第6章工程设计制造中的材料选择讲述.pptVIP

* * 第6章 工程设计制造中的材料选择 6.1 零件的失效与失效类型 6.2 零件设计中的材料选择 6.3 零件制造加工过程中的热处理选择和安排 6.4 热处理结构工艺性与零件变形开裂倾向 第6章 工程设计制造中的材料选择 1. 建立失效和失效分析的基本概念 2. 熟悉机械零件选材的一般原则 掌握典型零件的选材、热处理方法及技术要求 确定、加工工艺路线分析 本章重点 第6章 工程设计制造中的材料选择 6.1 零件的失效与失效类型 1、概念：指零件在使用过程中，由于某种原因不能工作或虽能继续工作但已失去应有功能的现象，称为该零件失效。 2、失效形式：三种 （1）过量变形失效；（2）断裂失效；（3）表面损伤失效。 3、失效原因（1）设计方面；（2）选材方面；（3）加工工艺是否合理；（4）安装如何；（5）操作规程。 1、 选材原则 1）使用性能原则：从零件工作环境、工作条件，考虑材料的力学性能、物理性能、化学性能，满足使用要求。 6.2 零件设计中的材料选择 2）工艺性原则 （1）铸造性能；流动性、收缩性来衡量。铸铁中，灰铸铁好。 （2）锻造性能；塑性变形抗力衡量。低碳钢性能优于高碳钢。 （3）焊接性；铝、铜合金焊接性差，铸铁基本不能焊，钢材可焊。 （4）切削加工性；硬度是否在170HBS—230HBS内，高速钢、耐热钢差。 （5）热处理工艺；淬透性，淬火是否变形、开裂。合金钢好于碳钢。一定按工艺要求操作，如加热温度高或低的问题。 3）经济性原则 考虑材料的价格、成本。 如：材料本身价格，碳钢 低于 合金钢 低于 有色金属； 加工费用——设备简单、工序少、少切削加工，提高经济效益。 在大量生产中，设备寿命、加工质量等，合金钢比碳钢更经济。 2、选材方法 1）以综合力学性能为主时的选材 如：结构零件：轴、杆、套类，承受动、静载荷作用。选：中碳钢，中碳合金钢——调质处理。 2）以疲劳强度为主时选材 如：曲轴，齿轮，弹簧，滚动轴承等承受交变载荷。通过热处理工艺提高性能；合理的零件结构；正确加工方法；减少应力集中。选中碳钢——调质或淬火+中温回火；高碳钢——淬火+低温回火； 3）以磨损为主时的选材 两种情况（1）磨损较大，受力较小——选高碳钢或高合金钢——淬火+低回。（2）磨损同时受较大冲击力作用——选低碳钢或低碳合金钢——渗碳、淬火+低回。一般称“外硬而里韧”；如冷冲模，锯；汽车变速齿轮。 3、选材步骤 1) 分析零件工作条件，提出关键性能要求； 2) 同类产品的用材情况比较，进行调查研究； 3) 确定零件应具有的力学性能指标； 4) 初步选出所用材料的牌号，确定热处理方法，进行强化。 5) 对关键性零件投产前应先在实验室试验，是否达到各项指标；必要时，还进行破坏性试验，检验材料性能。 轴类零件 1）工作条件： （1）承受载荷传递动力——综合力学性能好。 （2）交变弯曲应力，扭转应力——疲劳强度高。 （3）冲击、震动（有时过载）——足够的韧性。 （4）高速旋转、较大摩擦—较高硬度、耐磨性，刚度好。 2）选材方法：P181 4、典型零件的选材 齿轮 1）工作条件 （1）整体受冲击力；（2）齿面受接触压力； （3） 齿根弯曲力； （4）表面磨损。 2）工作要求 （1）表面有足够的硬度、耐磨性；（2）心部有足够的强度、韧性；（3）弯曲疲劳强度要高。 3、选材方法：见P182-184 （1）低速、轻载荷齿轮——如机床中不重要的齿轮。选：中碳钢 45 钢或40Cr钢——正火处理； 低速中等、较大载荷 ，选：45或40Cr——调质处理。重载：选45、40Cr ——调质—高频表面淬火处理。 （2）中速：圆周速度6~10m/s 一般载荷下：选45钢、40Cr——调质、高频表面淬火处理。比如：一般机床中的变速齿轮等。 重载荷下：选20Cr、20CrMnTi 经渗碳、淬火处理。 比如：拖拉机驱动齿轮等。 （3）高速、重载荷、较大冲击：选低碳合金钢；如：20CrMnTi ; 20Mn2B——渗碳、淬火+低回。 比如汽车、拖拉机 变速齿轮、后桥齿轮；精密机床中的传动齿轮等。 另：低速、轻载大齿轮——选灰铸铁 或 球墨铸铁。 无润滑条件下工作，同