材料的选择与分析.

3. 保证经济性能合理的原则
1、成本： 在满足使用性能的前提下，尽可能选用价廉的材料，降 低零件的总成本。 在金属材料中，碳钢和铸铁的价格是比较低廉的，因 此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁（尤其 是球墨铸铁），不仅具有较好的加工工艺性能，而且可 降低成本。
• • • •
2、材料来源： 符合国情、厂情 3、用非金属材料代替金属材料 4、材料的利用率和再生利用率
11.1.2 金属材料选用的一般步骤和方法
（3）根据力学计算，确定零件应具有的主要 力学性能指标，通过比较选择合适的材料，然 后综合考虑所选材料是否满足失效抗力指标和 工艺性能的要求，以及在保证实现先进工艺和 现代生产组织方面的可能性。 （4）审核所选材料的生产经济性。
11.1
金属材料选用的原则与步骤
（ 5） 齿面塑性 变形
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11.2
11.2.2 齿轮
典型零件选材实例
具有高的接触疲劳强度，高的表面硬度和耐磨性。
（1）
（2） （3）
具有高的抗弯曲强度，适当的心部硬度和韧性。
良好的切削加工性，淬火变形要小。
11.2
11.2.2 齿轮
典型零件选材实例
1）钢材齿轮
（1）轻载、低速或中速、冲击力小、精度较低的一般齿 轮，选用中碳钢如：Q255、Q275、40钢、45钢、50钢、 50Mn等钢制造，常用正火或调质等热处理制成软齿面齿轮， 正火硬度为160～200HBW；调质硬度一般为200～280HBW，
典型零件选材实例
1）机床主轴
载荷较大时，选用40Cr钢制造。 机床主轴的工艺路线为：下料→锻造→ 正火→粗加工→调质→半精加工→局部表 面淬火、低温回火→精磨。
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11.2
11.2.1 轴类零件
2）内燃机曲轴
典型零件选材实例
低速内燃机曲轴用正火的45钢或球墨铸铁制 造；中速内燃机曲轴选用调质45钢或球墨铸铁、 调质中碳低合金钢。 内燃机曲轴工艺路线为：下料→锻造→正火 →粗加工→调质→半精加工→轴颈表面淬火、低 温回火→精磨。 目前常采用球墨铸铁来代替45钢制造曲轴， 其工艺路线一般为：铸造→正火、高温回火→机 加工→轴颈表面淬火、低温回火→精磨。
（ 2） 具有高的疲劳强 度，防止疲劳断裂 。
26
11.2
11.2.1 轴类零件
典型零件选材实例
（ 3） 在相对运动的摩 擦部位，如轴颈、 花键等处，应具有 较高的硬度和耐磨 性。
（ 4） 具有一定的淬透 性，保证轴的淬硬 层深度为半径的 1/2～1/3 。
27
11.2
11.2.1 轴类零件
典型零件选材实例
在机械设备、零件的设计与制造中， 合理选择和使用材料是一项十分重要的 工作。
• 一、保证使用性能足够的原则： • 液化石油气瓶
汽水分离器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 分析总结：
• 选择最关键使用性能时 主要考虑设备或 者零件的工作情况、负载、 零件的重要 程度三个方面；
• 根据具体情况抓住主要矛盾，找出最关 键的力学性能指标，同时兼顾其他性能；
29
11.2
11.2.1 轴类零件
典型零件选材实例
（3）受较大载荷或要求精度高的 轴以及处于强烈摩擦或高、低温 等恶劣条件下工作的轴，应选用 合金钢。 根据合金钢的种类及轴的性能应 采用调质、表面淬火、渗碳、氮 化、淬火、低温回火等热处理， 以充分发挥合金钢的潜力。
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11.2
11.2.1 轴类零件
32
11.2
11.2.2 齿轮
典型零件选材实例
齿根承受最大的交变 弯曲应力，并有应力集中存 在，在启动、换档或啮合不均匀 时还承受冲击和过载；齿面承受脉 动接触压应力和滚动、滑动摩擦。
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11.2
11.2.2 齿轮
典型零件选材实例
（ 1） 轮齿折断
（ 2） 表面疲劳 剥落
（ 3） 齿面磨损
（ 4） 齿面胶合
11.1.2 金属材料选用的一般步骤和方法
（5）试验、投产。
11.1
金属材料选用的原则与步骤
11.1.2 金属材料选用的一般步骤和方法
（1）
以综合力学性能为主进行选材
（2）
（3）
以疲劳强度为主进行选材
以耐磨性为主进行选材
11.2
11.2.1 轴类零件
典型零件选材实例
转轴在工作时承受弯 曲和扭转应力的复合作用，心 轴只承受弯曲应力，传动轴主要承 受扭转应力。此外，轴还会受到一定 程度的过载和冲击。
24
11.2
11.2.1 轴类零件
典型零件选材实例
（1）断裂，大多是疲劳断裂。 （2）轴的相对运动表面的过度磨损。
（3）发生过量扭转或弯曲变形（弹性的和塑性的） 。 （4）有时还可能发生腐蚀失效。
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11.2
11.2.1 轴类零件
典型零件选材实例
（ 1） 具有高的强度， 足够的刚度及良好 的韧性，以防止断 裂及过量变形。
2. 材料的工艺性能良好；
分析总结：
• 工艺性能影响设备或者零件的制造质量、生产效率、 生产成本； 铸造性能：包括流动性、收缩、偏析、吸气性等。 锻造性能：包括可锻性、抗氧化性、冷镦性、锻后冷却 要求等。 机械加工性：包括光洁度，切削加工性等。 焊接性能：包括形成冷裂或热裂的倾向、形成气孔的倾 向等。 热处理工艺性：包括淬透性、变形开裂倾向、过热敏感 性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向。
11.1
金属材料选用的原则与步骤
11.1.2 金属材料选用的一般步骤和方法
（1）在分析零件的服役条件、形状尺寸与应力 状态后，确定零件的技术条件。 （2）通过分析或试验，结合同类零件失效分析 的结果，找出零件在实际使用中的主要和次要 的失效抗力指标，以此作为选材的依据。
11.1
金属材料选用的原则与步骤
第十一章 材料的选择与分析
本章主要内容
• 一、金属材料选用的原则与步骤
• 1、选择材料的原则 • 2、选择材料的步骤 • 3、典型材料的选择
• • • • •
教学目标： 掌握材料选择的原则 教学重点： 材料选择中保证力学性能足够的原则 教学难点：
• 抓住主要矛盾，找出最关键的力学性能 指标
引言
（1）轻载、低速，不重 要的轴，可选用Q235、 Q255、Q275等碳素结构 钢，这类钢通常不进行热 处理。
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11.2
11.2.1 轴类零件
典型零件选材实例
（2）受中等载荷而且精度要 求一般的轴类零件，常用优质 碳素结构钢，如35、40、45、 50钢，其中45钢应用最多。为 改善其力学性能，一般要进行 正火或调质处理。要求轴颈等 处耐磨时，还可进行表面淬火 和低温回火。