主轴几乎都是用钢制造的，现在轻载和中载主轴已经可用球墨铸铁制造。
2 机床齿轮类零件的选材
机床齿轮按工作条件的不同，可分为以下三类。（1）轻载齿轮。转动速度一般都不高，大多用45钢制造，经正火或调质处理。（2）中载齿轮。一般用45钢制造，正火或调质后，再进行高频表面淬火强化，以提高齿轮的承载能力及耐磨性。对大尺寸齿轮，则需用40Cr等合金调质钢制造。一般机床主传动系统及进给系统中的齿轮，大部分属于这一类。（3）重载齿轮。对于某些工作载荷较大，特别是运转速度高又承受较大冲击载荷的齿轮大多用20Cr，20CrMnTi等渗碳钢制造。经渗碳、淬火处理后使用。例如，变速箱中一些重要传动齿轮等的选材。
通过对这些断裂的转子轴进行失效分析发现，这些转子轴都是采用标准的转子钢制造的，其常规的机械性能均符合设计要求，但所有转子在工作很短时间后即发生断裂。而根据计算，断裂时的应力并不大，都远低于材料的屈服强度，安全系数也相当大。显然，这种断裂从常规的设计观点看是难以解释的。从断口分析发现，断裂是由一些缺陷（如白点、焊接裂纹等）引起的，缺陷尺寸超过了根据断裂韧性计算出来的临界裂纹尺寸。因此，从断裂力学的观点很容易解释这种断裂发生的原因。所以必须采用缺陷很少的优质转子钢制造转子轴。
3 机床导轨
机床导轨精度对整个机床的精度有很大的影响，必须防止其变形和磨损，所以机床导轨通常都是选用灰口铸铁制造，如HT200和HT350等。灰口铸铁在润滑条件下耐磨性较好，但抗磨粒磨损能力较差。为了提高耐磨性，可以对导轨表面进行淬火处理。

第十一章 典型零件的选材及工艺

零件材料的选择

机械零件的选材及热处理工艺

典型零件选材及工艺分析

习题十二典型零件的选材与加工

第十一章 机械零件选材及加工路线分析

典型零件的选材

典型零件选材及工艺分析

典型零件的选材及加工工艺路线分析讲解材料

第11章机械零件毛坯的选择

单元11 机械零件材料及毛坯的选择

典型零件的选材及工艺路线设计100页PPT

第十一章-材料的选用

典型零件的选材

第十一章 机械制造中零件材料的选择

典型零件的选材及工艺分析

第十一章典型零件的选材及工艺

第十一章机械零件选材及加工路线分析

第十一章机械制造中零件材料的选择