典型零件的选材与工艺路线分析..
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。
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机械工程材料
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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。
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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
典型零件的选材及热处理
艺
16
调质钢的牌号（摘自GB/T3077－1999）
淬 透 钢号 性
45
低 40MnB
40Cr
中 35CrMo
38CrMoAlA 高
40CrMnMo
主 要 成 分, %
C
Mn
0.42~ 0.50~
Si Cr 0.17~
0.50 0.80 0.37 0.37~ 1.10~ 0.20~
•3.重载、高速或中速，且受较大冲击载荷的 齿轮——低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢，20Cr、
20CrMnTi等，渗碳、淬火、低温回火
•4.精密传动齿轮——氮化钢， 38CrMoAl，调质，13 氮
20CrMnTi钢的汽车变速箱齿轮热处理工艺曲线
表面：高碳回火马氏体+残余奥氏体+碳化物 中心：铁素体+索氏体+低碳回火马氏体
0.44 1.40 0.40
0.37~ 0.50~ Cr 0.8
0.45 0.80 ~1.10
0.32~ 0.40~ Cr 0.8
0.40 0.70 ~1.10 0.35~ Al 0.7 Cr 1.35
0.42 0.37~ 0.45
~1.1 0.90~ 1.20
~1.65
Cr 0.9 ~1.20
淬火
渗氮件热处理工艺路线：
下料——锻造——正火（退火）——粗加工— —调质——精加工——去应力退火——粗磨— —渗氮——精磨或研磨
4
一、连杆类零件
1、受力情况分析
连杆
5
连杆螺栓
2、技术要求： 调质处理后为回火索氏体，硬度为30～38
3、选材40Cr
6
淬透性的考虑
至水冷端的距离
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
典型零件的选材及加工工艺路线分析
2．对材料工艺性能的考虑
材料本身工艺性能的好坏将直接影确零件的质量、 材料本身工艺性能的好坏将直接影确零件的质量、生产效率和成 本。 工艺性能中最突出的是可切削性和热处理工艺性(包括淬透性、 工艺性能中最突出的是可切削性和热处理工艺性(包括淬透性、 变形规律、氧化脱碳倾向等) 变形规律、氧化脱碳倾向等)。 在大量生产时，工艺周期的长短和加工费用的高低， 在大量生产时，工艺周期的长短和加工费用的高低，常常是生产 的关键。 的关键。
二、轴 轴的工作条件、 一）轴的工作条件、失效方式及性能要求 1、工作条件和失效方式
主要起支承传动零件并传递扭矩的作用。 主要起支承传动零件并传递扭矩的作用。 工作条件：1)承受交变扭转载荷 交变弯曲载荷或拉-压载荷； 承受交变扭转载荷、 工作条件：1)承受交变扭转载荷、交变弯曲载荷或拉-压载荷；2) 局部(轴颈、花键等处)承受摩擦和磨损；3)特殊条件下受温度或 局部(轴颈、花键等处)承受摩擦和磨损；3)特殊条件下受温度或 介质作用。 介质作用。 失效方式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损， 失效方式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损，有时也发生冲击过载断 个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。 裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。 1）高疲劳强度，防止轴疲劳断裂；2）优良综合力学性能，即较 高疲劳强度，防止轴疲劳断裂； 优良综合力学性能， 高的屈服强度和抗拉强度、较高的韧性， 高的屈服强度和抗拉强度、较高的韧性，防止塑性变形及过载或 冲击载荷作用下的折断和扭转； 冲击载荷作用下的折断和扭转；3）局部承受摩擦的部位具有高 硬度和耐磨性，防止磨损失效； 硬度和耐磨性，防止磨损失效；4）在特殊条件下工作的轴的材 料应具有特殊性能，如蠕变抗力、耐腐蚀性等。 料应具有特殊性能，如蠕变抗力、耐腐蚀性等。
3、汽轮机主轴
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
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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.
(完整word版)轴类零件选材及工艺分析
轴类零件选材及工艺分析在机床、汽车、拖拉机等制造工业中，轴类零件是另一类用量很大，且占有相当重要地位的结构件。
轴类零件的主要作用是支承传动零件并传递动和动力，它们在工作时受多种应力的作用，因此从选材角度看，材料应有较高的综合机械性能.局部承受摩擦的部位如车床主轴的花键、曲轴轴颈等处，要求有一定的硬度，以提高其抗磨损能力。
要求以综合机械性能为主的一类结构零件的选材，还需根据其应力状态和负荷种类考虑材料的淬透性和抗疲劳性能。
实践证明，受交变应力的轴类零件、连杆螺栓等结构件，其损环形式不少是由于疲劳裂纹引起的。
下面以车床主轴、汽车半轴、内燃机曲轴、镗杆、大型人字齿轮轴等典型零件为例进行分析。
（一）机床主轴在选选用机床主轴的材料和热处理工艺时，必须考虑以下几点：<1> 受力的大小。
不同类型的机床，工作条件有很大差别，如高速机床和精密机床主轴的工作条件与重型机床主轴的工作条件相比，无论在弯曲或扭转疲劳特性方面差别都很大。
<2> 轴承类型。
如在滑动轴承上工作时，轴颈需要有高的耐磨性。
<3> 主轴的形状及其可能引起的热处理缺陷。
结构形状复杂的主轴在热处理时易变形甚至于开裂，因此在选材上应给予重视。
主轴是机床中主要进零件之一，其质量好坏直接影响机床的精度和寿命。
因此必须根据主轴的工作条件和性能要求，选择用钢和制定合理的冷热加工工艺。
1、机床主轴的工作条件和性能要求C616-416车床主轴如图1-2所示。
该主轴的工作条件如下：①承受交变的弯曲应力与扭转应力，有时受到冲击载荷的作用；②主轴大端内锥孔和锥度外圆，经常与卡盘、顶针有相对摩擦；③花健部分经常有磕或相对滑动。
总之，该主轴是在滚动轴承中动转，承受中等负荷，转速中等，有装配精度要求，且受到一定的冲击力作用。
由此确定热处理技术条件如下：①整体调质后硬度应为HB200~230，金相组织为回火索氏体；②内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45~50，表面3~5㎜内金相组织为回火屈氏体和少量回火马氏体；③花键部分的硬度为HRC48~53，金相组同上。
单元34-1第八章典型零件的选材与工艺路线分析
不锈钢具有优良的耐腐蚀性和机械性能，适用于制造高强度、耐腐蚀的零件，如压力容器、管道等。焊接工艺能够实现异种材料的连接，因此不锈钢材料与焊接工艺相匹配适用于这些零件的制造。
不锈钢材料与焊接工艺
典型零件的选材与工艺路线实例分析
#O4
#2022
轴类零件的选材与工艺路线分析
总结词
轴类零件是机械中常见的支撑和传动零件，其选材和工艺路线分析需考虑强度、耐磨性、耐腐蚀性和热处理工艺。
现有研究的不足与展望
列举了几个典型零件的选材和工艺路线分析案例，如轴类、齿轮类、箱体类等，通过实例说明了选材和工艺路线分析的实际应用和效果。
典型零件选材与工艺路线实例
总结了选材时应考虑的主要因素，包括材料的机械性能、工艺性能、经济性以及环境影响等。强调了选材时需权衡各种因素，以达到最佳的综合效果。
选材原则
铜及铜合金
常用材料介绍
材料性能与零件性能的关系
材料性能直接影响零件的性能，如强度、刚度、耐磨性等。 材料的物理和化学性质对零件的工作环境和使用寿命有重要影响，如耐腐蚀性、导电性、热膨胀系数等。 材料的机械性能对零件的加工制造和装配也有重要影响，如可加工性、焊接性、切削性等。
工艺路线分析
#O2
#2022
04
根据确定的工序顺序和设备、工艺方法，制定详细的工艺流程和工艺标准，明确各工序的加工要求、检验标准等。
制定工艺流程和工艺标准
在实际生产过程中，根据实际情况对工艺路线进行优化和完善，提高生产效率和产品质量。
优化和完善工艺路线
工艺路线制定流程
工艺路线优化方法
通过分析和改进生产过程，减少非增值环节，如等待、搬运、检验等，提高生产效率和产品质量。
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
机械零件选材及加工路线课件 (一)
机械零件选材及加工路线课件 (一)机械零件是机械制造中不可或缺的组成部分，选材与加工路线在机械零件的制造过程中也至关重要。
本文将就机械零件选材与加工路线这一主题进行探讨。
一、机械零件的选材机械零件在选材时需要考虑的因素较多，例如：1.力学性能：机械零件需要承受各种力、扭矩等，因此要选用具有良好的抗拉、抗压、抗弯、抗疲劳等力学性能的材料。
2.物理性能：机械零件在使用过程中需要承受各种温度、湿度等因素的影响，因此需要选择具有良好的耐热、耐腐蚀、抗磨损等物理性能的材料。
3.加工性：机械零件要通过加工过程进行制造，因此也需要考虑材料的加工性能，包括铸造性、挤压性、锻造性、切削性等。
4.成本：选材时还需考虑成本问题，综合考虑材料的价格、加工难度等因素，选择性价比较高的材料。
二、机械零件的加工路线机械零件的加工路线分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。
1.粗加工：包括铸造、锻造、冲压、热处理等工艺，主要是将材料加工成初步形状，以便进行下一步的加工。
2.半精加工：包括车、铣、钻、刨、磨等加工工艺，主要是对粗加工后的材料进行进一步的加工，以便得到精度较高的零部件。
3.精加工：包括精密车削、高精度磨削、电火花加工、线切割等工艺，主要是将半精加工后的零部件进行精细加工，以满足特殊的使用要求。
总之，在选择机械零件的加工路线时，需考虑零件的精度、质量要求和生产效率等因素，选择适合的加工工艺和加工设备。
三、结语机械零件选材及加工路线是机械制造中至关重要的组成部分，选材与加工路线直接影响到零件的质量、性能和生产成本。
因此，需要综合考虑材料的各项性能，选择合适的加工路线和工艺，确保精度和质量，提高生产效率，使得机械零件能够更好地满足使用要求。
机械制造基础-第9章-典型零件选
第9章 典型零件选材
第1节 零件的失效
一、零件的失效与失效分析
零件在工作过程中最终都要发生失效。
所谓失效是指:
（1）零件完全破坏，不能继续工作；
（2）严重损伤，继续工作很不安全；
（3）虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。 只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已 经失效。
失效分析的目的就是要找出零件损伤的原因，并提出相 应的改进措施。
❖ 例: 北京牌吉普车后桥圆锥主动齿轮。
❖ 材料: 20CrMnTi钢。 热处理: 渗碳、淬火、低温回火，渗碳层深 1.2mm～1.6mm。 性能要求: 齿面硬度HRC58～HRC62，心部硬度 HRC33～HRC48。 工艺路线: 下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬 火、低温回火→磨加工。
6. 机床导轨的选材
❖ 2）对同类产品进行调研, 分析选材的合 理性。
❖ 3）找出关键的性能要求, 确定零件应具 有的力学性能判据或理化性能指标。
❖ 4）选择合适的材料, 确定热处理方法或 其他强化方法。
❖ 5）通过试验, 检验所选材料及热处理方 法能否达到各项性能要求。
第3节 典型零件选材实例分析
1.齿轮类零件
1）齿轮的作用 传递扭矩、调节速度、改变运动方向。 2）工作条件 （1）齿根受很大交变弯曲应力作用、齿面受较大接触应力 并有强烈的摩擦和磨损。 （2）承受一定的冲击载荷。 3）失效形式 轮齿折断、齿面磨损、齿面剥落、齿面点蚀、过载断裂等。 4）力学性能要求 （1）高的弯曲疲劳强度 （2）齿面应具有高的接触疲劳强度、高的硬度和耐磨性 （3）齿轮心部应具有良好的综合力学性能或较好的强韧性
（3）重载主轴 工作载荷大, 磨损及冲击都较严重, 例如工作载荷大的组合机床主轴。一般用 20CrMnTi钢制造, 经渗碳、淬火处理。
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。
机械零件的选材与工艺分析
机械零件的选材原则与工艺分析一、选材的一般原则（1）材料的使用性能——选材的最主要依据指的是零件在使用时所应具备的材料性能，包括机械性能、物理性能和化学性能。
对大多数零件而言，机械性能是主要的必能指标，表征机械性能的参数主要有强度极限σb、弹性极限σe、屈服强度σs或σ0.2、伸长率δ、断面收缩率ψ、冲击韧性ak及硬度HRC或HBS等。
这些参数中强度是机械性能的主要性能指标，只有在强度满足要求的情况下，才能保证零件正常工作，且经久耐用。
在材料力学的学习中，已经发现，在设计计算零件的危险截面尺寸或校核安全程度时所用的许用应力，都要根据材料强度数据推出。
（2）材料的工艺性能材料的加工工艺性能主要有：铸造、压力加工、切削加工、热处理和焊接等性能。
其加工工艺性能的好坏直影响到零件的质量、生产效率及成本。
所以，材料的工艺性能也是选材的重要依据之一。
1．铸造性能：一般是指熔点低、结晶温度范围小的合金才具有良好的铸造性能。
如：合金中共晶成分铸造性最好。
2．压力加工性能：是指钢材承受冷热变形的能力。
冷变形性能好的标志是成型性良好、加工表面质量高，不易产生裂纹；而热变形性能好的标志是接受热变形的能力好，抗氧化性高，可变形的温度范围大及热脆倾向小等。
3．切削加工性能：刀具的磨损、动力消耗及零件表面光洁度等是评定金属材料切削加工性能好坏的标志，也是合理选择材料的重要依据之一。
4．可焊性：衡量材料焊接性能的优劣是以焊缝区强度不低于基体金属和不产生裂纹为标志。
5．热处理：是指钢材在热处理过程中所表现的行为。
如过热倾向、淬透性、回火脆性、氧化脱碳倾向以及变形开裂倾向等来衡量热处理工艺性能的优劣。
总之，良好的加工工艺性可以大减少加工过程的动力、材料消耗、缩短加工周期及降废品率等。
优良的加工工艺性能是降低产品成本的重要途径。
（3）材料的经济性能每台机器产品成本的高低是劳动生产率和重要标志。
产品的成本主要包括：原料成本、加工费用、成品率以及生产管理费用等。
典型零件的选材及工艺分析
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。
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工艺路线为：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轮齿高频淬火及回火→精磨
第八章 典型零件的选材与工艺路线分析
8.1齿轮选材
单元34- 3
冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT600－2等铸铁制造。 机床齿轮除选用金属齿轮外，有的还可改用塑料齿轮。 聚甲醛（或单体浇铸尼龙），工作时传动平稳，噪声减少， 长期使用无损坏，且磨损很小
高温正火（950℃）是为了获得细珠光体基体的组织，以满足强度要求。 正火后的高温回火（560℃）是为了消除正火时产生的内应力。 轴颈气体渗氮（渗氮温度570℃）是在保证不改变组织及加工精度的 前提下提高轴颈表面硬度和耐磨性。
二、轴类零件的失效方式
（1）长期交变载荷下的疲劳断裂（包括扭转疲劳和弯曲疲劳断裂）。 （2）大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形甚至断裂。 （3）与其他零件相对运动时产生的表面过度磨损等。
第八章 典型零件的选材与工艺路线分析
8.1轴类件选材
单元35- 2
三、轴类零件的性能要求
（1）良好的综合机械性能：足够的强度，塑性和一定的韧性。 （2）高的疲劳强度，对应集中敏感性低，以防疲劳断裂； （3）足够的淬透性，热处理后表面要有高硬度、高耐磨性，以防磨损失效; （4）良好的切削加工性能，价格便宜。
第八章 典型零件的选材与工艺路线分析
8.1齿轮选材
单元34- 1
第八章 典型零件的选材与工艺路线分析 8.1 齿轮选材 齿轮主要用于传递扭矩和调节速度， 一. 齿轮的工作条件
1.由于传递扭矩，齿根承受很大的变弯曲应力；
2.换挡、启动或啮合不均时，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及摩擦力的作用。
四、轴类件的选材 一般用经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造。
一般轴类零件，可选优质碳结构钢：35、40、45、50钢等，其中45钢最常用。 当载荷较大并要求限制轴的外形、尺寸和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时 采用合金钢 ：20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、40MnB等。 还可以采用球墨铸铁和高强度灰铸铁作为轴的材料，特别是曲轴的材料
喷丸—增大表层压应力，提高疲劳强度，并清除氧化皮。
第八章 典型零件的选材与工艺路线分析
8.2轴类件选材
单元35- 1
8.2 轴类件选材
轴是机器上的最重要零件之一，一切回转运动的零件， 如齿轮、凸轮等都装在轴上。所以，轴主要起传递运 动和转矩的作用。 一、轴类件的工作条件
（1）轴类零件工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用； （2）轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦和磨损； （3）轴在高速运转过程中会产生振动，使轴承受冲击载荷； （4）多数轴会承受一定的过载载荷。
三、齿轮材料的性能要求
1.高的弯曲疲劳强度； 2. 高的接触疲劳强度和耐磨性；
3. 较高强度和冲击韧性。
还要求有较好的热处理工艺性能，例如热处理变形小，或变形有一定规律等。
四、典型齿轮选材举例
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。 一般可选中碳钢制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢。
功能：输出内燃机功率，并驱动内燃机内其他运动机构。 工作条件：承受弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力的复杂作用， 应力分布很不均匀；另外，曲轴颈与轴承发生滑动摩擦。 性能要求：高强度，足够的冲击韧性、弯曲、扭转疲劳强度和刚度， 轴颈高硬度和耐磨性。
选材：锻钢曲轴主要由优质中碳钢和中碳合金钢制造， 如35、40、40Cr，35CrMo钢等
2. 汽车齿轮
汽车齿轮功能—在变速箱中，通过它改变发动机、曲轴和主轴齿轮的速比； 在差速器中，齿轮增加扭矩，并调节左右轮的转速。全部 发动机动力均通过齿轮传给车轴，推动汽车运行。 工作条件—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等，均要求比机床齿轮高。 选材—用低碳钢进行渗碳处理来作重要齿轮。我国应用最多的 是合金渗碳钢20CrMnTi，
第八章 典型零件的选材与工艺路线分析
8.1轴类件选材
单元35- 4
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。 如果这类机床主轴的载荷较大，可用40Cr钢制造。当承受较大的冲击 载荷和疲劳载荷时，则可采用合金渗碳钢制造，如20Cr或20CrMnTi等。
2. 内燃机曲轴选材
第八章 典型零件的选材与工艺路线分析
8.1轴类件选材
单元35- 5
铸造曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁以及合金铸铁等制造，
如ZG45、QT600-3、Q700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。
如：175A型农用柴油机曲轴可选用QT700-2。 工艺路线：铸造→高温正火→高温回火→切削加工→轴颈气体渗氮
二、齿轮的失效形式 1.疲劳断裂 常常一齿断裂引起数齿甚至所有齿的断裂。 2.齿面磨损 由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小， 3. 齿面接触疲劳破坏
在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落
4. 过载断裂
是冲击载荷过大造成的断元34- 2
第八章 典型零件的选材与工艺路线分析
8.1齿轮选材
单元34- 4
工艺路线：下料→锻造→正火→切削加工→渗碳→、淬火 及低温回火→喷丸→磨削加工 正火—可消除锻造应力，均匀组织，改善切削加工性， 改善齿轮表面加工质量。
渗碳、淬火及低温回火—得到表面高硬度、高耐磨性和接触疲劳抗力。 由于合金元素提高淬透性，淬火、回火后可 使心部获得较高的强度和足够的冲击韧性。
第八章 典型零件的选材与工艺路线分析
8.1轴类件选材
单元35- 3
五、典型轴的选材 1. 机床主轴选材
工作条件：主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷 和转速不高，冲击载荷也不大
性能要求：具有一般综合机械性能即可满足要求。但大端的 轴颈、锥孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部 位要求有较高的硬度和耐磨性。 选材：可选用45钢，热处理工艺为调质处理，硬度要求 为220HB－250HB；轴颈和锥孔进行表面淬火， 硬度要求为52HRC。