机械工程材料及成形工艺基础 作者 张至丰 第十三章 机械零件的毛坯成形综合选材.pptVIP

第十三章 机械零件的毛坯成形综合选材及工艺路线分析 第一节 零件与工具的失效方式 第二节 选用材料的一般原则 第三节 毛坯成形综合选材 第四节 热处理的技术条件、工序 位置和结构工艺性 第五节 典型零件的选材及工艺路线分析 第六节 典型工具的选材及工艺路线分析 第一节 零件与工具的失效方式 失效就是指零件在使用过程中，由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而失去正常工作所具有的效能。 零件或工具在以下三种情况下都认为已失效： （1）零件或工具完全不能工作； （2）虽能工作，但已不能完成指定的功能； （3）零件或工具有严重损坏而不能再继续安全工作。 失效的主要方式有变形、断裂和表面损伤等。 一、变形失效 例如，车床主轴在工作过程中发生过量的弹性弯曲变形，不仅产生振动，而且造成了被加工零件质量严重下降，会造成轴与轴承配合不良。 过量变形的原因主要是零件或工具的材料强度低，造成金属材料强度低的原因很多，可能选材不当，或者热处理工艺不当，或是零件或工具在使用过程中内部矛盾组织发生变化等。 二、断裂失效 断裂可分为脆性断裂和延性断裂两种。 脆性断裂是断裂前零件或工具几何尺寸几乎不发生变化，即没有明显的塑性变形，断口较齐平，其断面常呈细颗粒状。 延性断裂是零件或工具在断裂前产生明显的塑性变形，即零件或工具的尺寸发生明显的变化，一般截面积减小，断口常呈纤维状特征。 金属零件的断裂往往是几种因素共同作用的结果，他涉及到零件的金属材料的成分、组织、加工制造和运行条件等一系列问题。 三、表面损伤失效 定义：零件或工具在工作过程中，可能由于机械和（或）化学作用而使工件表面及近表面层受到严重损伤，以致不能工作，这种基本上局限于表面层的失效形式称为表面损伤失效。 1、磨损失效 定义：磨损主要是相对运动的接触表面的材料在机械力的作用下，以细屑形式逐渐磨掉，而使零件或工具的尺寸不断变小的一种失效方式。 单位时间内（或单位行程、每转）材料的磨损量（或尺寸）称为磨损率。 金属材料的耐磨性高（即磨损率小），则零件的使用寿命就长。 2、腐蚀失效 腐蚀失效是由于化学或电化学腐蚀作用而造成的零件或工具的失效。 腐蚀造成金属材料的损耗，引起零件尺寸和性能变化，最后导致失效。 3、表面疲劳失效 表面疲劳失效是相互的两个运动表面（特别是滚动接触），在工作过程中承受交变接触应力的作用，使表面层材料发生疲劳破坏而脱落，造成零件或工具的失效。 按表面疲劳损伤的程度，又分麻点与剥落两种方式。 零件或工具的失效可从一种类型转变成另一种类型。例如，齿轮的失效方式可能有：断齿、齿形的变形、齿面的磨损和点蚀等。 第二节 选用材料的一般原则 一、材料的使用性能 使用性能是保证零件完成规定功能的必要条件。 通过对零件或工具的工作条件和失效形式的全面分析，确定零件对使用性能的具体要求。 二、材料的工艺性能 零件的加工工艺路线 一般零件 —— 毛坯 → 正火或退火 → 切削加工 轴、齿轮 等 　　毛坯 → 预先热处理（正火、退火）→ 粗加工 　　　　　→ 最终热处理（淬火＋回火，时效，渗C等）→精加工 精密丝杠 　　毛坯 → 预先热处理 → 粗加工 → 最终热处理 → 半精加工→ 时效（或 N化）→ 精加工 → 时效 基本材料的成本（价格、利用率）—— 占总成本的30~70% 第三节 毛坯成形综合选材 一、毛胚的类型 1、型材 约85%～95%的铸钢锭是通过轧制等压力加工方法制成各种型材。 型材具有流线组织，顺着流线方向的抗拉强度、塑性好；而垂直于流线方向的抗拉强度、塑性低，但抗剪强度高。 （1） 型钢 型钢一般采用热轧和冷轧方法生产。 种类：圆钢、方钢、六角钢、等边角钢、不等边角钢、工字钢和槽钢等。 （2） 钢板 钢板的规格以厚度×宽度×长度表示。 种类：根据厚薄和表面状况，分为厚钢板、薄钢板、镀锌薄钢板、酸洗薄钢板和花纹钢板等。 （3） 钢带 钢带是厚度较薄、宽度较窄、长度很长的钢板。一般成卷供应。 种类：分为热轧普通质量钢带、冷轧普通质量钢带；低碳钢、优质碳素结构钢、弹簧钢、工具钢和不锈钢亦可通过冷轧制成钢带。 （4） 钢管 钢管分为无缝钢管（包括热轧、冷轧、冷拔、挤压管等）和焊接钢管（包括直缝焊管和螺旋缝焊管等）两类；按断面形状可分为圆管、异形管（如矩形、椭圆形、半圆形、六角形等），常用圆形管。 （5） 钢丝 圆形钢丝一般是圆盘料拉制而成。实际工作中也常用线号表示规格，线号越大线越细。 低碳钢丝俗称“铁丝”，一般为普通质量钢。 低碳钢丝分为：一般用途的低碳钢丝、镀锌低碳钢丝和架空通信用低碳钢丝。除此外，还有优质碳素结构钢丝，冷顶锻用钢丝，不锈钢丝和焊条钢丝等。 2、铸件 用铸造方法获得零件的毛坯称为铸件。 几乎所有的金属材