材料的选用.

100
600
13
40
二、工艺性能 —— 铸、锻、焊、机加工、热处理
零件的加工工艺路线
一般零件: 毛坯 → 正火或退火 → 切削加工 轴、齿轮 等: 毛坯 → 预先热处理（正火、退火）→ 粗加工 → 最终热处理（淬火＋回火，时效，渗C等）→精加工 精密丝杠:
毛坯 → 预先热处理 → 粗加工 → 最终热处理 → 半精加工→
渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C: 930℃，回火：200 ℃）
淬 透 性 低
20MnV 0.17~0.24 0.17~0.23 0.17~0.23 1.30~1.60 0.90~1.20 0.80~1.10 0.90~1.20 1.00~1.30 20CrMn 20CrMnTi
ZL102 —— 变质处理
2.指出下列材料牌号或代号的含义： H59；ZQSn10；QBe2；ZChSnSb11-6；LF21；LC4；ZL102 。 答：H59 —— 含59%Cu的普通黄铜
ZQSn10 —— 含10%Sn的铸造Sn青铜
QBe2 —— 含2%Be的Be青铜 ZChSnSb11-6 —— 含11%Sb，6%Cu的Sn基轴承合金
LF21 —— 含1.0～1.6%Mn的防锈Al合金
LC4 —— 序号为4的超硬Al合金 ZL102 —— 含10～13%Si的铸造Al-Si合金 3.试述下列零件进行时效处理的作用： a. 形状复杂的大型铸件在500～600℃进行时效处理； 消除内应力 b. 铝合金件淬火后于140℃进行时效处理； 提高强度 c. GCr15钢制造的高精度丝杠于150℃进行时效处理。 稳定尺寸
实例１ —— C620 车床主轴，综合机械性能一般；大端轴颈部位耐磨性高
性能指标 —— 硬度220～250HB，轴颈52HRC 。
选材 —— 45钢 热处理工艺 —— 830℃水淬 + 500℃回火 + 轴颈高频淬火 + 200℃回火
最终组织 —— 心部：回火S
轴颈表面：回火M
工艺路线 —— 锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火＋低温回火→磨削
二、机床主轴选材
性能要求 —— 强度、塑韧性，疲劳强度，轴颈耐磨性。
普通车床（轻载）主轴 —— 45钢调质或正火，轴颈高频表面淬火。 铣床（中载）主轴 —— 40Cr等调质，轴颈高频表面淬火。
组合机床（重载）主轴 —— 20CrMnTi ，经渗C、淬火、回火处理。
精密镗床（高精度）主轴 —— 38CrMoAl ，调质 + N化 + 时效。
最终组织 —— P + G + 少量F
工艺路线 —— 铸造→高温正火→高温回火→机加工→轴颈 N化
小结
本章是本课程的综合及实际应用 重点要求
在一定的服役条件下，典型零件的选材及制定热处理工艺的方法。
一般要求
1. 2. 3. 选材原则 —— 材料的使用性能、工艺性能和经济性。 典型零件的加工工艺路线。 零件失效的概念。
0.50~ 0.80 0.40~ 0.70 Al 0.7 ~1.1 0.90~ 1.20
0.20~ 0.40
Cr 0.8 ~1.10 Cr 0.8 ~1.10 Cr 1.35 ~1.65 Cr 0.9 ~1.20
500 水，油
500 水，油 550 水，油 640 水，油 600 水，油
38CrMoAlA
三、内燃机曲轴选材
性能要求 —— 强度，韧性，弯曲、扭转疲劳强度和刚度，轴颈耐磨性。 选材 —— 调质钢（韧性高）、球墨铸铁。
实例 —— 175A型农用柴油机曲轴
性能指标 ——σb>750MPa，整体硬度240～260HBS， 轴颈表面硬度≥625HV (HRC55), δ≥2%, aKU≥150kJ/m2。 选材 —— QT700-2 热处理工艺 —— 880~920℃正火 + 500～600℃回火 + 轴颈 N化
aKU2 J
47 55 47 55
中
油
18Cr2Ni4WA 0.13~0.19
0.17~0.23
W0.8~1.2
0.30~0.60
高
20Cr2Ni4A
1.35~1.65 4.0~4.5 1.25~1.65 3.25~3.75
950 ／ 850
1180
1180
835
1080
78
63
空
880／ 780
油
3. 某连杆螺栓，要求σb≥950MPa , σ s≥700MPa，aKU2 ≥45J ，试选 一材料，制定最终热处理工艺，指出最终组织。
（第2、3题的待选材料： H70 、 20CrMnTi 、 T10 、 GCr15 、 60Si2Mn 、 45 、Q390 、 2Cr13 、 LC4 、40Cr 、 Cr12MoV ）
时效（或 N化）→ 精加工 → 时效
三、经济性 —— 根本原则
１. 产品成本分析
基本材料的成本（价格、利用率）—— 占总成本的30~70% 制造（加工）成本 —— 约占零件成本的 30% 材 料 美元 / t
金 钨 钛合金 黄铜（型材） 铝合金（型材） 低碳钢（型材） 铸铁 硬质合金 19,100,000 26,000 10,190～12,720 1650～2336 2000～2440 440～480 260 66,000 材料 美元 / t 900,000,000 330,000 200,000 2400～3300 3289 1650 1430 1100-1760 1500
性能要求 —— 齿面硬度（决定弯曲、接触疲劳强度，耐磨性） 选材 强度，韧性。 调质钢 —— 调质 + 表面淬火 + 低温回火 渗C钢 —— 硬度、韧性高。
实例 —— 载重汽车变速箱齿轮
性能指标 ——σb>1000MPa，aKU2≥50J ，齿面硬度≥HRC55 。 选材 —— 20CrMnTi，σb > 1080MPa ， aKU2≥ 55J，齿面HRC≥58~63 。 最终热处理工艺 —— 930℃渗C + 预冷830℃油淬 + 200℃回火 最终组织 —— 心部：回火M + F 齿面：回火M + 碳化物 + A' 工艺路线 —— 锻造→正火→机加工→渗C、淬火＋低温回火→喷丸→磨削
Fe Al Cu Zn Mo Ag Cr Ti 储量（106t） 1×106 1170 308 123 5.4 0.2 775 147 可用年数 109 35 24 18 36 14 112 51 41.0 再生率(%) 31.7 16.9 40.9 21.2
5.2 典型零件的选材与工艺
一、齿轮选材
1200
840
1
300
38HRC
热处理 p213
back
175A型农用柴油机曲轴
p339
back
作业3c
3.4 有色金属及其合金
参考答案
1.说出下列材料常用的强化方法：H70；45钢；HT350；LY12 ；ZL102 。 答：H70 —— 冷变形强化（加工硬化） 45钢 —— 固溶强化（淬火） HT350 —— 变质（孕育）处理 LY12 —— 时效强化
p174
机械性能
Si Cr
0.17~ 0.37
b MPa
600 980 980 980
s MPa 355 785 785 835
aKU2 J
39 47 47 63
0.37~ 0.44
0.37~ 0.45 0.32~ 0.40 0.35~ 0.42 0.37~ 0.45
1.10~ 1.40
0.2 MPa 250 270 350 420 490 560
5 % 17 10 5 2 2 2
179 207 147-241 229-302 229-302 241-321
QT420-10 QT500-5 QT600-2 QT700-2 QT800-2
F+P P P P
wk.baidu.com
QT1200-1
下B
第5章 材料的选用
5.1 5.2
选材原则 典型零件的选材与工艺
5.1 选材原则
选材的动机 —— 开发新产品、产品的改进和更新换代
选材原则:
使用 性能
工艺性能
经济性 环境与资源原则
一、材料的使用性能 —— 首要原则
１. 零件的工作条件和失效形式
零件失效类型:
变形 —— 弹、塑性变形。 断裂 —— 脆、塑性，疲劳断裂。 表面损伤 —— 磨损、腐蚀等。 零件失效的原因 —— 设计、材料、加工、安装和使用。 工作条件
作业5 材料的选用
week14, Nov 30
1. 欲做下列零件：小弹簧、高速轴承、螺钉、手锯条、齿轮，试为 其各选一材料（待选材料： ZChPb16-16-2、Q195、45、65Mn、 T10 ）。 2. 某汽车变速箱齿轮，要求σb≥1080MPa，aKU2≥55J，齿面硬度 ≥HRC58 ，试选一材料，制定最终热处理工艺，指出最终组织。
p172
主 要 化 学 成 分, % 钢号 C
20Cr 0.17~0.24
Mn
0.50~0.80
Cr，Ni
0.70~1.00
预备处理 ／ 淬火, ℃
880／ 800 水, 油 880水, 油 850 油 880 ／ 870
机械性能 b MPa
835 785 930 1080
s MPa
540 590 735 835
back
调质钢的牌号（摘自GB/T3077－1999）
淬 透 性 主 要 成 分, % 钢号 C 45 低 40MnB 40Cr 中 35CrMo 0.42~ 0.50 Mn 0.50~ 0.80 淬火 ℃ 830~ 840水 850油 850油 850油 940 水，油 回火 ℃ 580~ 640空
of Chapter 5
26,000,000 铂 = 工具与设备费用 工业金刚石 加工成本 + 每件产品成本 × 生产批量 硼―环氧树脂复合材料 碳纤维复材料 玻璃纤维复合材料 尼龙66 环氧树脂 天然橡胶 氧化铝 玻璃
四、环境与资源原则
—— 贯穿材料生产、使用、废弃的全过程
１. 减少材料使用量、延长零件寿命、材料再利用。 重要金属的世界储量 ２. 环境污染小 废气排放少 材料回收及降解
高
980 980
835 785
71 63
40CrMnMo
850油
back
调质钢回火时性能的变化
p130
back
C620 车床主轴
p336
back
球墨铸铁的牌号、性能
机械性能 牌号
QT400-17
p211 ak kJ/m2 600 300 － 160 160 160
HB
基体 F
F
b MPa 400 420 500 600 700 800
传动齿轮 弹簧
压、弯 扭、弯
２. 工作环境 —— 温度，介质（如腐蚀，摩擦）。 ３. 特殊功能要求 —— 导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。 ４. 性能要求的指标化 —— 如强硬度、塑韧性等的具体数值。 手册数据、经验公式的局限性 —— 力学性能与零件尺寸有关 40钢不同尺寸毛坯的力学性能
热处理条件 毛坯尺寸/mm 5 850淬火 30 50 500回火 750 700 15 15 80 56 σ b / MPa 800 δ / % 16 AKU / J 120
零件
应力 种类 拉、剪 弯、扭 载荷 性质 静载 循环 冲击 循环 冲击 交变 冲击 受载 状态 -轴颈 摩擦 摩擦 振动 振动
常见失效形式
性能要求
螺栓 传动轴
过量变形，断裂 疲劳断裂，过量变形 ，轴颈磨损 断齿，磨损， 疲劳断裂，接触疲劳 弹性失稳， 疲劳破坏
强度，塑性 综合力学性能 表面高硬度及疲劳极限 ，心部强度及韧性 弹性极限，屈强比 ，疲劳极限