典型零件材料选择
机械零件的选材
机械零件的选材在机械零件的设计与制造过程中，如何合理地选择材料是一项十分重要的工作。
机械零件的设计不单是结构设计，还应包括材料和工艺的设计，故从事机械设计与制造的工程技术人员，必须掌握各种材料的特性，会正确选择和使用，并能初步分析机器及零件使用过程中出现的各种材料问题。
1、工程材料的强化方式：固溶强化、加工硬化、细化组织强化、第二相强化、相变强化、复合强化。
2、工程材料的韧化途径：细化晶粒、调整化学成分、形变热处理、低碳马氏体强韧化。
一、选材的基本原则＊满足机件的使用性能要求＊较好的加工工艺性＊较好的经济性1、材料的使用性能应能满足使用要求使用性能与选材材料的使用性能是选材时考虑的最主要根据——首先要准确地判断零件所要求的主要使用性能。
（1）从工作条件及失效形式的分析提出使用性能要求①承受载荷的类型及大小——如承受持久作用的静载荷，对弹性或塑性变形的抗力是最主要的使用性能；承受交变载荷，则疲劳抗力是重要的使用性能。
②工作环境——温度、介质的性质等③特殊要求的性能——电、热、磁、比重、外观等失效分析为正确选材提供了重要依据，其目的是找出零件损坏的原因。
如失效分析证明零件损坏确系选材不当所致，则可通过选择合适的材料来防止失效。
（2）从使用性能要求提出机械、物理、化学等性能要求使用性能要求→可测的实验室性能指标→初选一般根据设计手册的数据选材，应注意：﹡材料的性能与加工、处理条件有密切的关系。
﹡材料的性能与加工处理时试样毛坯的尺寸有很大关系。
﹡材料的化学成分、加工处理的工艺参数、性能都有一个允许的波动范围只要零件的尺寸、处理条件与手册所给的相同，按手册性能选材是偏安全的手册一般给出：σs 、σb 、δ、ψ、ak目前工程上往往用硬度来作为零件的质量检验标准（简单、非破坏性、硬度与其他性能之间有大致固定的关系），此时还须对处理工艺（主要是热处理工艺）作出明确规定。
2、材料的工艺性应满足加工要求材料的工艺性能，即加工成零件的难易程度，自然是选材时必须考虑的重要问题。
零件选材及工艺路线
(5)选材时应考虑我国的资源和供应情况，尽量选 用我国资源丰富的合金钢系列，如锰钢、硅锰钢 等；少选或不选含镍、铬、钴等我国资源缺乏的 钢种。 (6)应根据厂家的具体情况选择工艺成熟的材料， 以降低加工费，提高成品率。同时，还应考虑所 选材料的品种尽量少而集中，以减少管理费用； 尽量选用本地区或就近可以供应的材料，以降低 运输费用。此外，所选材料还应考虑环保问题等。
§ 1 选材的原则
1.2工艺性能选材原则（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
§ 3 典型零件选材与工艺分析
工程材料的应用概况
复合材料克服了高分子材料和陶瓷材料的不足，综
合了各种不同材料的优良性能，具有高的比强度、比刚 度、抗疲劳、减振、耐磨性能优良等特点。尤其是金属 基复合材料，从力学性能角度看，可能是最理想的机械 工程材料。但复合材料价格昂贵，除在航天航空、船舶、 武器装备等国防工业中的重要结构件上应用外，在一般 的民用工业上应用有限。但应注意的是，随着复合材料 的生产成本降低，其应用潜力巨大、前景极其广阔。
预防和控制热处理变形的方法与措施
预防和控制热处理变形的方法与措施
1.2工艺性能选材原则（高分子材料）
10.塑料模具主要部件的国产钢料选用
附表10：塑料模具主要部件的国产钢料选用及热处理硬度：类别零件名称材料牌号热处理方法硬度说明模体零件动、静模座板、垫板30、35、45 正火HB160-200此正火硬度一般即指进货状态，下同浇道推板45、50、55 调质HB230-270动模固定板静模固定板S50C、45正火HB160-200调质HB230-270推件板45 调质HB230-270T8A，T10A 淬火HRC54-58推出板45 正火HB160-200推杆固定板45 正火HB160-200垫块45、A3 进货状态浇注零件浇口套、SKD61 淬火HRC48-52T8A、T10A 淬火HRC46-50导向零件大导柱大导套GCr15或SUJ2 淬火HRC56-62T8A、T10A 淬火HRC52-56 复位杆小导柱、小导套T8A、T10A 淬火HRC52-56GCr15或SUJ2 淬火HRC56-62 小导柱衬套45 淬火HRC48-52抽芯零件斜导柱T8A、T10A 淬火HRC54-58Cr12 淬火HRC54-58滑块斜滑块P20、P20+Ni 预硬HRC30-40 渗氮HV700-80040Cr 正/退火HB175-230 渗氮HV700-80045 正火HB170-220 渗氮HV600-800 楔紧块锁紧楔T8A、T10A 淬火HRC54-5845 淬火HRC43-48耐磨块40Cr 正/退火HB175-230 渗氮HV700-800 T8A，T10A 淬火HRC54-58顶出零件顶杆顶管拉料杆SKD61 淬火HRC50-6065Mn 淬火HRC50-554Cr5MoSiV1(国产H13)淬火HRC38-42 芯部渗氮HV900-1100 深度0.3mmT8A，T10A 淬火HRC50-55顶出块P20、P20+Ni 预硬HRC30-40 渗氮HV700-80040 Cr 正/退火HB175-230 渗氮HV700-80045 正火HB170-220 渗氮HV600-800定位零件定位圈45 正火HB160-200导套定位圈45 正火HB160-200推出限位块45 正火HB160-200 日本用S45C，表面发黑处理限位钉45 正火HB160-200 日本用S45C ，一类不热处理另一类淬火HRC46-5045 淬火HRC46-50圆锥定位件45 淬火HRC43-48 日本用SKD11(Cr12MoV) HRC58-62 定距螺钉45 淬火HRC33-38 日本用SCM435(35CrMo) HRC33-38其它零件立柱45 正火HB160-200弹簧65Mn、50CrVA 淬火+回火HRC45-50 中温回火冷却水丝堵45 淬火HRC33-38 表面发黑处理油嘴内接头45、40Cr 进货状态一般不得用黄铜滑块导轨滑块压块CrWMn、9CrWMn 淬火HRC53-56 较长件，注意工作面上加油槽40Cr、3Cr2Mo 淬火HRC37-42 较短件，注意工作面上加油槽滑块拉钩30CrMoA40CrNiMoA淬火HRC45-50注意应在工作面上加工油槽锁模块45、A3 进货状态备注：支承柱兼作推板导柱时，支承柱材料用T8A、T10A、GCr15，热处理硬度HRC55～60。
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 。
27 汽车材料 教案：汽车典型零件的选材——箱体类零件的选材
《汽车材料》教案任课教师：课程名称：课程代码：上课班级：专业：总学时：周学时：学期：202 ～202 学年第学期汽车材料教案主要教育教学目标一、知识目标1. 能说出汽车零件失效的原因及选材的原则和方法；2. 能概述汽车齿轮工作条件、性能要求及热处理工艺；3. 能概述汽车轴类零件工作条件、性能要求及热处理工艺；4. 能概述汽车弹簧工作条件、性能要求及热处理工艺；5. 能概述汽车箱体类零件工作条件、性能要求及热处理工艺；6. 能概述汽车车身冲压零件工作条件、性能要求及热处理工艺；7. 能概述汽车其他零件工作条件、性能要求及热处理工艺；二、能力目标1. 具有根据使用要求初步选材的能力；2. 具有分析汽车零件在不同工作条件下对性能要求的能力；3. 具有根据汽车零件的工作条件和性能要求，进行选材和分析其加工工艺的能力。
三、素质目标1. 培养严谨的工作态度、责任心；2. 培养吃苦耐劳的精神；3. 培养能运用所学知识解决实际问题的能力。
教学活动过程一、组织教学二、复习前课知识1、气门弹簧的工作条件对性能的要求；2、气门弹簧的选材。
三、导入新课下面这个零件大家认识吗？它是汽车的气缸体，是汽车发动机的机体零件。
那它的选材又是怎样的呢？导出：我们今天要学习的是汽车气缸体的选材。
根据气缸体所工作的条件，点名，记考勤（1min）教师提问引导学生回答（2 min ）明确其对性能的要求，再根据性能确定加工工艺，最后找对应的材料类型。
四、新授课第八节汽车典型零件的选材——箱体类零件的选材一、箱体类零件概述箱体类零件结构复杂，具有不规则的外形和内腔，且壁厚不均匀。
汽车上的箱体类零件有内燃机气缸体、气缸盖、变速箱壳体、驱动桥壳等。
二、汽车气缸体1、工作条件工作条件——发动机工作时，气缸套承受拉、压、弯、扭等不同形式的机械负荷，同时还因为气缸壁面与高温燃气直接接触而承受很大的热负荷2、工作条件对材料的要求汽车发动机缸体的工作条件是活塞在汽车发动机缸体内高速往复运动，这就要求材料应具备高强度和刚度、良好的导热性、低的密度、良好的耐摩性和耐腐蚀性以及低的热膨胀系数来制造汽车发动机缸。
机械工程材料第6章典型零件选材
表6.1
工作条件 ①与滚动轴承配合 ②轻、中载荷，转速低 ③精度要求不高 ④稍有冲击
表6.1 机床主轴工作条件、用材及热处理
材料 45 主要热处理 正火或调质 硬度 220~250 HBS 使用实例 一般简式机床
①与滚动轴承配合 ②轻、中载荷，转速略高 ③精度要求不太高 ①与滑动轴承配合 ②有冲击载荷 ①与滚动轴承配合 ②中等载荷，转速较高 ③精度要求较高 ④冲击与疲劳较小 ①与滑动轴承配合 ②中等载荷，转速较高 ③精度要求很高 ①与滑动轴承配合 ②中等载荷，心部强度不高，转 速高 ③精度要求不高 ④有一定冲击和疲劳 ①与滑动轴承配合 ②重载荷，转速高 ③有较大冲击和疲劳载荷
2、轴类零件选材及加工工艺路线确定步骤
1）看懂零件图 了解和分析零件的形状、大小与特征； 2）分析其工作条件、性能要求和热处理要求； 3）确定材料及热处理工艺 根据用途，选择合适的材料和强 化工艺； 4）确定零件的加工工艺路线 制造轴类零件常采用锻造、切 削加工、热处理（预先热处理及最终热处理）等工艺，其中 切削加工和热处理工艺是制造轴类零件必不可少的。台阶尺 寸变化不大的非重要轴，可选用与轴的尺寸相当的圆棒料直 接切削加工而成，然后进行热处理，不必经过锻造加工。
右图为“解放”牌载重汽车变速箱变速 齿轮。该齿轮将发动机动力传递到后轮， 并起倒车的作用，工作时承载、磨损及 冲击负荷均较大。要求齿轮表面有较高 的耐磨性和疲劳强度，心部有较高的强 度(σb > 1 000 MPa)及韧性(αk＞60 J／ cm2)。 选材及加工工艺路线有以下两种方式。
“解放”牌载重汽车变速箱变速齿轮选材及加工工艺路线
2）汽车半轴： 汽车半轴是一个传递扭矩的重要 部，工作时承受冲击、弯曲疲 劳和扭转应力的作用，要求材 料有足够的抗弯强度、疲劳强 度和较好的韧性。
典型零件的选材与工艺路线分析.
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，
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。
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
8.1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。
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。
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
第八章-机械制造中零件材料的选择和应用
§ 8.2 机械零件的材料选择
③焊接性能常用碳当量来评定。当金属材料的碳当量小于0.4% 时，焊缝质量好，且焊接工艺简便，不易产生裂纹、气孔等缺陷。 低碳钢与低合金钢的焊接性良好，钢中碳与合金元素的含量越高， 焊接性能越差。
④切削加工性能常用允许的最高切削速度、切削力大小、加工 表血的粗糙度、断屑的难易程度和刀具磨损来综合评定。一般金属 材料的硬度在170-230HBS范围内，切削加工性好。
引起零件失效的因素很多，主要应从零件的结构设计、材料的选择 与使用、加工制造、安装使用、保养等方血来考虑。
1.结构设计 零件的结构设计与失效之间关系密切，如结构形状、尺寸等设计不 合理，对零件工作条件(如受力性质和大小、温度及环境)估计不足， 安全系数选择过小均可使零件的性能满足不了工作性能要求而失效。 2.材料选择
螺纹、内部夹杂等)将产生裂纹，导致脆性破坏。
上一页 下一页
§ 8.2 机械零件的材料选择
如金属具有足够塑性，则在静载荷的作用下能通过局部塑性变形削弱 应力峰值，并通过加工硬化提高零件的强度，从而保证了零件使用安 全性。
应该指出的是，由于材料的强度σb与其他力学性能都存在一定的 关系，所以通过硬度也可以间接反映出材料强度、塑性、韧性的高低。 同时，由于测定硬度的方法最为简便，因此，大多数零件在图纸上只 标出所要求的硬度值，以综合体现零件所要求的力学性能。
(2)分析零件的工作条件，确定其使用性能零件的工作条件分析包 括:①受力情况，如载荷性质(静载、动载、交变载荷)、形式(拉压、 弯曲、扭转、剪切)、分布(均匀分布、集中分布)与大小、应力状态 (含残余应力);②工作环境，如工作温度(常温、高温、低温或变温)、 工作介质(有无腐蚀介质、润滑剂);③其他特殊要求，如导热性、密 度(质量要求)与磁性等。
典型零件材料及热处理工艺选择
根据上述工作条件分析，该主轴可选45钢。热处理工艺及应 达到的技术条件是:主轴整体调质，改善综合力学性能，硬度 为220~250 HB队内锥孔与外锥体淬火后低温回火，硬度 为45~50 HRC;但应注意保护键槽淬硬，故宜采用快速加热 淬火;花键部位采用高频感应表面淬火，以减少变形并达到表 面淬硬的目的。硬度达48 ~53 HRC，由于主轴较长，而且 锥孔与外锥体对两轴颈的同轴度要求较高，故锥部淬火应与 花键部位淬火分开进行，以减少淬火变形。随后用粗磨纠正 淬火变形，然后再进行花键的加工与淬火，其变形可通过最 后精磨予以消除。
上一页 下一页 返回
20.1轴类零件的选材及热处理工艺安排
如20Cr, 20CrMnTi等进行渗碳淬火。而对于在高温、高速 和重载条件下工作的主轴，必须具有良好的高温机械性能， 常采用27Cr2Mo1V, 38CrMoAIA等合金结构钢。此外金 钢对应力集中的敏感性较高，因此设计合金钢轴时，更应从 结构上避免或减少应力集中现象，并减小轴的表面粗糙度值。
上一页 下一页 返回
20.2齿轮类零件的选材 及热处理工艺安排
对于齿轮心部硬度最佳控制在36~40 HRC，有效层深为 齿轮模数的15%~20 % 。
(2)具有高的接触疲劳抗力。使齿面不致在受到较高接触应力 时发生齿面剥落现象。通过提高齿面硬度，特别是采用渗碳、 渗氮、碳氮共渗及其他齿面强化措施可大幅度提高齿面抗剥 落的能力。一般地，渗碳淬火后齿轮表层的理想组织是细晶 粒马氏体加上少量残余奥氏体;不允许有贝氏体、珠光体，因 为贝氏体，珠光体对疲劳强度、抗冲击能力、抗接触疲劳能 力均不利。心部金相组织应是马氏体和贝氏体的混合组织。 另外，齿轮表层组织中含有少量均匀分布的细小碳化物对提 高表面接触疲劳强度和抗磨损能力都是有利的。
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：
机械常用材料选型
选材原则1——材料的使用性能
1、根据零件工作条件，确定其使用性能要求
受力状态——拉、压、弯、扭 载荷性质——静载、冲击载荷、交变载荷 工作温度——低温、室温、高温、交变温度 环境介质——加润滑剂、接触酸、碱、盐、海水、粉尘等 其他性能——导热、导电、磁性、膨胀、辐射、比重等 2、根据零件使用性能要求，确定零件使用性能指标
选材原则2——材料的工艺性
高分子材料
成型工艺简单， 切削加工性好
导热性差
陶瓷材料
只能用SiC，金 刚石砂轮磨削
可加工性差
铸件——共晶合金
金属材料
焊锻接件结、构冲—压—加件低工—碳方—钢固、法溶低多体碳样合 合金金钢 高强度、铸大、截锻面、、形焊状、复杂切—削—、合金热钢处理
切削加工——材料硬度，热处理改善组织及性能
2）受力不大，受静载的箱体零件
ห้องสมุดไป่ตู้
灰铸铁
3）受力不大，要求自重轻，导热良好的箱体
零件
铸造铝合金
4）受力不大，要求自重轻的箱体零件
工程塑料
谢谢!
2.对材料的要求
1）高的强韧性 2）高的疲劳抗力 3）良好的耐磨性
3.轴的分类
碳钢或球墨铸铁
1）受力不大，主要考虑刚度和耐磨性 中碳钢
2）主要受弯曲、扭转的轴
38CrMoAlA
中碳钢——45，40Cr,40MnB
3）同时承受弯曲（或扭转）及拉压载荷的轴
高淬透性钢
二、齿轮的选材与工艺
1.特点 1）齿根承受较大的交变弯曲应力 2）齿的表面承受较大的接触应力 3）承受冲击载荷
选材原则3——材料的经济性
总成本 = 材料本身价格 + 加工费 + 其他（运费、 安装费等）
《汽车材料》第四章 典型汽车零件材料
§4-3 汽车零件选材与工艺
汽车主要结构可分为四部分： 1、发动机和传动系统零件的选材
这部分包括的零件相当多。发动机提供动力，由缸体、缸盖、连杆 、活塞、曲轴以及润滑、冷却、配气、燃料供给等系统组成。
2、底盘
底盘包括传动系（离合器、变速箱、后桥等）、行驶系（车架、车 轮等）、转向系（方向盘、转向蜗杆等）和制动系（油泵或气泵、刹车 片等）。
四、环境与资源原则
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。 ２、环境污染小废气排放少材料回收及降解。
§4-2 零件的失效
任何零件或部件使用一段时间后都要损伤或损 坏，其损伤的程度有三种情况： 1.零件彻底破坏，不能再使用；如轴断裂。 2．严重损伤继续使用不安全；如有裂纹产生、表 面磨损。 3．虽然还能安全工作，但已达不到预定的作用。 只要发生上面情况中的任何一种都可以认为零 件已经失效。对机器零件或部件进行失效分析的 目的就是要找出零件破坏的原因，并且提出相应 的改进措施。失效分析的结果对于零件的设计、 选材、加工及使用都具有很大的指导意义。
三、材料的经济性能
在满足零件使用性能和质量的前提下，应注意材料的经济性。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。对设计选材 来说，保证经济性的前提是准确的计算，按零件使用的受力、温度、 耐腐蚀等条件来选用适合的材料，而不是单纯追求某一项指标，能用 碳钢的不用合金钢；能用低合金钢的，不用高合金钢；能用普通钢的 不用不锈耐热钢。这对批量大的零件来说就显得更重要。另外，还应 从材料的加工费用来考虑，尽量采用无切屑或少切屑新工艺(如精铸 、精锻等新工艺) 在选用代用材料时，一般应考虑原用材料的要求及具体零件的使 用条件和对寿命的要求。不可盲目选用更高一级的材料或简单地以优 代劣，以保证选用材料的经济性。此外，还应考虑零件的寿命及维修 费，若选用新材料还要考虑研究试验费。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
典型零件材料选择、成形工艺、热处理及组织性能
摘要
材料是人类生产和社会发展的重要物质基础，也是我们日常生活基本资源中不可分割的一个组成部分。
材料的应用和发展与社会文明进步有着十分密切的关系。
材料选用与材料成形技术是机械制造生产过程中的重要组成部分。
材料的选用与成形工艺是机械零件获得性能的重要保证。
关键词热处理组织结构成形工艺
热处理及组织性能
金属材料的热处理是金属材料在固态下，通过适当的方式进行加热、保温和冷却，改变材料内部组织结构，从而改善材料性能的一种工艺方法。
退火 1定义：将金属加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却的工艺。
2目的： (1) 降低硬度，改善切削加工性。
(2)消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；
(3)细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
(4)均匀材料组织和成分，改善材料性能或为以后热处理做组织准备。
在生产中，退火工艺应用很广泛。
根据工件要求退火的目的不同，退火的工艺规范有多种，常用的有完全退火、球化退火、和去应力退火等。
分类
①完全退火。
用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。
将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。
②球化退火。
用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。
将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20～40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。
③扩散退火。
用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。
方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。
④去应力退火。
用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。
对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100～200℃，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。
正火就是将钢加热到Ac3以上30～50℃，保温适当时间后在静止空气中冷却的热处理工艺。
正火的主要应用范围有：
①用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。
②用于中碳钢，可代替调质处理(淬火+高温回火）作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。
③用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。
④过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。
正火后的组织：亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为S+二次渗碳体，且为不连续。
目的（1）去除材料的内应力
（2）降低材料的硬度，提高塑性
回火回火是工件淬硬后加热到AC1（加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度）
以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
回火一般紧接着淬火进行，其目的是：
（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；
（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；
（c）稳定组织与尺寸，保证精度；
（d）改善和提高加工性能。
因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。
通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。
按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。
低温回火
工件在150~250℃进行的回火。
目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性
回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。
力学性能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。
应用范围：主要应用于各类高碳钢的工具、刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。
[1]
中温回火
工件在350～500 ℃之间进行的回火。
目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。
回火后得到回火屈氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。
力学性能：35～50HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。
应用范围：主要用于弹簧、发条、锻模、冲击工具等。
[1]
高温回火
工件在500~650℃以上进行的回火。
目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。
回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。
力学性能：25～35HRC，较好的综合力学性能。
应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。
正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。
故退火与正火同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。
大部分中、低碳钢的坯料一般都采用正火热处理。
一般合金的坯料常采用退火，若用正火，由于冷却速度较快，使其正火后硬度较高，不利于切削加工。
淬火将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms 以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。
淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。
经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度AC1（加热时向奥氏体转变的开始温度）的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。
或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。
一般用于减小或消除淬火钢件中的内应力，或者降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。
淬火后的工件应及时回火，通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力
学性能。
典型零件材料选择与成形工艺
Q235用途
1、大量应用于建筑及工程结构。
用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。
C、D级钢还可作某些专业用钢使用。
2、可用于各种模具把手以及其他不重要的模具零件。
3、采用Q235钢做冲头材料，经淬火后不回火直接使用，硬度为36~40HRC，解决了冲头在使用中碎裂的现象。
调质刚碳含量0.3－0.5%，并含有一种或几种合金元素，具有较低或中等的合金化程度。
钢中合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。
热处理工艺是在临界点以上一定温度加热后淬火成马氏体，并在500℃-650℃回火。
热处理后的金相组织是回火索氏体。
这种组织具有强度、塑性和韧性的良好配合。
弹簧钢弹簧在冲击、振动或长期交应力下使用，所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。
在工艺上要求弹簧钢有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等碳素弹簧钢即含碳量WC在0.6%-0.9%范围内的优质碳素结构钢。
铸铁含碳量在2%以上的铁碳合金。
工业用铸铁一般含碳量为2.5%～3.5%。
碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在
1.铸铁分类
按碳在铸铁中存在的状态及形式的不同，可将铸铁分为：
⑷阎承沛《典型零件热处理缺陷分析及对策480》机械工业出版社 2008.7P1—P6
⑸谢应良《典型铸铁件铸造实践》机械工业出版社 2014.1前言。