精品课件机械零件材料及成形工艺的选用

材料 铝、镁合金
易切钢 30钢正火 45钢、灰铸铁 85钢（轧材）、2Cr13钢调质 65钢调质、不锈钢 1Cr18Ni9Ti、W18Cr4V
切削加工难易程度 很容易加工 易加工 易加工 一般 一般 难加工 难加工
相对切削加工性KV 8~20 2.5~20
1.6~2.5 1.0~1.5 0.7~0.9 0.5~0.65 0.15~0.5
无先兆低应 力断裂
应力<σs，腐蚀介质 磨粒长时间作用
断裂 尺寸减小
偶件相对运动磨损
咬卡
化学腐蚀、电化学腐蚀 表面腐蚀、
兼有疲劳与磨损的特点 麻点、剥落
选σs高者 选高αk、低Tk、高K1c 选高σb、高αk、高σ-1、 表面强化避免应力集中
表面防护
高HV/E，有硬质第二相
偶件用不同材料、润滑
有色金属、不锈钢、塑 料、电化学保护
12.1.1 使用性能足够的原则
零件工作条件包括三方面：受力状况、环境状况、特殊要求
12.1.2 工艺性能良好的原则
金属材料的工艺性能★、陶瓷材料的工艺性能★、 高分子材料的工艺性能★
12.1.3 经济合理的原则
应考虑的内容：材料的价格★、加工费用、以铁代钢、优先 选用碳素钢、成组选材
12.1.4 材料、成形工艺、零件结构相适应的原则
受力状况、环境状况及材料选用
零件举例 拖拉机减速齿轮、内燃 机曲轴 汽车传动齿轮、 机床齿轮 连杆、一般传动轴 机床轴 重型机器轴 模具 曲轴 海上仪表零件 化工机械 涡轮叶片 仪表壳
受力及环境 负荷轻、耐磨
抗弯、高冲击耐磨 抗弯、一般冲击耐磨 强韧性 强韧性、中等耐磨 强韧性、高耐磨 高硬、耐磨 疲劳 抗腐蚀、低温脆性小 腐蚀介质 高温介质 重量轻
铸造性能比较
材料 灰铸铁
流动
收缩性
偏析
性 体收缩 线收缩 倾向
其他
好大
小
小 铸造内应力小
球墨铸铁 稍差 大
小
小 易形成缩孔、缩松，白口化倾向小
铸钢
差大
大
大 导热性差、易发生冷裂
铸造黄铜
好
小
较小 较小 易形成集中缩孔
铸造铝合金 尚好 小
小 较小 易吸气，易氧化
第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用
切削性比较
低合金工具钢
1.4~1.5
高合金工具钢
2
高速钢
1.7~2.9
铬不锈钢
3
铬镍不锈钢
2.1~2.9
普通黄铜
1.6~1.9
球墨铸铁
相对价格 1.4~1.5 2.4~3.7 5.4~7.2 13.5~15
8 20 13 2.4~2.9
常用毛坯类型及其制品的比较
特点 工艺性能要求
常用材料
金属组织特征 力学性能
结构特征 材料利用率
生产周期 生产成本 应用举例
铸件
流动性好收缩性 低
灰铸铁球铁中碳 钢铝合金铜合金
材料与工艺 球墨铸铁
渗碳钢、渗碳 调质钢、高频表面淬火 调质钢、调质 调质钢、调质+表面淬火 调质钢、调质+渗氮 工具钢、轴承钢 σ-1高的材料、表面压应力 铜合金 不锈钢、非不锈钢+表面处理 耐热钢、陶瓷涂层 铝合金、工程塑料
失效形式与选材
失效形式
变 弹性变形
形 塑性变形
失 效
蠕变变形
失效原因 刚度不足 应力>σs 应力<σs，高温长时间 受力
第十二章 机械零件材料及成形工艺的 选用
12.1 工程材料及成形工艺选用的基本工艺原则★ 12.2 具体成形方法及改性工艺的选用★ 12.3 典型零件的材料及成形工艺选择
12.3.1 轴类零件★ 12.3.2 齿轮类零件★ 12.3.3 机架、箱体类零件★
第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用
12.1工程材料及成形工艺选用的基本原则
材料 高速钢 不锈钢 铜（型材） 黄铜（型材） 铝合金（型材） 低合金钢 低碳钢（型材）
铸铁
各种材料价格比较
价格/＄/t 3995
2400~3100 2253~2900 1650~2336 2000~2400
385~550 440~480
260
材料 有机玻璃 尼龙66
刚玉 碳化硅 天然橡胶 碳纤维复合材料 聚碳酸酯 环氧树脂
第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用
陶瓷材料成形工艺比较
工艺
优点
பைடு நூலகம்缺点
注浆成形 可做形状复杂件、薄壁件，成本低 收缩大、尺寸精度低、生产率低
压制成形 可做形状复杂件、密度高、强度高、 设备较复杂、成本高 精度较高
挤压成形 成本低、生产率高
零件形状须对称、不能做薄壁件
可塑成形 可做形状复杂件、尺寸精度高
危害 失稳、让刀 弯曲、伸长 弯曲、伸长
选材与预防措施
选E高者、改变结构
选σs高者，增大截面 选蠕变极限高者，耐热 钢
断 韧性断裂
裂 低应力脆断
失 效
疲劳断裂
应力腐蚀裂
表 磨粒磨损
面 粘着磨损
损 伤
腐蚀
失 效
表面疲劳
应力>σs，并增至σb 应力<σs，低温冲击大 应力<σs，长时间受交 变载荷
断裂
恶性事故
成本高
第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用
高分子材料主要成形工艺的比较
工艺
适用材料
形状 表面粗造度 尺寸精度 模具费用 生产率
压制成形 范围较广 复杂形状
很低
高
高
中等
注射成形 热塑性塑料 复杂形状
很低
非常高 很高
高
挤出成形 热塑性塑料 棒类
低
一般
低
高
真空成形 热塑性塑料 棒类
一般
一般
低
低
第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用
增加表面硬化层厚度
第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用
金属材料制造零件加工路线
零件
精加工
热 终理 最处 工 加 削 切火 火正 退或
成形加工
金属材料
第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用
工艺性与选材
工艺性能
最优条件
材料性能从优至劣排列
铸造性能 熔点低、共晶合金
铸铁、黄铜、铝合金、青铜、铸钢
锻造性能 FCC的金属、第二组元少的 低、中、高碳钢，高合金钢、黄铜、铝
价格/＄/t 5300 32890 1900
440~700 1430 200000 2550 1650
第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用
材料 碳素结构钢 低合金结构钢 优质碳素结构钢
易切钢 合金结构钢 铬镍合金结构钢 滚动轴承钢
弹簧钢
常用金属材料的相对价格
相对价格
材料
1
碳素工具钢
1.2~1.7
合金
合金
焊接性能 WCE＜0.4%
碳钢、低合金结构钢、碳当量小者、防 锈铝、青铜、硬铝
切削性 140~248HB
铝合金、不锈钢、30钢、45钢、铸铁、 T8钢、65Mn，不锈钢、耐热钢
热处理性 淬火变形小，回火脆性小， 低碳钢、低合金钢、高碳钢、含Mn钢、 淬透性高，过热敏感性小 铝合金
第十二章 机械零件材料及成形工艺的选用