材料的选用学习教案.pptx

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1、会计学1材料的选用材料的选用第一页，编辑于星期日：十六点 二分。第第1313章章 材料的选用材料的选用 概述机械零件的选材第1页/共21页第二页，编辑于星期日：十六点 二分。众所周知，机器零件的正确选材与合理用材是广大工程技术人员的基本任务之一，也是本课程教学的主要目的因此本章被列为本课程的重点，本章学习重点有：v掌握材料合理选用的基本原则和方法；v明确机械零件失效的基本形式，了解有关失效分析的一般步骤与方法；v熟悉齿轮和轴这两类典型零件的选材分析（包括工作条件，常见失效形式，其性能要求等），初步做到能正确、合理地选用材料，安排其大致加工工艺路线，制定其相应的热处理工艺，判断其所得组织等。13

2、.1 概述概述第2页/共21页第三页，编辑于星期日：十六点 二分。一、选材的一般原则1、使用性原则满足机械性能和物理、化学性能的要求2、工艺性原则适应各种冷、热加工要求的能力 3、经济性原则保证使用性能要求及加工质量的前提下，a、材料价格b、材料加工费用c、使用寿命、维修等附加费用13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第3页/共21页第四页，编辑于星期日：十六点 二分。二、材料的使用性能 1、根据零件的服役条件和可能的失效或形式，给出选材的主要性能，（机械性能物理性能）指标，以保证零件的使用性能。常用零件的服役条件、失效形式及主要性能指标（自学）。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第4

3、页/共21页第五页，编辑于星期日：十六点 二分。三、材料的工艺性能材料工艺性能即加工成零件的难易程度。金属材料加工方法有铸造，压力加工，焊接，切削加工及热处理。从工艺性考虑：铸件最好选择共晶合金。锻件，冲压件最好选择固溶体合金，低碳铜和低合金钢锻造性能好，高碳钢较差，高合金钢很差。焊接结构选择低碳钢或低合金钢，不应选铸铁，铜合金及铝合金的焊接性能均不好。切削加工是材料被切削的难易程度。希望钢铁材料的硬度控制在170230HBS。热处理工艺性碳钢的淬透性差；加热易过热而晶粒长大，淬火是容易变形与开裂，制造高强度及大截面、形状复杂的零件，需选用合金钢。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第5页

4、/共21页第六页，编辑于星期日：十六点 二分。1、机床类齿轮由于工作条件较好（无强烈冲击，工作平稳），大多可选调质钢（、等）制造，经调质（或正火）处理十高频淬火、低温回火，这是一般规律特例：当高速且承受冲击载荷较大时（如立式车床上的重要齿轮）宜选20CrMnTi（20r）等渗碳钢制造，经渗碳十淬火十低温回火处理。四、典型零件的选材及热处理四、典型零件的选材及热处理四、典型零件的选材及热处理四、典型零件的选材及热处理 13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第6页/共21页第七页，编辑于星期日：十六点 二分。2、对于汽车、拖拉机的变速齿轮，由于承载较重，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以

5、及冲击韧度等，均要求比机床齿轮高，故一般均采用渗碳钢制造，经渗碳+淬火+低温回火处理，表层碳含量大大提高，保证淬火后高硬度、高耐磨性和高的接触疲劳抗力，由于合金元素提高淬透性，所以经淬、回火后可使工件心部获得较高的强度和足够的冲击韧度。但其中对于如汽车、拖拉机的油泵齿轮等承载轻、受冲击小的场合，亦可选调质钢经调质处理使用（这是特例）。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第7页/共21页第八页，编辑于星期日：十六点 二分。3 3 3 3、根根根根据据据据轴轴轴轴类类类类零零零零件件件件（机机机机床床床床主主主主轴轴轴轴、曲曲曲曲轴轴轴轴等等等等）的的的的工工工工作作作作条条条条件件件件、用用

6、用用材材材材及及及及热热热热处处处处理理理理情情情情况况况况，同同同同时时时时兼兼兼兼顾顾顾顾轴轴轴轴类类类类零零零零件件件件的的的的强强强强度度度度和和和和韧韧韧韧性性性性，考考考考虑虑虑虑其其其其疲疲疲疲劳劳劳劳抗抗抗抗力力力力，一一一一般般般般选选选选用用用用调调调调质质质质钢钢钢钢制制制制造造造造，采采采采用用用用 调调调调质质质质+局局局局部部部部表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火、低低低低温温温温回回回回火火火火处处处处理理理理。特特特特例例例例：当当当当承承承承受受受受重重重重载载载载，高高高高速速速速、且且且且承承承承受受受受冲冲冲冲击击击击载载载载荷荷荷荷较较较较大大大大时时时

7、时可可可可选选选选用用用用渗渗渗渗碳碳碳碳钢钢钢钢（如如如如2020CrMnTiCrMnTi等等等等）经经经经渗渗渗渗碳碳碳碳+淬火淬火淬火淬火+低温回火处理；低温回火处理；低温回火处理；低温回火处理；13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第8页/共21页第九页，编辑于星期日：十六点 二分。近近近近年年年年来来来来在在在在国国国国内内内内、外外外外使使使使用用用用球球球球墨墨墨墨铸铸铸铸铁铁铁铁代代代代钢钢钢钢作作作作汽汽汽汽车车车车、拖拖拖拖拉拉拉拉机机机机与与与与农农农农用用用用柴柴柴柴油油油油机机机机曲曲曲曲轴轴轴轴的的的的愈愈愈愈来来来来愈愈愈愈多多多多，第第第第二二二二代代代代解解

8、解解放放放放牌牌牌牌汽汽汽汽车车车车130130130130汽汽汽汽车车车车、东东东东风风风风及及及及东东东东风风风风型型型型内内内内燃燃燃燃机机机机车车车车的的的的曲曲曲曲轴轴轴轴均均均均使使使使用用用用球球球球墨墨墨墨铸铸铸铸铁铁铁铁（或或或或合合合合金金金金球球球球墨墨墨墨铸铸铸铸铁铁铁铁）制制制制造造造造，虽虽虽虽然然然然球球球球墨墨墨墨铸铸铸铸铁铁铁铁的的的的塑塑塑塑、韧韧韧韧性性性性远远远远低低低低于于于于锻锻锻锻钢钢钢钢，但但但但在在在在一一一一般般般般发发发发动动动动机机机机中中中中当当当当对对对对塑塑塑塑韧韧韧韧性性性性要要要要求求求求并并并并不不不不太太太太高高高高，而而而

9、而且且且且球球球球墨墨墨墨铸铸铸铸铁铁铁铁的的的的缺缺缺缺口口口口敏敏敏敏感感感感性性性性小小小小，实实实实际际际际球球球球墨墨墨墨铸铸铸铸铁铁铁铁的的的的疲疲疲疲劳劳劳劳强强强强度度度度并并并并不不不不明明明明显显显显低低低低于于于于锻锻锻锻钢钢钢钢，而而而而且且且且可可可可通通通通过过过过表表表表面面面面强强强强化化化化（如如如如滚滚滚滚压压压压、喷喷喷喷丸丸丸丸等等等等）处处处处理理理理大大大大大大大大提提提提高高高高其其其其疲疲疲疲劳劳劳劳强强强强度度度度，其其其其效效效效果果果果优优优优于于于于锻锻锻锻钢钢钢钢，因因因因而而而而在在在在性性性性能能能能上上上上完完完完全全全全可可可可

10、代代代代替替替替调调调调质碳钢。质碳钢。质碳钢。质碳钢。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第9页/共21页第十页，编辑于星期日：十六点 二分。【例题11-1】1、C618机床变速箱齿轮（该齿轮尺寸不大，其厚度为15mm）工作时转速较高，性能要求如下：齿的表面硬度5056HRC，齿心部硬度22 25HRC，整体强度b=760800MPa，整体韧性K=4060J/cm2。请从下列材料中进行合理选用，并制订其工艺流程：35、45、T12、20CrMnTi、38CrMoAl、0Cr18Ni9Ti、W18Cr4V。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第10页/共21页第十一页，编辑于星期日：十

11、六点 二分。普通车床中的变速箱齿轮，是主传动系统中传递动力的齿轮。因此，要求有一定的强度和轮齿的心部硬度及韧性。这种齿轮在工作中转速较高，齿表面要求有较高的硬度以保证耐磨性。但同汽车、拖拉机变速齿轮相比，一般机床齿轮工作时相对比较平稳，承受冲击负荷很小，传递的动力也不很大。所以上述要求都不是太高，例如齿表面硬度只要求。显然，不需要采用化学热处理（如渗碳）。整体的强度、韧性由调质可以达到。因此，选用淬透性适当的调质钢经调质处理后，再经高频表面淬火和低温回火即可达到要求。这种齿轮的尺寸不大，尤其是厚度甚小（15），可选用优质碳素结构钢，水淬即可使截面大部分淬透，回火后基本上能满足性能要求。因此，从

12、所给钢种中选择钢制造合适。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第11页/共21页第十二页，编辑于星期日：十六点 二分。选用45钢制造，较为合适。其加工工艺路线为：下料锻造正火（840860空冷）机加工调 质（840 860水 淬，500550回火）精加工高频表面淬火（880 900水 冷）低 温 回 火（200回火）精磨。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第12页/共21页第十三页，编辑于星期日：十六点 二分。3.常见错误剖析 选用20I或l钢制造。错在此种选材法不符合经济性原则，即大材小用。遵循选材的三项基本原则，应选用45钢较为合适。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第13

13、页/共21页第十四页，编辑于星期日：十六点 二分。有一载重汽车变速箱齿轮，使用中受一定冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为5863HRC，齿心部硬度3345HRC，其余力学性能要求为:b 1000Mpa,-1440Mpa,a K 95J/cm2。试从“例题71”所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种，制订工艺流程，分析每步热处理的目的及其组织。【例题11-2】13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第14页/共21页第十五页，编辑于星期日：十六点 二分。由题意可知，此载重汽车变速箱齿轮在工作时负荷较重，每个齿受交变弯矩的作用，因此要有高的强度和高的疲劳强度。齿轮还受到较大的冲击，故要求有高的冲击

14、韧度。齿表面为防止磨损，要求具有高硬度和高耐磨性（HRC）。每个齿除受较大的弯矩外，齿表面还承受较大的压力。因此不仅要求齿表面硬度高，耐磨，还要求齿的心部具有一定的强度和硬度（5HRC）。根据以上分析，可知该汽车齿轮的工作条件比机床齿轮要求苛刻，因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧度等方面的要求均比机床齿轮要高。从例题7-所列钢种中，调质钢钢不能满足使用要求（表面硬度只能达5056HRC）。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第15页/共21页第十六页，编辑于星期日：十六点 二分。l为氮化钢，氮化层较薄，适合应用于转速快，压力小，不受冲击的使用条件，故其不适合做此汽车齿轮。渗碳钢经渗碳

15、热处理后，齿表面可获得高硬度（HRC）、高耐磨性。由于该钢淬透性好，齿心部可获得强韧结合的组织，具有较高的冲击韧度，故可满足使用要求。因此该载重汽车变速箱齿轮选用 钢制造。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第16页/共21页第十七页，编辑于星期日：十六点 二分。制造该齿轮的适宜钢种为20CrMnTi，其加工工艺路线为：下料锻造正火（950970空冷）机加工渗碳（920950渗碳68小时）预冷淬火（预冷至油冷）低温回火喷丸磨齿。其中每一步热处理的目的及相应组织为：正火：细化、均匀组织，改善锻造后组织，提高其切削加工性。经正火后的组织为S。渗碳：表面获得高碳，保证经淬火后得到高硬度、高耐磨性

16、。渗碳温度下对应的组织为+K。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第17页/共21页第十八页，编辑于星期日：十六点 二分。预冷淬火：齿表面获得高硬度、高耐磨性，其对应的组织为高碳+碳化物+残余A；齿心部强、韧结合，对应的组织为低碳+F+T。再经低温回火后，减少淬火应力、稳定组织，其相应组织为：表面M 回+K+A R，心部M 回+F+T。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第18页/共21页第十九页，编辑于星期日：十六点 二分。3.常见错误剖析 不会根据已知条件来分析、判断，仍选用调质钢如45，38CrMoAl钢。应学会根据已知条件分析问题的思考方法，如本例中可对比渗碳钢与调质钢的特征（见分析），就不难做出正确判断。13.2 机械零件的选材机械零件的选材 第19页/共21页第二十页，编辑于星期日：十六点 二分。第20页/共21页第二十一页，编辑于星期日：十六点 二分。